1、 华中科技大学博士学位论文基于交换式以太网的网络控制系统研究姓名：胡晓娅申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：朱德森20060915摘 要基于以太网的网络控制系统突破了现场总线控制系统的诸多限制，成为网络控制系统的新的发展方向。交换技术的出现可以克服传统以太网的缺点，大大提高网络性能，一定程度上克服以太网的时延不确定性，因此交换式以太网将大大推动以太网在网络控制系统的应用和发展，也是下一步网络控制系统研究的重点和方向。目前对基于交换式以太网的网络控制系统还缺乏系统的研究，还有许多问题有待解决。论文深入研究基于交换式以太网的网络控制系统的时延组成、时延确定性分析、网络拓扑结构设计、
2、交换机调度算法、考虑系统噪声的随机时延补偿以及网络控制系统仿真平台等问题。 论文首先对网络控制系统的发展以及国内外网络控制系统研究概况进行详细总结和概括。时延是影响基于交换式以太网的网络控制系统最主要的问题。论文对基于交换式以太网的网络控制系统时延组成进行深入研究，对所有时延分量进行定性分析，从而得出影响系统时延的主要因素。在此基础上，针对时延主要分量，利用时序图研究单交换机系统和多交换机系统中最大时延，并得到了最坏情况下最大时延数学表达式。与以往的时延分析方法和结果比较，论文首次全面考虑交换机所带来的时延，所得到的最大可能时延的数学表达式更加完整和全面。为了更好地保证数据的实时性，需要对交换
3、式以太网的实时能力进行确定性地分析与评价。论文提出利用网络演算方法对基于交换式以太网的网络控制系统的时采用输出缓存交换方式， FIFO调 度算法和不支持 优 先延进行确定性分析，并首次将级的交换机作为研究对象。首先建立系统的通信模型，进一步利用服务曲线理论分别得到二级交换机和一级交换机提供给某业务流的服务曲线，最后得到系统服务曲线、时延和缓存器大小的精确解析表达式。论文提出的研究方法和结论可以对交换式以太网的实时能力进行确定性分析和评价，并能够用来分析整个网络在满足业务流性能要求情况下所能够承受的最大负载。良好的网络拓扑设计是减小网络时延的第一步，但目前有关这方面的研究非常少见。论文提出采用遗
4、传算法来研究基于交换式以太网的网络控制系统的网络拓扑遗传算法全局搜索能力较差、存在收敛速度和全局收敛性之设计问题，并针对传统I间矛盾的缺点，从编码方案、交叉概率和变异概率三个方面进行改进。型和线性相结合的冗余拓扑模型，充分考虑 网络控制系统中数据通信特点，。首先将系统拓扑设计问题等价为一个多目标优化问题，论文采用树规定节点间通信量可取不同权值给出网络拓扑优化问题的定义然后利用遗传算法进行拓扑优化。仿真实验证明论文提出的算法可迅速跳出局部最优，在保证收敛速度的同时向全局最优方向发展；仿真结果表明该算法可实现系统拓扑优化，有效减小网络通信时延。 在交换式以太网中，当有 多个数据包同时访问同一端口时
5、 节点会产生较大排队时延，为保证数据实时性必须对缓冲区中的数据包进行调度。论文针对该问题创新性地提出一种分级调度算法，该算法不改变以太网 MAC协议，实现简单，运行开销。该分级调度算法包括两级调度。一级调度的思想IEEE802.1p的非抢占式优先级调度方法，二级调度是分3个不同数据队列采用不同的调度策略。对优先级别最高的周期性实时遗传算法离线生成调度表。 论文设计了遗传算法具体算法并给出可小，可在一般性能交换机上实现是首先在交换机中采用基于别对系统中数据队列，采用调度的条件。目前从控制论角度出发针对网络控制系统时延的研究很多，但 基本上都没考虑系统中的噪声问题。为填补这一空白，论文 对具有随机
6、时延和系统噪声的基于交换式以太网的网络控制系统进行研究，提出一种可对随机时延进行补偿的状态观测器的具体设计方法。值算法来实现。利用输出反馈构造一个状态观测器，状态观测器在控制器中采用数论文证明系统在满足一定条件情况下 该状态观测器可以保证闭环系统的稳定性。仿真结果进一步表明该状态观测器可以有效补偿系统随机时延并同时实现对噪声的滤波处理 。论文开发了基于 交换式以太网 的网络控制系统仿真平台。该平台 采用半实物仿真，传感器数据和控制器数据可通过真实网络环境传递，克服了控制系统仿真工具中无精确网络模型为网络控制系统在计算机上的仿真带来的困难。平台软件通过Visual C+和 MATLAB 实现。关
7、键词：交换式以太网；网络控制系统；时延；网络演算；网络拓扑；遗传算法； 调度算法IIAbstractNetworked control system based on Ethernet breaks many restrictions of field-buscontrol systems and becomes the new development direction of the networked controlsystem. Switching technologys emergence can overcome the weakness of raditionalEthernet,
8、 raise the network performance and overcome the non-deterministic characteristicof delay in some degree, so switched Ethernet will push the Ethernets application anddevelopment in networked control system and will be the research emphasis and direction.Currently, systemic research on networked contr
9、ol system based on switched Ethernet isabsent and many problemes need to be resolved. In this thesis, six problems arethoroughly studied and analyzed: delays making up, delays determinately analysising,network topology structures designing, switcher scheduling algorithm, random delaycompensation met
10、hod with considering the system noise and simulationtrue platform inNCS based on switched Ethernet.Firstly, the development of networked control system and the reported research workson networked control system are summarized.Delay is the most apparent disadvantage in NCS based on switched Ethernet.
