工业实时多业务流网络模型及动态调度

随着工业信息化与自动化融合的不断加深，工业企业应用中存在测控、消防、安防、管理等业务流，以及船舶自动化系统的航线规划、定位与导航、操纵与控制、避礁与避碰、机舱监控等业务子系统相互独立，构成了一个个"信息化孤岛"，导致信息集成、信息互访、信息融合困难，实时性也得不到保证。本项目将基于我国制定的EPA国际标准，研究面向工业实时应用的多业务信息流复合传输应用需求，建立包含实时性、稳定性、突发性等指标在内的多目标优化模型，研究多业务信息流复合传输的优先级模型与动态调度策略，解决工业实时多业务信息流复合传输应用中的基础理论问题，为系列关键技术的研究提供基础理论指导，从而为实现工业实时应用中各业务子系统间的实时信息互访、融合以及系统间的实时自动联动与协同- - 即"多网合一"，提供必要的理论基础与平台。

随着工业信息化与自动化的不断融合，石油、化工、能源、冶金、制药、交通、船舶、装备制造等系统规模越大越大，复杂度越来越高，需要传输的信息量越来越多。在传统工业网络中，对业务特性要求不同的控制系统通常被分隔为若干个互不相关的业务子系统，并加以独立的分析、研究。这些相互独立的网络系统构成了一个个“信息化孤岛”，导致工业实时应用中的信息集成、互访问、互操作困难，实时性也得不到良好保证。本项目将多业务流分类归纳为RT、NRT、FRT、DR等四种业务，开展了网络模型、优化方案及调度策略的研究，取得了以下成果：（1）建立了工业实时以太网的时间模型、调度规划模型等，并给出了系统的可调度性判据，实验测试结果显示错误率在十万分之一以内，证明了调度规划方案的有效性。（2）解决了FRT业务集成问题，提出了一种多网段矩形阵列拓扑结构和相应的时间片规划方案，满足了FRT业务流的强实时需求，保持了与原EPA协议的相容性，针对改进后的EPA-FRT网络，给出了一套性能分析模型，通过仿真实验证明了多层矩形网络策略的有效性。（3）研究了EPA协议分布式调度机制对控制回路稳定性的影响，分析了时钟偏差抖动为马尔科夫链时，通信周期、时间片长度以及时钟同步精度对系统稳定性的影响，给出一套系统稳定性的判断方法。仿真结果分别给出了系统的稳定区间。（4）提出了全新的DR业务，基于网络演算理论，给出了恢复时间、带宽占用率模型，对整合了实时业务和DR业务的多业务网络进行了性能分析，提出了优化融合方案。（5）提出了一种多业务流融合网络的整体框架与解决方案，并通过实验证明了多业务融合网络架构以及调度策略的有效性。