一、以太网在网络控制系统中的应用与发展趋势（论文文献综述）
陈煌[1]（2021）在《列车通信以太网网络重构及性能优化研究》文中研究表明随着列车通信网络（Train Communication Network,TCN）所承载的数据信息呈现海量化和多源化,列车通信以太网由于其高带宽和高兼容性等优势而成为TCN重点研究和发展的方向。然而,面对通信系统规模和功能复杂度的迅速增长,列车通信以太网存在的流量调度弱和拓扑管理差等缺点日益凸显,极易出现流量传输异常、通信链路中断等性能衰退或者故障现象,进而引发列车控制信息错误甚至系统功能紊乱,危及列车的安全可靠运行。网络重构优化理论,是在故障诊断和性能分析的基础上,对特定网络资源和功能进行抽象和分解,并根据所需的优化目标合理地分配和设计功能单元。所以,该理论能够对故障状态下的通信网络进行主动地传输调度恢复和网络性能调优,快速有效地抑制故障和性能异常对通信的影响。因此,为了保障列车的高效安全运行,满足列车通信以太网对故障处理能力和性能调优的更高要求,网络重构优化理论作为一种具备故障自恢复与性能优化的综合化智能容错设计理论,值得进行深入的研究。本文围绕列车通信以太网的网络故障管理与性能优化问题,以网络资源调度自调整和拓扑路由自恢复作为重点研究对象,提出了列车通信以太网网络重构及性能优化策略,包括:网络资源预调度重构、子网网络资源动态调度重构和网络拓扑路由重构。本文主要工作与研究成果如下:1、针对系统间多核心的协同预调度最优配置问题,提出了一种基于自适应趋化细菌觅食算法（BFO with Self-adaptive Chemotaxis strategy,SCBFO）的网络资源预调度重构策略。针对列车通信以太网系统间多网络核心的流量传输协同预调度,在基于时间触发机制的网络结构下,首先构建了列车通信以太网的系统间实时流量资源协同传输模型;再提取特征周期与时间初相作为预调度重构优化的关键,形成了统一时间标签下的预调度约束条件与性能优化目标;最后,提出了一种基于SCBFO的网络资源预调度重构策略,兼顾了重构的优化效果、搜索速度和搜索稳定性。2、针对列车编组网（Ethernet Consist Network,ECN）子网的快速动态调度自调整需求,提出了一种基于多目标模糊粒子群算法（Multi-objective Fuzzy Particle Swarm Optimization,MOFPSO）的子网网络动态调度重构策略。根据ECN子网的网络分割独立特性,建立了以网络交换机为核心的子网传输结构分析方法;再根据ECN子网交换式传输基础,对子网内实时流量的动态调度控制进行了时域化建模与特征排序,对通信链路传输进行了可变时间窗划分,并据此形成了动态调度重构的约束条件与优化目标;提出了一种基于MOFPSO的子网网络资源动态调度重构策略,快速地完成了流量异常状况下ECN子网调度表的动态调度重构设计优化。3、针对故障下拓扑路由规划的最优化问题,提出了基于差分进化混合禁忌算法（Differential Evolution hybrid Tabu algorithm,TDE）的网络拓扑路由重构策略。在实际运行的列车通信以太网网络结构的基础上,建立了网络拓扑架构稀疏化模型,涵盖了节点状态矩阵、端口连通矩阵和有向通信链路矩阵;设计了针对流量传输的拓扑路由性能综合评价指标,包括通信链路负载率、转发时延和传输抖动等,形成了完整的网络拓扑路由模型体系;最后,提出了一种基于TDE的网络拓扑路由重构策略,快速且有效地应对了通信链路故障所带来的网络拓扑突变。4、为了验证网络重构优化的实际应用有效性问题,设计并搭建了基于列车通信以太网的网络重构优化实验平台。依据所提出的列车通信以太网网络重构优化策略,以TRDP地铁列车实车通信网络为基础,设计了网络资源和通信链路的实时监测控制方案,完成了列车通信以太网重构优化实验平台的搭建。通过实际实验平台测试,证明了网络资源预调度重构、ECN子网网络资源动态调度重构和网络拓扑路由重构策略的有效性,从而表明所提出的网络重构优化策略为列车通信以太网的智能容错设计研究提供了一种新型的优化方案。
张旭[2]（2021）在《基于时间敏感网络的列车以太网通信技术研究》文中认为列车网络控制系统是列车“神经系统”和“智能”的基础,大量车载智能设备的使用及高铁列车智能化水平的逐渐提高,使得列车通信网络需要传输的数据类型和数据量不断增多,现有的WTB/MVB列车通信网络越来越难以满足日益增长的高速率以及高带宽需求。以太网由于具有带宽高、成本低、速率快、兼容性好等优点逐渐成为列车通信网络的发展趋势,但由于以太网自身存在可靠性、实时性方面的不足,因此需要对以太网协议进行改进以提升其性能。本论文通过探索时间敏感网络（Time Sensitive Networking,TSN）协议簇,来确保网络数据传输的时延,改善列车以太网的实时性和确定性。文中首先介绍了时间敏感网络的基本原理与主要协议,然后基于对列车以太网的基本架构和列车实时数据协议（TRDP）的深度理解,尝试在数据链路层引入时间敏感网络协议簇中时间同步协议和门控调度协议,与现有的列车实时数据协议进行融合处理,为已有的TRDP协议建立统一的时间敏感机制,形成了新的列车以太网通信协议栈;论文介绍了以ARM+FPGA架构的PSo C芯片为主控单元,存储器（DDR3、TF卡等）驱动、三速以太网及其驱动电路等硬件设计方案;并以时间敏感网络的可编程逻辑IP核为基础,与原有的TRDP代码相结合,实现时间敏感网络相关的功能。论文实现了能够在PSo C上运行的Linux最小系统并完成软件代码移植工作;设计了实验方案,对自主构建的软硬件实验平台的时间同步效果和TRDP协议中过程数据传输的门控效果进行了测试。测试数据结果显示,硬件板卡能够在网络中以亚微秒级别实现时间同步,并且将过程数据在大数据流量背景下的传输时延控制在数据周期的±0.8%以内,表明本软硬件方案应用于列车通信网络具有可行性与有效性。
简捷[3]（2020）在《基于以太网的列车通信网络多业务调度优化策略研究》文中指出随着信息技术的发展,人工智能、大数据、云计算、物联网等先进技术与轨道交通装备不断深度融合,高速动车组体现出智能化和信息化的核心特征。列车通信网络（Train Communication Network,TCN）在承载控制数据之外,需要产生、整合、传输、处理更多源、更大量、更高维的运行及服务数据,实现多业务数据的融合传输。虽然实时以太网技术的引入大大扩展了TCN的带宽,但目前多业务数据在网络中所采用的仍是多网并存、低流量运行的实时性保障方法。在新的业务需求迅速扩展的要求下,为保证多种类型数据的实时性、安全性、可靠性,提升网络资源的利用率,需要对基于以太网的TCN多业务通信的传输模型与调度机制进行深入研究。本文从实时周期数据、实时非周期数据和流媒体数据三种类型业务的传输需求出发,分别讨论了数据的通信模型、网络资源调度算法以及实时性分析方法,主要研究成果如下:1、基于时间触发的实时周期数据调度优化。建立基于时间触发机制的TCN周期数据调度模型;分析以太网TCN的时延构成,并在此基础上形成实时周期数据调度的统一时态约束条件;为兼顾控制与调度性能,构建基于数据抖动和负载均衡的周期调度表优化模型;针对优化模型,提出基于模糊控制的量子粒子群自适应优化算法和基于可调度性排序的可满足性模块理论约束规划算法,进行周期数据时间触发调度表的计算;在TCN拓扑下,基于随机流量进行调度表的性能评估,证明算法的有效性。2、实时非周期数据队列调度优化。依据TCN优先级业务特点,建立实时非周期数据与时间触发数据的融合传输机制,并在此基础上提出实时非周期数据的动态平滑加权轮询-最小截止期优先两级调度方案,综合考虑业务排队长度、优先级、差错丢包数量等因素对轮询权重的影响,避免高优先级业务数据长时间阻塞端口;通过平滑调整轮询顺序,保证子队列轮询公平性与均衡性,提高网络业务整体的时延性能;通过二级截止期调度,保证在同一优先级队列内,紧急数据的优先转发。