EPA系统周期数据通信时延分析

摘要：为了找到提高EPA工业以太网通信实时性的方法，对EPA周期数据的通信时延特性进行了研究。根据报文进队时机的不同，建立了3种周期报文进队的模式，分别对各模式的调度特征和通信延迟进行了分析，建立了周期报文通信时延理论模型。

关键词：EPA 工业以太网 周期报文 通信 时延

中图分类号：TP273文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）11-0046-01

1 引言

为了达到控制与监控的要求，EPA（Ethernet for Plant Automation）系统中的信息在网络上传输时，应有确定的时延，即信息传输必须具有实时性[1，2]。尤其是周期报文，由于其承载的数据都是为周期任务服务的，因此对于通信实时性要求较高。本文从理论角度对EPA周期数据的通信时延特性进行了研究。

由文献可知，EPA系统的通信时延包括产生时延、排队时延、发送时延和接收时延4个部分。其中最关键的是排队时延d，即报文发送前在队列中等待发送的时间。由于EPA系统的周期报文必须在预定的时间片内发送，所以排队时延由等待时间片到达的待片时延Fp和等待其他报文发送的待发时延Dp组成，即d=Dp+Fp。

2 模式1

模式1指的是周期报文在周期数据发送时间片到达之前进队，如图1所示。图中Tr是报文的进队时间；Ts是报文的发送开始时刻；T1、T2、T3是宏周期的开始时间；Te为周期数据发送开始时间（MOD（Tei，T）=Ai，Ai指的是设备i的周期数据发送时间偏离量）；Td为非周期数据发送声明报文（N报文）开始发送的时间。如果设备本宏周期共发送n个周期报文，且有m个周期报文先其进队，则该模式具有如下特征：

由以上分析可知，模式1和模式2报文是在进队宏周期发送，而模式3则延迟到下一宏周期。因此通信调度参数和报文的进队时间是决定其通信时延的两个关键因素。如果一个周期报文在设备开始发送N报文之前进队，它就可以在本宏周期发送；否则如果它在N报文开始发送之后进队，那么它就延迟到下一宏周期发送从而导致通信时延增加。因此，对报文的进队时间和通信调度参数进行协调是提高周期数据通信实时性一个方法。

5 结语

本文研究了EPA周期数据的通信实时性，根据报文的进队时间建立了3个模式，分析了3个模式的调度特征和通信延迟，建立了理论模型，提出了提高EPA通信实时性的方法。

参考文献

[1]谢昊飞，李勇，王平，等.网络控制技术[M].机械工业出版社，2009.

[2]鲁立，冯冬芹，褚健，章涵.传输时延和时钟同步对以太网控制系统的影响[J].控制理论与应用，2010，27（6）：793-798.