11、 Delaycomposing is studied thoroughly and all parts of delay are made qualitative analysis, themain factor influcing system delay is derived. Based on above analysis, the worst-casedelay in system with single switcher and system with multiple switchers are analyzedusing timing diagram and the mathem
12、atics expression of the maximum delay is derived.Compared with former methodes and conclusions of delay analysis, it is the first time tobe roundly considered that delay induced by switcher and conclusions are more integratedand full-scale in this thesis.In order to meet the real-time requirements o
13、f NCS, the real-time ability of switchedEthernet need to be determinately analysed and evaluated. This thesis proposes adoptingthe analytic tool of network calculus to determinately analyze the delay of NCS based onswitched Ethernet, and makes the switcher with non-priority, buffers at output port a
14、ndFIFO(first input first output)scheduling algorithm as study object for the first time. Firstlycommunication model is set. Then second-level and first-level switcher service curves forsome stream are calculated through the theory of service curve. Lastly, the analyticexpressions of system service c
15、urves, delay, and buffer size are presented. The methodand conclusions can determinately analyse and evaluate the real-time ability of switchedEthernet and can also analyze the networks carrying capacity of load under the sistuationof satisfying stream performance.Reasonable network topology design
16、is the first effective step to minish delay. Butresearch work on the direction is seldom. This thesis proposes adopting GeneticAlgorithms to optimize and design NCSs topology based on switched Ethernet. Codingstrategy, probability of crossover and probability of mutation are improved, which canIIIco
17、nquer the shortcomings of premature convergence and contradiction betweenconvergent rate and holistic convergence in simple Genetic Algorithms. Redundanttopology structure and communication characteristics of switched Ethernet are consideredin the thesis,which allows inter-node communication has dif
18、ferent weights. Firstly, theproblem of network partition is analyzed to be equivalent to a multi-objective optimizationproblem, the definition of network topology optimization is gived. Then improved GeneticAlgorithms is used to optimize the network topology. The simulation experiment provesthat the
19、 algorithm can rapidly depart from part optimization and evolve at the direction ofholistic optimization, which can ensure the convergent rate at the same time. Thesimulation result shows that the algorithm is capable of realizing the system topologyoptimization and minishing delay effectively.In sw
20、itched Ethernet, larger queue delay will be produced when multiple data packetsare sent to only one destination simultaneously. So packets in buffer must be scheduled toassure the real-time ability. A innovative classed scheduling algorithm based switchedEthernet is proposed. The scheduling algorith