3、实时非周期数据队列时延的理论计算与实测估计方法优化。在理论时延计算方法上,建立实时非周期数据随机网络演算模型,允许业务在规定的概率下超出统计边界,推导在基于多跳交换机网络的周期、非周期数据融合传输机制下,多优先级队列轮询的理论时延上限。在现场测试方法上,建立实时业务数据端到端递交延误率的先验概率分布,通过统计有限时间内,测试样本中超过截止期的延误帧数量,建立基于贝叶斯规则的延误率后验概率模型,将时延测试问题转化为统计学的置信度问题,为TCN现场实时性指标的测试时间及样本数量的选择提供理论依据。4、基于定价机制与纳什均衡的流媒体数据带宽分配策略。在时间触发周期模型的基础上,建立TCN控制系统与流媒体数据融合传输的模型,分析业务传输的实时性保障性能。结合TCN带宽资源及流媒体数据业务特点,提出一种基于业务体验质量、网络传输性能和缓存要求的流媒体数据网络效用综合评价模型。基于经济学的执行理论与定价机制,将流媒体数据带宽分配问题转换为非合作博弈纳什均衡的求解问题;针对流媒体数据系统效用私密性、决策分散性特点,设计分布式策略定价机制进行码率与带宽的协商与定价,并通过实验验证了算法的有效性。5、搭建基于列车实时数据协议的TCN多业务传输验证平台。以典型的以太网TCN的两级结构与网络拓扑为原型,完成验证平台的设计。通过列车实时控制系统,以太网TCN状态感知系统及列车流媒体播放系统进行平台组网实验,对不同网络负载下的列车通信质量进行时延、抖动及业务平稳性的测试,验证本文所提算法的有效性。
苗元嘉[4]（2020）在《基于TRDP协议的列车以太网网络性能研究》文中指出2018年“复兴号”动车组正式投入商业运营,标志着我国的动车组技术已经达到国际领先水平,且具有完全自主知识产权。以计算机网络为核心的列车通信网络实现列车运行过程中的车辆控制、检测和诊断功能。由于列车网络通信时延,丢包等网络性能问题会对列车网络控制系统的实时性与可靠性造成影响,进而影响列车的行车安全。因此为保障列车安全运行,研究并改善列车网络性能便成为当前列车网络控制技术的重点。本文首先对列车实时以太网网络系统和通信机理进行分析和研究,从理论上分析网络时延、时延抖动和网络丢包产生的原因。其次基于TRDP协议搭建半实物仿真平台,根据列车拓扑发现协议与DHCP服务通信机制进行实验平台动态组网,完成列车初运行与终端设备动态获取IP地址功能。然后根据列车牵引过程的工况设计VCU设备、HMI设备和牵引模拟单元的软件,通过实验平台模拟列车在ETB骨干网络上传输牵引控制信号,在ECN组成网内传输速度信号,并使用Wireshark软件在线监视捕获报文数据。开发了一款专用网络性能分析的软件,对列车网络性能数据变化趋势进行可视化分析。分析了牵引控制指令与速度信号报文在不同发送周期、报文尺寸和网络负载下对网络时延、时延抖动和网络丢包的影响。针对增加网络负载对网络性能影响较大这个问题,研究链路聚合和负载均衡算法对网络性能的优化,对比研究加权轮询算法和哈希算法的优缺点,选择哈希算法作为网络负载均衡算法,并使用OPNET仿真软件进行仿真优化计算。最后通过实验验证在增加网络负载的情况下链路聚合和哈希负载均衡算法对网络性能优化的有效性。
戚小莎[5]（2020）在《基于工业以太网的列车通信网络实时性算法研究》文中指出针对列车工业以太网在数据传输过程中实时性不高、链路利用率较低等问题,本文采用拓扑优化、实时调度及自适应退避方法来对网络时延及吞吐量等进行优化,提高了网络实时性及链路利用率。具体研究内容如下:首先,对列车通信网络以及工业以太网的基本原理进行介绍,包括工业以太网网络通信系统的协议及其实时传输模型,介绍了现有的实时算法,确定了影响工业以太网网络性能的相关参数,为后续章节中的实时性算法优化奠定了理论基础。其次,提出一种基于网络拓扑优化的列车工业以太网实时性改进方法。根据国际工业以太网标准IEEE802.3及列车通信标准IEC61375确定约束条件及优化目标,按照基本流程通过对网络拓扑结构进行分析、建立列车节点并按要求连接后,得出相应的优化模型。通过与其他拓扑结构进行延时及链路负载的仿真对比,证明了所提方法的数据传输实时性的优越性及合理性。然后,提出一种基于自适应调度算法的列车工业以太网实时性优化算法。该方法在网络拓扑优化的基础上,提出多队列循环的设置方式,采用自适应优先级方式对队列循环进行调整。通过与其它现有调度算法进行数据传输周转周期以及带权周转周期的仿真对比,该算法能进一步改善工业以太网网络传输实时性能。最后,提出一种基于自适应退避算法的列车工业以太网实时性改进算法。为了弥补传统退避算法在碰撞冲突方面存在的缺陷,引入退避因子,计算得出最大退避时隙数。通过对退避因子的设定,能更快更好地找到最大退避时隙数。通过与传统退避算法进行仿真对比,表明该方法的时延更低,信道利用率更高,且网络总吞吐量也更高。本文通过优化列车工业以太网实时算法以提高其通信实时性,并为列车安全运行提供了保障,为工业以太网在其它高实时性通信应用场合推广应用打下了良好的理论基础。
车东洋[6]（2020）在《飞机客舱一体化网络体系结构研究及仿真》文中研究表明航空电子系统是现代化飞机的一个重要组成部分,客舱网络系统作为航空电子系统的重要组成部分,随着网络流量爆发增长带来的大量需求,迎来了新的挑战。世界各大研究机构和网络硬件设备制造厂商都在加快步伐走在研发前沿。传统的采用模拟离散线架设的客舱网络通信系统虽然传输性能稳定、架设简单、管理方便,但在网络流量日益增多的客舱中显得越来越力不从心,因此需要一种更为先进、容量更大的客舱网络系统架构的想法不断被提出。借助于此一方面能够减少乘务组和飞机维护管理人员的工作负担,另一方面可以改善旅客的乘机体验。这为航空公司抢占民航市场提供了有力支撑,具有极强的现实意义。为了应对这种需求,本文以客舱一体化网络体系结构为切入点,重点研究了基于以太网的新一代客舱一体化网络体系架构。在对网络架构设计的同时对所需的各类保障策略进行设计,重点研究了客舱一体化网络的网络管理策略,基于QoS模型的WFQ调度算法进行向客舱网络的迁移,提出了一种适用于客舱网络环境的网络质量保障策略。最后基于OPNET平台对客舱一体化网络架构进行建模,高度还原了客舱网络的真实情况,为客舱一体化网络架构及策略验证工作提供了有力支撑。本文首先介绍了课题选择的背景和意义,简述国内外研究现状。随后对应用到的相关技术进行介绍,决定选择OPNET平台作为测试仿真工作的研发平台。接下来对客舱一体化网络进行需求分析,提出了客舱网络架构应该具有的功能。然后对客舱一体化网络应当具有的网络管理体系做出分析制定,重点关注网络安全和网络质量管理方面。并在之后针对客舱一体化网络架构设计仿真建模方案,进行详细仿真测试。最后在总结本文工作的同时对后续客舱一体化网络的发展方向做出展望。
李亭蓄[7]（2019）在《基于TRDP协议的列车以太网网络通信实时性研究》文中研究表明铁路是城际交通的主要方式,高速动车组因其搭乘方便、速度快、比较舒适的特点而成为国民出行的首选。近年来我国高铁事业飞速发展,拥有完全自主知识产权的“复兴号”列车代表我国动车组制造技术已达到世界领先水平。随着列车装备制造技术和网络技术的发展,传统TCN网络已不能满足多元化网络服务的需求。自2012年以来,国际电工委员会IEC陆续颁布了基于以太网的列车通信网络新标准。但由于以太网存在可靠性、实时性方面的缺陷,可能会影响列车的实时控制性能,威胁行车安全。因此对以太网列车通信网络的实时性能进行研究和对网络实时性能的改进很有必要,本论文即是对这两点展开深入研究。本论文首先通过对基于列车实时数据协议（TRDP）的列车通信网络框架与网络通信机制的深度理解,从理论上对网络诱导时延产生的原因和影响进行分析和研究。为了获取精确的时延数据,在计算机上开发基于TRDP协议栈的通信性能测试软件作为测量时延的工具。通过测试验证了该软件的有效性、正确性。然后通过搭建列车以太网络测试平台,并根据列车运行的实际工况模拟控制信号和网络负载,利用搭载通信监测软件的计算机和陪测设备测量了网络数据帧的时延。然后测试了不同任务周期、网络负载率下的系统时延数据,依据所得时延数据研究列车以太网通信网络在不同条件下的时延特性,得出减小系统时延的方法。分析数据时发现在网络高负载情况的试验组中,消息数据的时延较大。针对这个问题,对数据在经过网络设备时产生的排队时延展开研究。基于默认优先级调度进行了优化。使用网络演算方法对默认优先级调度、先来先服务、优化优先调度下网络端到端时延上界进行计算,计算结果表明优化优先调度方法的优越性。最后通过试验验证了优化优先级调度方法对列车系统实时性改进的有效性。
