工业以太网控制系统及其网络诱导延时计算方法技术方案

本发明专利技术提供了一种工业以太网控制系统及其网络诱导延时计算方法，其中方法包括：在工业以太网控制系统中某回路的第k（K≥2且为正整数）轮询周期内，记录该回路中NSM向该回路中C/AN发出请求报文的时刻t5,j(k)，以及C/AN接收完毕NSM发送的请求报文的时刻t6,j(k)；根据式：τmc(k)=τmc(k-1)+((t6,j(k)-t5,j(k))-△τmc(k-1))，计算该回路第K轮询周期内C/AN接收NSM转发数据的网络诱导延时τmc(k)，其中τmc(k-1)和△τmc(k-1)分别为保存的该回路第K-1轮询周期中C/AN接收NSM转发数据的网络诱导延时和NSM与C/AN之间的时间差，本发明专利技术实施实例采用异步差分的方式计算τmc(k)，无需做全系统时钟同步，可有效降低工业通信的复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化控制领域，尤其涉及一种工业以太网控制系统及其网络诱导延时计算方法。
技术介绍
网络控制系统（Networked Control Systems,NCSs）的概念起于上世纪90年代，是指在某个区域内一些现场检测控制及操作设备和通信线路的集合，用以提供设备之间的数据传输，使该区域内不同地点的设备和用户实现资源共享和协调操作。在网络控制系统中，由于在各个控制回路中引入了通信网络，每个控制回路内的传感器节点、控制器节点和执行器节点之间的信息传送要分时占用网络通信线路，而网络的承载和通信带宽有限，因此系统节点太多必然造成信息的冲撞、重传等现象的发生，采样、量化、编码与解码、等待、传递的时间使得网络控制系统的信息在传输时产生时延。在实际过程中，网络控制系统的延时是一个随机量，目前针对工业以太网控制系统，其中网络诱导延时的计算方法是采用《IEEE1588》和《GB/T25931-2010—网络测量和控制系统的精密时钟同步协议》中定义的方式，即：首先建立起全网的时钟同步，然后，再根据时间戳就可以直接计算出网络诱导延时。本申请的专利技术人分析该实现方式发现，该方式对工业以太网控制系统的性能要求较高，并且需要不断地定期进行时钟同步，会增加控制网络的额外负担。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种工业以太网控制系统及其网络诱导延时计算方法，无需做全系统时钟同步即可实现网络诱导延时的计算，从而降低工业通信的复杂度。本专利技术提供一种工业以太网控制系统中网络诱导延时计算方法，所述方法包括：在所述工业以太网控制系统中某回路的第k轮询周期内，所述k≥2且为正整数：记录所述回路中网络调度管理器NSM向所述回路中控制器/执行器节点C/AN发出请求报文的时刻t5,j(k)，以及所述C/AN接收完毕所述NSM发送的请求报文的时刻t6,j(k)；提取保存的所述回路在第k-1轮询周期的所述C/AN接收所述NSM转发数据的网络诱导延时τmc(k-1)和所述NSM和所述C/AN之间的时间差△τmc(k-1)；根据式：τmc(k)=τmc(k-1)+((t6,j(k)-t5,j(k))-△τmc(k-1))，计算所述C/AN接收所述NSM转发数据的网络诱导延时τmc(k)。进一步，在记录所述t5,j(k)和t6,j(k)之后，所述方法还包括：根据式：△τmc(k)=t6,j(k)-t5,j(k)，计算所述第k轮询周期内所述NSM与所述C/AN之间的时间差△τmc(k)；在计算所述τmc(k)和△τmc(k)之后，所述方法还包括：保存所述τmc(k)和△τmc(k)。进一步，所述方法还包括：在所述回路在所述第k轮询周期内：记录所述NSM向所述回路的传感器节点SN发送请求报文的时刻t1,i(k)；提取保存的所述回路在第k-1轮询周期内所述NSM向所述SN发送请求报文的时刻t1,i(k-1)；根据式：τbd(k)=t1,i(k)-t1,i(k-1)-T，计算其它回路对本回路的影响延时τbd(k)，其中T为轮询周期；保存t1,i(k)。进一步，所述方法还包括：在所述回路的所述第k轮询周期内：记录所述SN接收来自所述NSC的请求报文的时刻t2,i(k)、所述SN根据所述NSC发送的请求报文做出应答报文的时刻t3,i(k)、所述NSM接收完毕所述SN发送的应答报文的时刻t4,i(k)；根据式：τsm(k)=[(t4,i(k)-t1,i(k))-(t3,i(k)-t2,i(k))]·ξ，计算所述SN上传送据至所述NSM的网络诱导延时τsm(k)，其中ξ为所述SN返回的应答报文包长度与总报文包长度的比值。进一步，所述方法还包括：在所述回路的第k轮询周期内：记录所述NSM向所述C/AN发出请求报文的时刻t5,j(k)；根据式：τmd(k)=t5,j(k)-t4,i(k)，计算所述NSM准备转发数据至所述C/AN所需的处理时间τmd(k)。进一步，所述方法还包括：在所述回路的所述第k轮询周期内：计算所述C/AN控制算法运算处理的时间τcd(k)和被控对象的自身延时τp(k)；根据式：τ(k)=τsm(k)+τmd(k)+τmc(k)+τbd(k)+τcd(k)+τp(k)，计算本次轮询周期的总延时τ(k)。进一步，所述方法还包括：在所述回路的第1轮询周期内：记录所述NSM向所述SN发送请求报文的时刻t1,i(1)；记录所述NSM向所述C/AN发出请求报文的时刻t5,j(1)、所述C/AN接收完毕来自所述NSM的请求报文的时刻t6,j(1)、所述C/AN根据来自所述NSM的请求报文向NSM做出应答报文的时刻t7,j(1)、所述NSM接收完毕所述C/AN发送的应答报文的时刻t8,j(1)；根据式：τmc(1)=[(t8,j(1)-t5,j(1))-(t7,j(1)-t6,j(1))]·η或τmc(1)=通信报文包大小×通信速率，计算得到τmc(1)，其中，η表示请求报文包与总报文包长度的比值；根据式：△τmc(1)=t6,j(1)-t5,j(1)，计算得到△τmc(1)；保存t1,i(1)、τmc(1)和△τmc(1)。本专利技术还提供了一种工业以太网控制系统，包括：属于同一回路的NSM、SN和C/AN，在所述回路的第k轮询周期内，所述k≥2且为正整数：所述NSM，用于记录所述NSM向所述C/AN发出请求报文的时刻t5,j(k)，并将所述t5,j(k)发送至所述C/AN；所述C/AN,用于接收所述NSM发送的t5,j(k)和请求报文，并记录接收完毕所述请求报文的时刻t6,j(k)；所述C/AN,还用于根据式：τmc(k)=τmc(k-1)+((t6,j(k)-t5,j(k))-△τmc(k-1))，计算在第k轮询周期内所述C/AN接收所述NSM转发数据的网络诱导延时τmc(k)，其中τmc(k-1)和△τmc(k-1)为第k-1轮询周期所述C/AN接收所述NSM转发数据的网络诱导延时和所述NSM与所述C/AN之间的时间差。进一步，在所述回路的第k轮询周期内：所述C/AN，还用于根据式：△τmc(k)=t6,j(k)-t5,j(k)，计算所述第k轮询周期内所述NSM与C/AN之间的时间差△τmc(k)；以及，用于保存所述τmc(k)和△τmc(k)。进一步，在所述回路的第k轮询周期内：...