21、m can be used in ordinary switcher and hassome features such as not changing Ethernets MAC protocol, simple realization, smallrun spending and so on. The algorithm includes two levels scheduling. First scheduling isto apply IEEE802.1p non-preemptive priority scheduling policy in switcher; then secon
22、dscheduling is to adopt different strategies to different priorities queue. For the real-timeperiodic queue, which has highest priority, Genetic Algorithm is adopted to create off-linescheduling table. Meterial policy of Genetic Algorithm is designed and the condition inwhich the queue can be schedu
23、led is gived.A large amount of materials studied the delay of networked control system from theview of control, yet seldom considered system noise at present. To supply this gap, thethesis studies some kind of NCS with random delay and system noise and proposes a kindof state observer which can comp
24、ensate random time-delay. Output feedback is used toconstruct the state observer, which can be realized by mathematics method in controller. Itis proved that the compensator can assure the stability of the closed-loop system when thesystem meet some conditions in the thesis. The simulation result sh
25、ows the state observerhas the ability to effectively compensate random time-delay and filter system noise at thesame time.A kind of networked control system simulation platform based on switched Ethernet isdesigned. The platform is hardware-in-the-loop simulation system and data can betransmitted in
26、 real network between sensor and controller, which can conquer thedifficulty of not accurate network model when NCS is simulated by computer. Thesoftware is programmed by MATLAB and VC+.Keywords: Switched Ethernet； Networked control system ； Delay； Network calculus；Network topology； Genetic algorith
27、m； Scheduling algorithmIV独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数
28、据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密 ，在 _年解密后适用本授权书。本论文属于不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：日期：指导教师签名：日期：年 月 日 年 月 日1绪 论1.1课题 背景及理 论与实际意义近十几年来，伴随着电子信息技术的发展，（ Networked Control System网（ Application Specific Integrated Circuit，络控制系统）得到了飞速发展。基于专用集成电路）芯片、 （ Digital Signal Processor，数字信号 处理器）等微电子产品的嵌入式计算机系统和嵌入式操作
29、系统的出现为网络控制节点的智能化与小型化提供了基础。各种网络技术的出现为网络控制系统的实现提供了不同的形式。无线通讯技术减小了网络控制系统的空间制约因素，信息加密技术的发展提高了网络控制系统的安全性，利用组件技术设计的复杂控制系统可靠性稳定性都大大增强。促进网络控制系统发展的直接原因是以电子、计算机、网络为代表的信息技术的飞速发展提供的物质基础，根本因素则是社会发展的需求。网络控制系统广泛应用于生产制造、冶金、医疗等许多领域。在工业生产领域，网络控制的重要性早已经得到体现，各种工业控制总线完成现场级控制任务，提高了生产的规模化和自动化水平。在交通系统、电力系统等许多具有分布性的系统中，网络控制
30、的重要性也越来越强。各种具有网络控制功能的交通控制管理系统、电力控制调度系统应运而生。在军事领域，以网络控制为核心的打击系统更是受到空前重视，美国等发达家正在研究空军战斗机群网络控制系统。在人们的社会生活领域，网络控制的应用也将得到普及，缩小着人们与各种社会资源的距离，改变着人们的生活方式。随着全球化、国际化趋势的发展，网络控制的应用领域越来越广，将深入到社会生产的各个角落，促进社会资源控制系统的智能化和人类社会生产生活的变革，同时，这种发展趋势也对网络控制提出了许多新的要求。网络控制的品质将越来越高，应用在生产制造、医疗、军事等领域的网络控制系统将具备更高的稳定性、快速性、可靠性、安全性和保
31、密性。为了实现这样的系统，往往要构建专用的通信系统，而这种构建的系统结构相对固定，用途相对单一，系统的构建、维护和升级的费用也非国常昂贵 1 。目前，应用于网络控制系统的专用通信系统很多，尤其是基于现场总线的控制1网络发展得很快，现在已经出现了几十种不同的现场总线标准。但是，由于技术水平和市场利益的原因，这些控制网络存在着标准不统一、设备价格居高不下、传输速度慢、二次开发成本较高等缺陷，限制了其应用潜力的进一步发挥。为了突破现场总线控制系统发展中出现的瓶颈，适应企业管控一体化的要求，实现企业信息层、控制层和设备层的无缝连接，降低系统造价，提高系统性能，必须寻找一种新的控制系统网络技术。以太网在