朱国庆[8]（2019）在《四轴伺服驱动器EtherCAT通信协议研究与实现》文中认为随着现代工业的不断发展,伺服系统在工业自动化领域开始发挥更重要的作用,市场需求不断攀升。同时,日益复杂的工业应用环境对伺服控制技术提出了高速、高精的控制要求,传统模拟量和脉冲控制方式已无法满足需求。随着现代通信技术的不断发展,特别是工业以太网的出现,使伺服系统向着数字化、网络化的方向发展。工业以太网具有传输速度快、可靠性高、实时性好及精确同步等特点,备受国内外伺服厂家的青睐。本文对伺服驱动器EtherCAT通信进行研究,在深入分析EtherCAT协议基础上,进行了四轴伺服驱动EtherCAT通信部分软硬件开发,实现IgH开源主站。论文主要研究内容如下:首先,分析了 EtherCAT协议及CiA402伺服与运动控制行规规范。其次,采用模块化思想,基于LAN9252和STM32F407设计四轴伺服驱动EtherCAT通信部分硬件,详细分析了涉及的通信接口和外围电路。第三,对伺服从站之间同步性进行研究,从理论上分析了初始偏移补偿和时钟漂移补偿过程,对DC同步模式进行改进,提高了系统同步性能。第四,采用层次化思想实现四轴伺服驱动EtherCAT通信软件,包括驱动层、数据链路层和应用层,硬件驱动实现LAN9252与STM32之间数据传输,数据链路层实现周期性和非周期性数据通信。针对EtherCAT应用层,设计并实现了 CoE协议,包括过程数据PDO、邮箱服务SDO及CiA402行规中功率设备状态机和两种标准伺服控制模式。此外,针对四轴伺服驱动器从站功能,设计了设备描述文件。第五,为了打通整个EtherCAT通信,后续可以通过不同类型的主站对伺服驱动器从站进行测试,基于x86架构硬件,构建了Xenomai/Linux双内核实时系统,实现了 IgH开源主站,测试了 EtherCAT主站功能。最后,搭建了系统测试平台,对四轴伺服驱动器EtherCAT通信功能进行了验证,包括状态机、过程数据PDO、邮箱通信SDO、CiA402行规中功率设备状态机和两种标准伺服控制模式;同时,对伺服从站性能进行了测试,包括稳定性、实时性及同步性。结果表明,本文设计的四轴伺服从站不仅实现了四轴伺服驱动器EtherCAT通信功能,且实时性、稳定性及同步性能良好,满足伺服控制应用的需求。
王红春[9]（2019）在《面向DIMA应用的时间触发以太网性能优化与评估技术研究》文中进行了进一步梳理航空电子系统是飞机的“大脑”和“神经中枢”,其发展经历了分立式、联合式、综合模块化（Integrated Modular Avionics,IMA）以及目前最新的分布式综合模块化（Distributed Integrated Modular Avionics,DIMA）的四代典型技术发展。DIMA的设计思想通过分布式综合技术,并结合时间触发（Time-Triggered）通信和分区隔离调度机制,极大地增强了综合电子系统在执行任务时的实时性、可靠性和安全性,代表了未来武器装备的发展趋势,未来航空电子系统架构逐步演变为基于网络的分布式、综合化、模块化的通用系统平台。时间触发以太网（Time-Triggered Ethernet,TTE）属于时间触发架构下的航空机载总线,相比于传统机载总线,TTE具备高可靠性和安全性、良好的兼容性以及消息传输确定性等优点。在新一代综合化航空电子系统中,采用时间触发以太网作为底层通信网络的DIMA系统,即基于时间触发的分布式综合模块化航空电子系统（Time-Triggered based Distributed Integrated Modular Avionics,TT-DIMA）可以满足未来混合安全关键等级功能综合化的发展趋势,代表着未来航电系统架构的发展方向。本文研究面向DIMA应用的时间触发以太网性能优化与评估技术,其研究成果已经在卫星姿态控制系统、运载火箭控制系统、船舶分布式控制系统等典型应用场景下得到验证,具有高时间确定性,强实时性和高可靠性等特点。本文的研究工作主要包括基于TT-DIMA业务约束的网络拓扑结构优化、TT-DIMA系统时钟同步控制、TT-DIMA混合安全关键业务调度、TT-DIMA流量模型优化及性能评估四个主要研究内容。论文的创新工作包括:（1）针对TT-DIMA网络资源分配优化问题,重点研究了TTE网络拓扑结构优化技术,目标是在满足网络应用的安全性和实时性要求的前提下,生成一个具有较低架构成本、负载均衡、相对路径短的网络拓扑结构。本文在深入分析了以太网系统模型之后,提出一种新的网络拓扑优化方法,该拓扑优化算法充分考虑了TTE网络通信本身具有的时间确定性和网络拓扑的任意性,可以使得整体网络拓扑架构成本更低,整个网络的节点以及链路上的负载分布更加均匀,使时间触发业务流编排更加合理,为DIMA系统提供全局性能最优化的网络拓扑结构。（2）针对DIMA系统应用业务不同步带来应用系统延迟大、不确定、应用组合性差等问题,提出了网络级和应用级两级同步策略,目标是降低系统应用业务端到端之间的延迟。首先,详细研究了TTE网络时钟高精度同步的方法,利用FPGA实现了TTE标准同步算法;然后,进一步研究分区操作系统VxWorks653与TTE通信网络间的时钟同步技术,提出了一种分区操作系统时钟和TTE网络时钟的高精度时隙对齐方法,使得系统的应用业务可以按照时间触发的模式进行编排调度,有效降低业务端到端的通信延迟。最后,利用自研的TTE交换机和TTE节点机搭建了一整套TT-DIMA演示验证系统,在真实的硬件环境下,TTE网络节点间的同步精度不超过48ns,应用分区间时钟同步精度不超过70ns,端到端的应用消息通信延迟在[7.18μs,7.22μs]范围之间,延迟抖动40ns,这些实验结果验证了同步算法的正确性和有效性,也为进一步开发TT-DIMA产品提供了数据支撑。（3）由于DIMA系统本身的业务特性,TTE网络需要同时支持时间触发和事件触发两种业务,以满足不同安全等级的应用场景。为了进一步提高系统资源的利用率,提出了一种时间触发业务静态调度表生成算法,将调度表编排问题抽象成二维装箱及带约束的优化问题,优化目标是使得时间触发业务尽可能的分散排布,从而得到数目最大的空闲时隙数,为后续事件触发业务提供均匀的时间资源以提升系统的稳定性。仿真实验结果表明,提出的优化算法要优于传统装箱算法对调度表的编排,在平均时延和时延抖动两个指标上都有明显的降低,保证了DIMA系统对关键业务的确定性通信延迟,同时最大限度地满足非安全关键业务。（4）传统的网络演算模型对系统时延分析存在较大的悲观性,结合DIMA系统中业务特点提出了一种新的通信流量优化模型和性能评估方法,通过引入时间触发（TT）流量的缺包周期以及速率约束（RC）流量的调节因子,分别对RC流量的服务曲线及到达曲线进行了优化并基于该模型进行了时延分析,时延分析结果更接近真实网络运行情况,使系统调度表编排更加合理,提高了系统资源的利用率。
