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工业以太网冗余协议研究

作　者: 邹航宇
导　师: 张忠能
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 工业以太网环网冗余协议 RRR协议 OpNet仿真
分类号: TP393.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

交换式以太网的高通信速率与低成本使其在工业领域得到了快速的发展，已被广泛的应用于工业控制领域。针对以太网在工业领域中的可靠性和确定性等问题，论文通过对现有以太网冗余协议优缺点的分析，在类生成树协议MRP的基础上，提出并实现了一种改进的MRP协议(即RRR协议)。该协议已运用于某研究机构的工业以太网交换机项目。论文通过OpNet仿真及对仿真结果的分析，验证了RRR协议的可用性。论文的研究工作主要有以下三个方面：1.论文从工业控制领域系统中对网络可靠性与确定性的实际需求出发，通过对生成树协议和MRP协议的体系结构、基本原理及其性能的分析，归纳并总结出两类协议在工业控制领域存在的主要问题：链路切换时间过长和网络风险过于集中。2.针对MRP协议风险过度集中的问题，论文结合RPR协议的原理，对MRP协议拓扑管理进行了改进，提出了一种分布式的逻辑拓扑管理方式；针对MRP协议链路切换时间过长的问题，在MRP协议的原有的错误检测机制上，将集中式的处理方式改为分布式的处理，提出一种改进的链路检测机制。在MRP协议的中，采用这两种方法，进而形成一种改进的MRP协议(即RRR协议)。3.论文使用OpNet仿真软件，在某种工业以太网交换机中建模并实现了RRR协议。在同样的网络拓扑结构下，将RRR协议的仿真结果同生成树协议、MRP协议进行了比对，并通过对比对结果的分析，验证了RRR协议的可用性。该协议已运用于某研究机构的工业以太网交换机项目。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
插图索引  9-11
第一章绪论  11-19
  1.1 论文的研究背景及提出  11-15
    1.1.1 现场总线技术  11-12
    1.1.2 工业以太网的优势  12-13
    1.1.3 以太网用于工业现场存在的问题  13-15
  1.2 国内外研究现状  15-16
  1.3 论文目标及主要内容  16-17
  1.4 论文组织结构及章节编排  17-19
第二章环网冗余协议  19-32
  2.1 环网冗余协议概述  19-21
    2.1.1 可靠性与冗余效用的计算  19
    2.1.2 冗余恢复时间定义  19-21
  2.2 生成树协议分析  21-26
    2.2.1 STP 协议分析  21-23
    2.2.2 STP 协议弊端  23-24
    2.2.3 RSTP 协议的改进  24-25
    2.2.4 生成树协议的局限性  25-26
  2.3 MRP 协议分析  26-30
    2.3.1 MRP 协议体系结构  26-27
    2.3.2 MRP 协议基本原理  27-30
  2.4 本章小结  30-32
第三章 RRR 协议的设计  32-44
  3.1 MRP 协议的局限  32-33
    3.1.1 拓扑管理的局限  32-33
    3.1.2 链路错误检测的局限  33
  3.2 MRP 协议的改进  33-37
    3.2.1 拓扑管理的改进  33-36
    3.2.2 链路错误检测的改进  36-37
  3.3 RRR 协议基本原理  37-41
    3.3.1 RRR 协议的 VLAN 管理  37-38
    3.3.2 快速冗余协议的运行实例  38-41
  3.4 RRR 协议性能估算  41-42
    3.4.1 不同场景下的链路切换  41-42
    3.4.2 RRR 协议恢复时间计算  42
  3.5 本章小结  42-44
第四章 RRR 协议的仿真与实现  44-61
  4.1 OpNet 仿真软件  44-45
    4.1.1 离散事件仿真机制  44-45
    4.1.2 OpNet 层次化的建模结构  45
  4.2 RRR 协议的实现  45-50
    4.2.1 RRR 协议的帧格式  45-46
    4.2.2 交换机结构  46-47
    4.2.3 RRR 模块的实现  47-50
  4.3 仿真网络模型设计  50
  4.4 仿真实验结果与分析  50-59
    4.4.1 生成树协议仿真实验  51-52
    4.4.2 MRP 协议仿真实验  52-53
    4.4.3 RRR 协议仿真实验  53-56
    4.4.4 网络冗余集中度对比仿真  56-57
    4.4.5 仿真实验结果及分析  57-59
  4.5 本章小结  59-61
第五章总结与展望  61-64
  5.1 本文工作回顾  61-62
  5.2 成果及意义  62
  5.3 后续研究工作  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-70
附件  70

工业以太网冗余协议研究

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