COTS交换机在工业以太网实时调度算法的研究

"这篇论文研究了如何解决基于COTS（Commercial Off-The-Shelf）交换式以太网在工业数据通信中的实时性问题。传统的以太网由于CSMA/CD机制的冲突解决方式，无法满足严格的实时需求。而引入交换技术虽然减少了冲突，但输出端口拥塞、实时与非实时数据的竞争以及IEEE802.1D标准的优先级限制，仍制约了实时性能。论文提出了改进的FTT网络调度模型，结合EDF（Earliest Deadline First）算法，以优化周期性实时消息的链路调度，并有效控制网络流量，防止交换机缓冲区溢出，提高并行传输效率，从而增强网络实时性。仿真结果证明该算法在提升聚合带宽、减少平均等待延迟和降低数据丢失率方面表现出色。" 这篇研究论文聚焦于工业以太网的实时通信挑战，特别关注COTS交换技术的应用。传统的以太网采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）机制，当发生数据冲突时，等待时间的不确定性使其不适合实时通信。交换技术虽然能实现全双工通信，避免冲突，但交换式以太网的实时问题依然存在，包括端口拥塞导致的数据丢失，实时与非实时数据帧的竞争，以及IEEE802.1D标准对优先级支持的不足。 为了解决这些问题，论文提出了一个新的方法。它基于灵活的时间触发通信范式（FTT）的网络调度模型，设计了一个优化周期性实时消息的链路调度策略，结合最早截止期优先（EDF）算法。这个算法的主要目标是有效地管理网络流量，防止交换机缓冲区溢出，同时最大化同一时刻的并行传输能力，从而提高网络的实时性能。 论文还对比了其他几种解决策略，如网络演算理论、流量整形方法和硬件改动支持实时调度。这些方法在一定程度上能改善实时性，但都有其局限性。相比之下，提出的EDF调度算法能够更精确地控制传输时间，更好地满足严格的实时性需求，仿真结果证实了其在提高网络带宽利用率、降低延迟和减少丢包率方面的优越性能。 这项研究为基于COTS交换技术的工业以太网提供了更具实时性的解决方案，为工业数据通信领域开辟了新的可能性。