田鹍[10]（2019）在《面向工业控制网络EPA标准下的安全方案研究》文中认为随着德国的“工业4.0”、美国的“再工业化”风潮、“中国制造2025”等国家战略的推出,以及云计算、大数据、物联网等新技术、新应用的大规模使用,工业控制系统逐渐由封闭独立走向开放、由单机走向互联、由自动化走向智能化。伴随这一趋势,工业控制网络也暴露出了越来越多的安全隐患问题,近年来工业控制安全事件频发,并且对社会造成很大影响,工业控制网络安全已经成为了亟待解决的重要问题。由于以太网技术在设备通用性、通信速率、成本低廉、资源共享等方面具有一定的优势,大量的以太网网络协议和设备被应用到了工业控制网络中,因此工业控制网络的安全问题变得日趋严重。EPA（Ethernet for Plant Automation）标准是我国拥有的第一个具有自主知识产权的工业控制网络国际标准,然而EPA标准在设计阶段并未将安全性作为重点考虑对象,安全问题已经成为制约EPA应用发展的主要瓶颈之一。本文的研究目标就是为了提升EPA标准的安全性和可靠性,弥补EPA安全技术的部分弱点,分别从硬件解决方案和软件解决方案两个方面,提出了解决EPA设备安全和网络安全的安全方案研究。本文通过分析EPA的安全弱点,提出了两种安全方案。一是通过使用防火墙和入侵检测联动模型使EPA安全网关可以对内网的数据包进行深度安全检测。二是通过使用安全协议即基于EPA协议标准的双向认证协议,通过身份认证及密钥分发,提高传输数据的保密性并保证网络设备的合法性。本文提出的防火墙和入侵检测联动模型采用的是在EPA安全网关内部实现状态检测防火墙与网络入侵检测系统实时联动的方法。入侵检测模块将事件采集器生成的特征值与安全数据库中的入侵规则库匹配,然后确定数据是否具有威胁;如果具有威胁,则通知状态检测防火墙改变状态。而所提出的双向认证安全协议则是基于挑战应答机制,通过使用动态口令认证来判定设备的合法性,并使用密钥表进行密钥协商,自动更新加密密钥,为通信设备之间的数据传输加密做准备。通过对联动模型的仿真测试和对安全协议的性能测试,结果表明,防火墙和入侵检测联动模型可以使入侵检测系统将现场设备层网络异常情况传送给状态防火墙,安全协议也可以实现对EPA通信设备的身份认证和密钥分发的功能;并且两种安全方案对EPA控制网络的实时性影响均比较小。
二、以太网在网络控制系统中的应用与发展趋势（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、以太网在网络控制系统中的应用与发展趋势（论文提纲范文）
（1）列车通信以太网网络重构及性能优化研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 列车通信以太网性能优化研究 |
| 1.2.1 网络协议与应用现状 |
| 1.2.2 网络架构与性能指标 |
| 1.2.3 国内外研究现状 |
| 1.2.3.1 调度控制优化研究 |
| 1.2.3.2 路由管理优化研究 |
| 1.3 网络重构优化基本问题与研究现状 |
| 1.3.1 网络资源调度重构理论 |
| 1.3.1.1 列车通信以太网网络资源调度 |
| 1.3.1.2 预调度重构研究现状 |
| 1.3.1.3 动态调度重构研究现状 |
| 1.3.2 网络拓扑路由重构理论 |
| 1.3.2.1 列车通信以太网网络拓扑路由 |
| 1.3.2.2 网络拓扑路由重构研究现状 |
| 1.4 论文整体结构与内容 |
| 1.4.1 本文研究的主要问题 |
| 1.4.2 整体研究架构 |
| 1.4.3 章节安排 |
| 2 基于SCBFO的网络资源预调度重构策略 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 系统间网络资源预调度模型 |
| 2.2.1 时间触发流量通信原理 |
| 2.2.2 系统间实时流量传输结构建模 |
| 2.2.3 预调度重构约束与优化目标 |
| 2.3 自适应细菌觅食算法设计 |
| 2.3.1 细菌觅食算法架构与建模 |
| 2.3.2 自适应趋化控制改进设计 |
| 2.3.2.1 基于细菌搜索自调整趋化曲线的游动位移 |
| 2.3.2.2 基于细菌间信息交流的翻转方向改进 |
| 2.3.3 SCBFO算法整体流程设计 |
| 2.4 算法性能与稳定性测试分析 |
| 2.4.1 实验环境与参数配置 |
| 2.4.2 算法结果与性能分析 |
| 2.4.2.1 最优解优化结果分析对比 |
| 2.4.2.2 最优解搜索趋势分析对比 |
| 2.4.2.3 最优解优化稳定性分析对比 |
| 2.5 预调度重构模拟实验与评估 |
| 2.5.1 系统间网络资源模拟实验模型设置 |
| 2.5.2 预调度重构优化结果与分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于MOFPSO的子网网络资源动态调度重构策略 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 ECN子网资源动态调度建模 |
| 3.2.1 ECN子网调度模型分析 |
| 3.2.2 ECN子网资源模型时域化 |
| 3.2.3 动态调度重构约束条件 |
| 3.2.4 动态调度重构分配策略目标 |
| 3.3 多目标模糊粒子群算法设计 |
| 3.3.1 多目标粒子群算法设计 |
| 3.3.2 状态自评估模糊控制器设计 |
| 3.3.3 MOFPSO算法整体框架设计 |
| 3.4 动态调度重构模拟实验与分析 |
| 3.4.1 实验环境设置 |
| 3.4.2 重构策略参数设定 |
| 3.4.3 实验结果与分析 |
| 3.4.4 子网规模调整与优化分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于TDE的网络拓扑路由重构策略 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 列车通信以太网网络拓扑架构建模 |
| 4.2.1 ETB与 ECN网络拓扑结构分析 |
| 4.2.2 网络拓扑架构稀疏化建模 |
| 4.2.3 路由性能分析与约束条件 |
| 4.3 差分进化混合禁忌算法设计 |
| 4.3.1 差分进化算法架构与建模 |
| 4.3.1.1 参数向量初始化 |
| 4.3.1.2 差分变异操作 |
| 4.3.1.3 向量交叉重组 |
| 4.3.1.4 贪婪选择操作 |
| 4.3.2 禁忌搜索混合改进设计 |
| 4.3.3 TDE算法整体框架设计 |
| 4.4 拓扑路由重构模拟实验与分析 |
| 4.4.1 模拟实验环境设置 |
| 4.4.2 重构策略参数设定 |
| 4.4.3 重构优化结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于列车通信以太网实验平台的重构优化实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 网络重构优化实验平台设计 |
| 5.2.1 列车通信以太网实验平台总体设计 |
| 5.2.2 网络故障重构优化实验设计 |
| 5.2.3 网络实时资源与异常流量设计 |
| 5.3 基于TRDP的网络性能监控设备设计 |
| 5.3.1 基于MIB的网络性能状态感知 |
| 5.3.2 基于TRDP的网络重构通信设备 |
| 5.4 网络重构优化组网实验与分析 |
| 5.4.1 系统间预调度重构优化实验 |
| 5.4.2 ECN子网动态调度重构优化实验 |
| 5.4.3 网络拓扑路由重构优化实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A SCBFO 算法 CEC2015 测试函数对比实验结果 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）基于时间敏感网络的列车以太网通信技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 列车通信网络的需求分析 |