【技术保护点】
一种工业以太网控制系统中网络诱导延时计算方法，其特征在于：所述方法包括：在所述工业以太网控制系统中某回路的第k轮询周期内，所述k≥2且为正整数：记录所述回路中网络调度管理器NSM向所述回路中控制器/执行器节点C/AN发出请求报文的时刻t5,j(k)，以及所述C/AN接收完毕所述NSM发送的请求报文的时刻t6,j(k)；提取保存的所述回路在第k‑1轮询周期的所述C/AN接收所述NSM转发数据的网络诱导延时τmc(k‑1)和所述NSM和所述C/AN之间的时间差△τmc(k‑1)；根据式：τmc(k)=τmc(k‑1)+((t6,j(k)‑t5,j(k))‑△τmc(k‑1))，计算所述C/AN接收所述NSM转发数据的网络诱导延时τmc(k)。

【技术特征摘要】
1.一种工业以太网控制系统中网络诱导延时计算方法，其特征在于：所述
方法包括：
在所述工业以太网控制系统中某回路的第k轮询周期内，所述k≥2且为正
整数：
记录所述回路中网络调度管理器NSM向所述回路中控制器/执行器节点
C/AN发出请求报文的时刻t5,j(k)，以及所述C/AN接收完毕所述NSM发送的请求
报文的时刻t6,j(k)；
提取保存的所述回路在第k-1轮询周期的所述C/AN接收所述NSM转发数据
的网络诱导延时τmc(k-1)和所述NSM和所述C/AN之间的时间差△τmc(k-1)；
根据式：τmc(k)=τmc(k-1)+((t6,j(k)-t5,j(k))-△τmc(k-1))，计算所述C/AN接收所
述NSM转发数据的网络诱导延时τmc(k)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
在记录所述t5,j(k)和t6,j(k)之后，所述方法还包括：根据式：
△τmc(k)=t6,j(k)-t5,j(k)，计算所述第k轮询周期内所述NSM与所述C/AN之间的时
间差△τmc(k)；
在计算所述τmc(k)和△τmc(k)之后，所述方法还包括：保存所述τmc(k)和
△τmc(k)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：
在所述回路在所述第k轮询周期内：
记录所述NSM向所述回路的传感器节点SN发送请求报文的时刻t1,i(k)；
提取保存的所述回路在第k-1轮询周期内所述NSM向所述SN发送请求报文
的时刻t1,i(k-1)；
根据式：τbd(k)=t1,i(k)-t1,i(k-1)-T，计算其它回路对本回路的影响延时τbd(k)，

\t其中T为轮询周期；
保存t1,i(k)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：
在所述回路的所述第k轮询周期内：
记录所述SN接收来自所述NSC的请求报文的时刻t2,i(k)、所述SN根据所述
NSC发送的请求报文做出应答报文的时刻t3,i(k)、所述NSM接收完毕所述SN发送
的应答报文的时刻t4,i(k)；
根据式：τsm(k)=[(t4,i(k)-t1,i(k))-(t3,i(k)-t2,i(k))]·ξ，计算所述SN上传送据至所
述NSM的网络诱导延时τsm(k)，其中ξ为所述SN返回的应答报文包长度与总报文
包长度的比值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：
在所述回路的第k轮询周期内：
记录所述NSM向所述C/AN发出请求报文的时刻t5,j(k)；
根据式：τmd(k)=t5,j(k)-t4,i(k)，计算所述NSM准备转发数据至所述C/AN所需
的处理时间τmd(k)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：
在所述回路的所述第k轮询周期内：
计算所述C/AN控制算法运算处理的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，刘娟，吕跃跃，吴小军，李建勇，杨国东，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85