56、集成现场总线网络中的实时通信与异常处理调度算法解析

集成现场总线网络中的实时通信与异常处理调度算法解析

集成现场总线网络数据传输与实时消息调度

在工业网络通信中，集成现场总线网络发挥着重要作用。其数据传输基于特定架构，LF 桥在其中承担关键角色。LF 帧通过封装在物理现场总线帧中进行传输，源现场总线帧经源 LF 桥转换为以太网帧，再传输至目的 LF 桥，最后由目的 LF 桥转换为目的现场总线帧发送到目的节点。

1. 网络架构

   • 交换以太网中的一个节点作为主节点，负责处理周期性消息的实时通信。
   • 所有终端节点添加实时层，以增强交换以太网的实时性能。
   • 假设交换机工作在直通模式，以减少消息传输的延迟。

   网络操作流程如下：
   - 所有从节点向主节点发送实时需求。
   - 主节点接收请求帧后，检查同步消息的可行性（准入控制），并将结果广播给所有从节点。
   - 实时周期性消息到达从节点后，在实时层按截止时间升序排序。
   - 主节点定期向所有从节点广播触发消息（TM），同步通信系统并指示要传输的消息集。

2. 消息传输模型

   • 所有节点采用同步模型，传输和接收链路划分为基本时间单元——基本周期（EC）。
   • 一个 EC 包含 TM、同步消息周期（SMP）和异步消息周期（AMP），为简化分析，假设每个 EC 中无 AMP。
   • 传输延迟 TL 可通过公式 $TL = 2 * tp + tsw$ 计算