| 1.2.1 基于以太网的列车通信网络的特点 |
| 1.2.2 业务分类与实时性需求 |
| 1.3 国内外相关领域研究现状 |
| 1.3.1 以太网在列车网络通信中的应用现状 |
| 1.3.2 关于以太网实时性的研究现状 |
| 1.4 主要研究内容与组织结构 |
| 2 TSN协议与TRDP协议的融合 |
| 2.1 TSN协议概述 |
| 2.2 时间敏感网络相关协议标准 |
| 2.2.1 时间敏感网络的帧 |
| 2.2.2 IEEE802.1AS精准时间同步协议 |
| 2.2.3 IEEE802.1Qav协议 |
| 2.2.4 IEEE802.1Qbv协议 |
| 2.2.5 TSN与数据的实时性 |
| 2.3 TRDP与 TSN融合协议栈的架构 |
| 2.3.1 传统的TRDP协议 |
| 2.3.2 TRDP协议与TSN协议的融合 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 开发平台的硬件设计与实现 |
| 3.1 系统框架与主控芯片的选型 |
| 3.2 电路设计 |
| 3.2.1 供电电路 |
| 3.2.2 时钟电路 |
| 3.2.3 DDR3 内存接口电路 |
| 3.2.4 以太网接口电路 |
| 3.2.5 TF卡接口电路 |
| 3.3 PCB的信号保真与制版 |
| 3.3.1 信号完整性理论 |
| 3.3.2 PCB层叠选取 |
| 3.3.3 PCB制版 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 数字逻辑的原理与软件程序设计 |
| 4.1 开发环境简介 |
| 4.2 构建数字逻辑用到的主要IP核 |
| 4.2.1 AXI总线 |
| 4.2.2 TADMA IP核 |
| 4.2.3 TSN的 MAC |
| 4.3 Linux系统镜像的生成与移植 |
| 4.4 TSN协议与TRDP的融合 |
| 4.4.1 软件总体架构分析 |
| 4.4.2 UDP socket编程 |
| 4.4.3 TRDP程序移植 |
| 4.4.4 时间同步的软件实现 |
| 4.4.5 门控队列的软件实现 |
| 4.4.6 多线程调度 |
| 4.5 软件程序总流程 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 试验验证 |
| 5.1 时间同步的测试 |
| 5.2 过程数据传输性能测试 |
| 5.2.1 网络空载时的周期抖动试验 |
| 5.2.2 网络满载时的周期抖动试验 |
| 5.4 以太网一致性测试 |
| 5.5 试验结论 |
| 6 总结与展望 |
| 缩略语对照表 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）基于以太网的列车通信网络多业务调度优化策略研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 背景与意义 |
| 1.2 基于以太网的列车通信网络 |
| 1.2.1 列车通信网络的基本要求 |
| 1.2.2 实时以太网的研究现状 |
| 1.2.3 基于以太网的列车通信网络应用 |
| 1.3 基于以太网的列车通信网络多业务调度 |
| 1.3.1 TCN多业务数据分类 |
| 1.3.2 TCN多业务数据调度 |
| 1.3.3 相关问题研究现状 |
| 1.4 论文整体结构 |
| 2 基于FQPSO和 SMT理论的实时周期业务调度优化 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 周期任务调度优化建模 |
| 2.2.1 时间触发通信机理 |
| 2.2.2 列车通信网络建模 |
| 2.2.3 任务调度约束条件 |
| 2.2.4 抖动与负载均衡目标 |
| 2.3 模糊控制量子粒子群算法 |
| 2.3.1 量子粒子群算法 |
| 2.3.2 收缩-扩张系数与势阱长度关系 |
| 2.3.3 基于模糊控制的量子粒子群自适应优化算法 |
| 2.4 基于可调度性排序SMT的时间触发调度 |
| 2.4.1 可满足性模块理论 |
| 2.4.2 周期业务可调度性排序 |
| 2.5 调度表性能评估 |
| 2.5.1 算法流程 |
| 2.5.2 网络环境 |
| 2.5.3 算例分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 实时非周期业务调度与分析优化方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实时非周期数据融合调度模型 |
| 3.2.1 实时非周期数据传输特征 |
| 3.2.2 实时非周期数据融合传输机制 |
| 3.2.3 动态平滑加权轮询—最小截止期优先两级调度 |
| 3.3 基于随机网络演算的实时非周期数据时延计算 |
| 3.3.1 随机网络演算理论 |
| 3.3.2 TCN实时非周期数据到达与服务过程 |
| 3.3.3 TCN实时非周期数据积压与时延边界计算 |
| 3.4 基于贝叶斯规则的实时非周期业务时延估计方法 |
| 3.4.1 业务端到端时延测试 |
| 3.4.2 数据帧延误先验与后验概率分布 |
| 3.4.3 基于目标置信度的端到端数据延误率估计算法 |
| 3.5 算例仿真与分析 |
| 3.5.1 随机网络演算算例分析 |
| 3.5.2 DSRR-EDF调度仿真 |
| 3.5.3 贝叶斯时延测试方法分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于定价机制与纳什均衡的流媒体数据带宽分配策略 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 列车通信网络流媒体数据融合传输模型 |
| 4.2.1 流媒体数据业务传输特征 |
| 4.2.2 流媒体数据融合调度模型 |
| 4.2.3 流媒体数据带宽决定因素 |
| 4.2.4 流媒体数据综合效用评价模型 |
| 4.3 基于策略定价机制与纳什均衡的流媒体数据码率竞争策略 |
| 4.3.1 执行理论与定价机制 |
| 4.3.2 基于纳什均衡的流媒体数据码率策略定价机制 |
| 4.3.3 策略定价机制设计及求解 |
| 4.3.4 纳什均衡解的有效性 |
| 4.3.5 基于策略定价机制的调度算法设计 |
| 4.4 仿真分析 |
| 4.4.1 仿真平台结构 |
| 4.4.2 流媒体QoE性能参数拟合 |
| 4.4.3 基于策略定价机制的码率竞争仿真 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于以太网的列车通信网络多业务传输验证平台 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 验证平台总体设计 |
| 5.2.1 TCN多业务系统结构 |
| 5.2.2 总体设计 |
| 5.3 基于TCN的多业务子系统设计 |
| 5.3.1 基于TRDP的实时通信子系统 |
| 5.3.2 基于TRDP-MIB的以太网TCN状态感知子系统 |
| 5.3.3 基于MPEG DASH的 PIS视频播放子系统 |
| 5.4 平台组网实验 |
| 5.4.1 实时周期数据调度实验 |
| 5.4.2 实时非周期数据调度实验 |
| 5.4.3 流媒体数据调度实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（4）基于TRDP协议的列车以太网网络性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 列车通信网络发展现状 |
| 1.2.2 工业以太网在列车网络中的应用 |
| 1.3 课题研究内容及论文结构 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 论文结构 |
| 本章小结 |
| 第二章 列车实时以太网及通信性能指标 |
| 2.1 列车实时以太网网络系统 |
| 2.1.1 列车级以太网研究 |
| 2.1.2 列车拓扑发现协议 |
| 2.1.3 车辆级以太网研究 |
| 2.2 列车实时以太网通信机制 |
| 2.2.1 列车实时数据协议研究 |
| 2.2.2 过程数据通信机制 |
| 2.2.3 DHCP服务通信机制 |
| 2.3 列车网络通信性能评价指标 |
| 本章小结 |
| 第三章 列车以太网网络性能实验平台设计 |
| 3.1 列车以太网网络性能实验平台设计方案 |
| 3.2 列车以太网网络性能实验平台硬件设计 |
| 3.2.1 骨干网节点 |
| 3.2.2 车辆控制单元 |
| 3.2.3 司机室显示屏 |
| 3.2.4 以太网交换机 |
| 3.2.5 列车牵引模拟单元 |
| 3.3 列车网络动态组网 |
| 3.3.1 ETBN初运行 |
| 3.3.2 DHCP动态分配IP地址 |
| 3.4 列车以太网网络性能实验平台软件设计 |
| 3.4.1 VCU程序设计 |
| 3.4.2 HMI界面设计 |
| 3.4.3 牵引模拟单元程序设计 |
| 本章小结 |
| 第四章 数据分析软件开发与网络性能测试分析 |
| 4.1 数据分析软件设计 |
| 4.1.1 软件需求分析 |
| 4.1.2 软件开发环境 |
| 4.1.3 软件总体架构设计 |
| 4.1.4 软件界面设计 |
| 4.1.5 软件功能设计 |
| 4.2 发送周期对列车网络通信性能的影响 |
| 4.3 报文尺寸对列车网络通信性能的影响 |
| 4.4 网络负载对列车网络通信性能的影响 |
| 本章小结 |
| 第五章 基于链路聚合的网络性能优化 |
| 5.1 链路聚合 |
| 5.1.1 链路聚合控制协议 |
| 5.1.2 链路聚合原理分析 |
| 5.2 负载均衡算法 |
| 5.3 基于OPNET网络性能仿真 |
| 5.3.1 OPNET建模机制 |
| 5.3.2 网络模型设计 |
| 5.3.3 节点模型设计 |
| 5.3.4 进程模型设计 |
| 5.3.5 仿真参数配置及结果分析 |
| 5.4 基于链路聚合网络性能优化验证 |
| 5.4.1 链路聚合功能实现 |
| 5.4.2 基于链路聚合的优化验证 |
| 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 A 基于TRDP协议的列车以太网网络性能实验平台 |
| 致谢 |
（5）基于工业以太网的列车通信网络实时性算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 列车通信网络技术的研究现状与发展趋势 |
| 1.2.1 列车通信网络技术的研究现状 |
| 1.2.2 列车通信网络技术的发展趋势 |
| 1.3 本文主要研究内容以及结构 |
| 第2章 工业以太网实时性分析 |
| 2.1 工业以太网简介 |
| 2.1.1 工业以太网常用协议 |
| 2.1.2 IEEE802.3和TCP/IP |
| 2.1.3 CSMA/CD |
| 2.2 工业以太网主要问题 |
| 2.2.1 实时性 |
| 2.2.2 可靠性 |
| 2.3 面向工业以太网的常用实时算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于网络拓扑优化的列车工业以太网实时性研究 |
| 3.1 网络拓扑基本原理 |
| 3.2 网络拓扑优化设计 |
| 3.2.1 目标分析 |
| 3.2.2 结构设计 |
| 3.3 仿真分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于自适应调度算法的列车工业以太网实时性研究 |
| 4.1 调度算法简介 |
| 4.2 算法优化设计 |
| 4.2.1 设计目的 |
| 4.2.2 参数设置 |
| 4.3 算法流程 |
| 4.4 仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于自适应退避算法的列车工业以太网实时性研究 |
| 5.1 退避算法基本原理 |
| 5.2 参数设置 |
| 5.2.1 最大退避时隙数 |
| 5.2.2 自适应算法参数 |
| 5.3 算法流程 |
| 5.4 仿真分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 本文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
（6）飞机客舱一体化网络体系结构研究及仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 客舱网络架构研究现状 |
| 1.2.2 客舱无线接入技术研究现状 |
| 1.2.3 本文研究方向 |
| 1.3 本文的主要内容与创新点 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 相关技术简介 |
| 2.1 客舱网络体系基础概述 |
| 2.2 客舱网络系统分类 |
| 2.2.1 CCS子系统 |
| 2.2.2 IFES子系统 |
| 2.2.3 IS子系统 |
| 2.2.4 ECS子系统 |
| 2.3 QoS技术 |
| 2.4 OPNET仿真平台 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 客舱一体化网络需求分析 |
| 3.1客舱一体化网络应用场景分析 |
| 3.2 系统整体目标 |
| 3.3 网络架构需求分析 |
| 3.4 网络质量需求分析 |
| 3.4.1 网络安全设计需求 |
| 3.4.2 服务质量设计需求 |
| 3.4.3 网络确定性设计需求 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 客舱一体化网络架构设计 |
| 4.1 客舱一体化网络整体架构 |
| 4.1.1 Boeing-787 客舱网络架构 |
| 4.1.2 客舱一体化网络 |
| 4.2 客舱一体化网络各子系统架构 |
| 4.2.1 CCS子系统 |
| 4.2.2 IS子系统 |
| 4.2.3 IFE子系统 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 客舱一体化网络管理策略设计 |
| 5.1 客舱网络子网及VLAN划分 |
| 5.1.1 客舱网络子网划分方案 |
| 5.1.2 客舱网络VLAN划分方案 |
| 5.2 基于ACL的客舱网络安全策略设计 |
| 5.2.1 客舱交换机中的ACL配置 |
| 5.2.2 防火墙中的ACL配置 |
| 5.2.3 中心路由器中的ACL配置 |
| 5.3 客舱一体化网络数据流隔离 |
| 5.3.1 客舱一体化网络的架构隔离 |
| 5.3.2 VLAN实现数据流隔离和网络安全 |
| 5.3.3 ACL/VACL实现数据流隔离和网络安全 |
| 5.4 客舱一体化网络QoS策略设计 |
| 5.4.1 客舱一体化网络流量分析 |
| 5.4.2 QoS模型调度流程 |
| 5.4.3 QoS流量调度算法 |
| 5.4.4 QoS处理机实现 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 系统仿真 |
| 6.1 测试环境介绍 |
| 6.1.1 测试机部署环境 |
| 6.1.2 客舱一体化网络测试环境设计 |
| 6.1.3 测试仿真流程 |
| 6.2 CCS系统测试 |
| 6.2.1 业务流量设计 |
| 6.2.2 网络质量测试 |
| 6.2.3 网络安全测试 |
| 6.3 IS系统测试 |
| 6.3.1 业务流量设计 |
| 6.3.2 网络质量测试 |
| 6.3.3 网络安全测试 |
| 6.4 IFE系统测试 |
| 6.4.1 业务流量设计 |
| 6.4.2 网络质量测试 |
| 6.4.3 网络安全测试 |
| 6.5 一体化网络QoS策略测试 |
| 6.5.1 业务流量设计 |
| 6.5.2 网络服务质量测试 |
| 6.6 与现有工作的对比 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 全文总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（7）基于TRDP协议的列车以太网网络通信实时性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 国内外研究现状 |
| 1.1.1 列车通信控制网络发展现状 |
| 1.1.2 列车以太网通信技术发展现状 |
| 1.2 课题研究意义 |
| 1.3 课题研究内容及论文结构 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 论文结构 |
| 第二章 以太网列车通信网络架构及实时性分析 |
| 2.1 以太网列车通信网络总体架构 |
| 2.1.1 列车物理结构 |
| 2.1.2 列车逻辑结构 |
| 2.1.3 列车以太网骨干网研究 |
| 2.1.4 列车以太网组成网研究 |
| 2.2 以太网列车通信网络实时性分析 |
| 2.2.1 列车通信网络数据分类 |
| 2.2.2 以太网列车通信网络实时性的意义及影响因素分析 |
| 2.2.3 提高以太网列车通信网络实时性的方法 |
| 本章小结 |
| 第三章 基于列车实时数据协议的网络通信性能测试软件研发 |
| 3.1 列车实时数据协议研究 |
| 3.1.1 列车实时数据协议栈 |
| 3.1.2 通信标识符ComId |
| 3.1.3 过程数据 |
| 3.1.4 消息数据 |
| 3.2 网络通信性能测试软件研发 |
| 3.2.1 软件需求分析 |
| 3.2.2 软件开发环境搭建 |
| 3.2.3 软件总体架构设计 |
| 3.2.4 界面设计 |
| 3.2.5 过程数据通信程序设计 |
| 3.2.6 消息数据通信程序设计 |
| 3.2.7 时延性能测试程序设计 |
| 本章小结 |
| 第四章 列车以太网通信网络实时性测试与特性分析 |
| 4.1 测试目的 |
| 4.2 列车以太网网络测试平台搭建 |
| 4.2.1 平台硬件设计 |
| 4.2.2 平台软件设计 |
| 4.3 网络通信性能测试软件测试试验 |
| 4.3.1 通信功能测试 |
| 4.3.2 网络性能测量测试 |
| 4.4 实际工况下的网络性能测试 |
| 4.4.1 通信网络系统配置 |
| 4.4.2 实际工况下的网络性能测试与分析 |
| 4.5 任务周期对网络性能的影响 |
| 4.6 负载率对网络性能的影响 |
| 本章小结 |
| 第五章 基于优先级调度的网络时延特性优化 |
| 5.1 基于网络演算的网络性能分析 |
| 5.1.1 网络演算介绍 |
| 5.1.2 网络演算基本原理 |
| 5.2 不同优先级调度方法下的网路性能分析 |
| 5.2.1 默认优先级调度方法下的网络性能分析 |
| 5.2.2 先来先服务方法下的网络性能分析 |
| 5.2.3 优化优先级调度方法下的网络性能分析 |
| 5.3 基于优化优先级调度算法的试验验证 |
| 5.3.1 优先级调度的实现 |
| 5.3.2 基于优化优先级调度方法的试验验证 |
| 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与项目 |
| 致谢 |
（8）四轴伺服驱动器EtherCAT通信协议研究与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外伺服驱动器的发展现状 |
| 1.3 实时工业以太网概述 |
| 1.4 主流实时工业以太网介绍与比较 |
| 1.5 国内外EtherCAT技术应用与研究现状 |
| 1.6 课题来源 |
| 1.7 论文主要内容与结构 |
| 第二章 EtherCAT协议规范及原理 |
| 2.1 EtherCAT系统组成 |
| 2.2 数据帧结构及报文寻址方式 |
| 2.3 通信模式 |
| 2.4 从站同步模式 |
| 2.5 分布时钟机制 |
| 2.6 EtherCAT状态机及通信初始化 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 四轴伺服驱动EtherCAT从站硬件设计 |
| 3.1 四轴伺服驱动EtherCAT从站硬件总体结构 |
| 3.2 协议处理模块相关设计 |
| 3.2.1 LAN9252从站控制芯片介绍 |
| 3.2.2 网络通信接口电路设计 |
| 3.2.3 EEPROM存储电路设计 |
| 3.2.4 供电电路设计 |
| 3.2.5 时钟电路设计 |
| 3.2.6 配置电路设计 |
| 3.3 STM32与LAN9252的通信接口设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 四轴伺服驱动EtherCAT通信协议实现 |
| 4.1 四轴伺服驱动EtherCAT通信协议框架 |
| 4.2 LAN9252与STM32之间驱动程序设计 |
| 4.3 EtherCAT状态机设计与实现 |
| 4.4 非周期性数据通信实现 |
| 4.4.1 发送邮箱服务 |
| 4.4.2 接收邮箱服务 |
| 4.4.3 CoE邮箱通信实现 |
| 4.5 周期性数据通信实现 |
| 4.5.1 同步于输入或输出事件 |
| 4.5.2 优化DC同步模式 |
| 4.5.3 过程数据PDO传输 |
| 4.6 CoE对象字典设计 |
| 4.7 应用设计与实现 |
| 4.7.1 CiA402行规状态机实现 |
| 4.7.2 控制模式设计与实现 |
| 4.8 XML设备描述文件设计 |
| 4.9 本章小结 |
| 第五章 系统测试与分析 |
| 5.1 EtherCAT主站实现 |
| 5.1.1 Xenomai/Linux系统构建与测试 |
| 5.1.2 EtherCAT主站架构 |
| 5.1.3 EtherCAT主站软件安装 |
| 5.2 系统测试平台搭建 |
| 5.3 LAN9252与STM32之间数据传输测试 |
| 5.4 四轴伺服驱动器EtherCAT通信功能测试 |
| 5.4.1 EtherCAT状态转换测试 |
| 5.4.2 过程数据(PDO)通信测试 |
| 5.4.3 邮箱数据(SDO)通信测试 |
| 5.5 四轴伺服驱动器EtherCAT通信性能测试 |
| 5.5.1 实时性测试 |
| 5.5.2 稳定性测试 |
| 5.5.3 同步性测试 |
| 5.6 CiA402行规功率设备状态机测试 |
| 5.7 CiA402行规控制模式测试 |
| 5.7.1 单轴速度控制模式测试 |
| 5.7.2 单轴位置控制模式测试 |
| 5.7.3 单节点四轴速度控制模式测试 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
（9）面向DIMA应用的时间触发以太网性能优化与评估技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 时间触发以太网 |
| 1.2.2 基于DIMA应用业务约束的网络拓扑优化 |
| 1.2.3 高安全、高精度实时应用间同步方法 |
| 1.2.4 混合关键性任务调度 |
| 1.2.5 时间触发以太网时延分析 |
| 1.3 本文的研究工作 |
| 1.4 论文的组织结构 |
| 第二章 基于TT-DIMA业务约束的网络拓扑结构优化 |
| 2.1 DIMA系统建模的层次 |
| 2.2 TTE网络拓扑结构 |
| 2.2.1 基于TTE的DIMA系统模型 |
| 2.2.2 拓扑结构设计问题描述 |
| 2.3 拓扑优化算法 |
| 2.3.1 算法设计思想 |
| 2.3.2 设计转换操作 |
| 2.3.3 基于Floyd算法的最短路径路由 |
| 2.3.4 基于模拟退火的拓扑优化 |
| 2.4 优化实现及分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 TT-DIMA系统时钟同步控制 |
| 3.1 基于TTE网络的时钟同步策略 |
| 3.1.1 SM同步发起 |
| 3.1.2 CM同步处理 |
| 3.1.3 SM/SC时间修正 |
| 3.2 系统分区同步方法 |
| 3.2.1 分区同步对端到端延迟的影响 |
| 3.2.2 分布式系统分区同步实现 |
| 3.3 基于FPGA的时间触发以太网设计 |
| 3.3.1 影响同步精度的因素 |
| 3.3.2 SM的设计与实现 |
| 3.3.3 CM的设计与实现 |
| 3.4 时间触发以太网同步算法演示验证 |
| 3.4.1 验证平台搭建 |
| 3.4.2 实验结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 TT-DIMA混合安全关键业务调度 |
| 4.1 TTE中的调度策略 |
| 4.2 TTE业务静态调度表生成 |
| 4.3 装箱算法 |
| 4.3.1 按层装箱算法 |
| 4.3.2 自由装箱算法 |
| 4.3.3 一段装箱算法 |
| 4.3.4 二段装箱算法 |
| 4.3.5 装箱算法对比总结 |
| 4.4 基于装箱算法的业务调度问题描述和转化 |
| 4.5 装箱算法优化 |
| 4.5.1 遗传算法设计 |
| 4.5.2 遗传算法种群设计 |
| 4.5.3 遗传迭代 |
| 4.5.4 仿真结果和性能分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 TT-DIMA流量模型优化及性能评估 |
| 5.1 网络演算基本原理 |
| 5.2 流量模型优化及性能分析 |
| 5.2.1 流量模型优化 |
| 5.2.2 优化模型下的RC流量时延分析 |
| 5.3 系统性能分析及评价 |
| 5.3.1 仿真模型及参数设置 |
| 5.3.2 性能仿真及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 研究成果应用情况 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）面向工业控制网络EPA标准下的安全方案研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 研究现状与发展方向 |
| 1.2.1 工业以太网的研究现状及发展方向 |
| 1.2.2 EPA的研究现状及发展方向 |
| 1.3 论文的主要研究内容及工作 |
| 1.4 论文的结构安排 |
| 第二章 工业以太网相关协议及安全技术概述 |
| 2.1 工业以太网相关协议 |
| 2.1.1 Ethernet Powerlink |
| 2.1.2 Ethernet/IP |
| 2.1.3 PROFINET |
| 2.1.4 Ether CAT |
| 2.1.5 EPA |
| 2.2 以太网相关安全技术概述 |
| 2.2.1 状态检测防火墙 |
| 2.2.2 入侵检测技术 |
| 2.2.3 身份认证技术 |
| 2.2.4 访问控制技术 |
| 2.2.5 信息加密技术 |
| 2.2.6 网络安全协议 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 EPA分层结构及安全分析 |
| 3.1 EPA网络安全体系 |
| 3.2 EPA安全性分析 |
| 3.2.1 EPA安全目标 |
| 3.2.2 EPA安全威胁 |
| 3.2.3 EPA协议模型 |
| 3.3 EPA安全网关 |
| 3.3.1 设备认证模块 |
| 3.3.2 访问控制模块 |
| 3.3.3 报文加密模块 |
| 3.3.4 报文校验模块 |
| 3.3.5 状态检测防火墙模块 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 EPA安全网关防火墙与入侵检测联动模块设计 |
| 4.1 联动防火墙总体设计 |
| 4.1.1 理论基础 |
| 4.1.2 功能需求 |
| 4.1.3 架构设计 |
| 4.2 联动防火墙的具体设计 |
| 4.2.1 状态检测的数据处理流程 |
| 4.2.2 入侵检测的数据处理流程 |
| 4.2.3 状态检测与入侵检测联动的详细流程 |
| 4.3 仿真测试与安全性分析 |
| 4.3.1 仿真测试 |
| 4.3.2 安全性分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于EPA标准的双向认证协议设计 |
| 5.1 设计背景 |
| 5.2 设计需求 |
| 5.3 协议的设计方案 |
| 5.3.1 协议的报文数据格式设计 |
| 5.3.2 密钥表设计 |
| 5.3.3 协议执行流程 |
| 5.3.4 协议通信实现流程 |
| 5.4 性能测试与协议分析 |
| 5.4.1 性能测试 |
| 5.4.2 协议分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表论文 |
四、以太网在网络控制系统中的应用与发展趋势（论文参考文献）
- [1]列车通信以太网网络重构及性能优化研究[D]. 陈煌. 北京交通大学, 2021
- [2]基于时间敏感网络的列车以太网通信技术研究[D]. 张旭. 中国铁道科学研究院, 2021(01)
- [3]基于以太网的列车通信网络多业务调度优化策略研究[D]. 简捷. 北京交通大学, 2020(03)
- [4]基于TRDP协议的列车以太网网络性能研究[D]. 苗元嘉. 大连交通大学, 2020(06)
- [5]基于工业以太网的列车通信网络实时性算法研究[D]. 戚小莎. 长春工业大学, 2020(10)
- [6]飞机客舱一体化网络体系结构研究及仿真[D]. 车东洋. 电子科技大学, 2020(07)
- [7]基于TRDP协议的列车以太网网络通信实时性研究[D]. 李亭蓄. 大连交通大学, 2019(08)
- [8]四轴伺服驱动器EtherCAT通信协议研究与实现[D]. 朱国庆. 广西大学, 2019(01)
- [9]面向DIMA应用的时间触发以太网性能优化与评估技术研究[D]. 王红春. 西安电子科技大学, 2019(02)
- [10]面向工业控制网络EPA标准下的安全方案研究[D]. 田鹍. 沈阳化工大学, 2019(02)