32、商业应用中获得很大成功，基于以太网的控制网络成为以上难题的一个有效的解决方法。基于以太网的控制网络不仅可以和企业信息网实现无缝连接，为企业实现管控一体化以及实施 CIMS（ Computer Integrated）和 CIPS（ Computer IntegratedManufacturing System，计算机集成化管理信息系统Producing System，计算机集成生产系统）系统奠定坚实的基础，实现“e网到底 ”的目标；还可以促进商用以太网的发展，提高商用以太网的传输速率和系统可以，下一步控制网络的一个重要发展方向将是基于以太网的控制网络。目前，国际上对基于以太网的控制网络的研究和应
33、用是一个热点，许多的传统工业控制设备生产商纷纷投入巨资研究和开发具有以太网接入能力的控制产品，国内也有许多研究机构开始了对它的研究。靠性 2。所但是以太网进入控制领域有一个最大的障碍，就是其通信协议是(Carrier Sensing Multiple Access/Collision Detection，载波监听多重访问CSMA/CD/冲突检测 )，是一个非确定性的协议，报文的传输缺乏实时性。在一些实时性要求比较高的工业应用中这是不能接受的。所以在一些强实时性要求的工业应用中必须采取必要的改进措施。目前国内外有许多研究机构致力于提高基于以太网的控制网络的报文传输实时性，我们将在 1.3节中详细
34、讨论。这些方法从不同侧面改进以太网的时延不确定性，但是基本上这些方法都是以改变以太网协议为代价，而这同样会限制以太网在NCS 中的应用。 随着交换技术的出现，这一局面将得到极大改善。交换式以太网采用全双工和微网段技术 3，大大提高了以太网的性能和时间确定性，对以太网在 NCS 中的应用将产生重大影响。但是目前对基于交换式以太网的 NCS缺乏系统的研究，尤其是交换技术的出现对以太网实时能力的改进及影响以及如何利用这些新技术目前还缺乏系统、深入的分析和研究，对交换式以太网的实时能力以及在NCS中的应用仍然是个开放的问题。本课题正是基于这样的背景，分别从网络协议和控制策略两个角度对基于交换式以太网的
35、网络控制系统进行分析和研究，并开发基于交换式以太网的2NCS 仿真平台。本课题得到了教育部高等学校博士点专项基金“网络控制系统理论研究与系统设计”（ 20020487023 ）的资助。1.2网 络控制系 统发展概述随着人类社会的发展，社会生产生活对控制系统不断提出新的要求。传统的计算机控制系统一般为集中式控制系统，通过一个强大的中央计算单元来运行和操作控制全过程，同时也需要独特的图形化用户界面和实时操作系统。集中式控制系统的典型结构如图 1.1所示。这种系统一般采用一个中央控制单元（ CPU）完成控制计算、信息处理等所有工作，并通过计算机总线或者经D/A、 A/D转换通过模拟电缆直接控制各现场
36、设备并取得现场设备的控制信息。随着现场采集的信息量的增加，集中式控制系统对中央控制单元的硬件性能要求越来越高，软件编程也越来越复杂。因此，产生了集散式控制 系统（ Decentralized Control System,简称 DCS）来代替集中式控制系统，如图 1.2 所示。中央控制单元计算机总线现场设备 现场设备 D/A A/D 现场设备 现场设备图 1.1集中式控制系统示意图中央控制单元现场控制 现场控制现场设备 现场设备现场设备 现场设备图 1.2集散式控制系统示意图3DCS核心思想是分散采集控制、集中监视操作。在这种系统中，对各个现场设备的控制任务由现场级的控制单元（ PLC，单片机
37、等）完成，总体的控制任务和操作监视等其它任务由中央控制单元完成，现场设备与现场级控制单元用电缆连接，标准模拟信号传输，现场级控制单元与中央控制单元之间使用等通信标准。目前有三种类型的RS-232、 RS-422、 RS-485DCS系统，它们分别是仪表型分散控制系统、以PLC为基础的分散控制系统和以PC总线为基础的分散控制系统4。采用无线通信、GPS5构成的集散式控制系统也得到了发展。 集中式控制系统和集散式控制系统都有一些共同的缺点，那就是随着现场设备的增加，系统布线十分复杂，成本大大提高，以及系统的抗干扰性差、灵活性不足、扩展不方便等。为了从根本上解决这些问题，新型的分布式控制系统应运而生
38、。这种分布式控制系统将控制、数据采集等功能都下放到系统各分布节点的智能设备，不需要一个中央控制单元来集中控制和操作。系统的各智能设备通过专用通信线路交换信息，并利用一定的通信机制保证各部分分工合作，相互协调成一个整体。这种新型的分布式控制系统称为现场总线控制系统（，简称 ）。据现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能化现场设备和控制室自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络这种系统具有以下特点：采用分布式智能现场设备；现场6，如图 1.3 所示。设备与通信线直接连接；采用开放式系统和现场设备互联；一般采用总线型拓扑结构。现场总线控制系统的出现体现了工业控制系统向分散化、网络化
39、、智能化发展的方向，从此自动化领域的开放系统互连通信网络逐渐形成。现场总线技术把各个分散的测量、控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以互相沟通信息、共同完成任务的网络系统和控制系统，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。现场总线技术把网络化、信息化的概念彻底引入到控制领域中来。现场总线控制现场智能设备现场智能设备现场智能设备现场智能设备图 1.3 FCS 示意图4现场总线控制系统能够解决集中式和集散式控制系统存在的问题，因此得到大力发展 7 8。从 80年代中期现场总线技术出现到现在，通过许多国家的公司与研究机构投入大量的人财物力，市场上已经形成
40、了40多种成熟的现场总线技术。其中，FF、Profibus为首的几个主流产品技术较成熟，市场占有率最大。然而， 现场总线技术在发展过程中出现的激烈竞争成为了一把双刃剑，在促进它发展的同时也为它的进一步发展设下障碍。这些总线的标准多不相同，难以实现总线间的互联互通。因为标准意味着市场和利益，因此各公司为了占领市场，围绕着现场总线的国际标准展开了一场技术、经济、政治上的互不相让的激烈斗争。另一方面，不同的总线和侧重点也不同，各有特色，各有各的应用领域，造成了多种现场总线技术并存的局面。尽管各种总线技术各不兼容，独自发展，但是有一个趋势却不约而同，那就是各种现场总线都发展了如IP隧道 9 、通信控制
41、器 4等接入以太网技术。这种趋势源于企业信息化的发展10。企业信息化要求企业经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场总线等能够被紧密联系在一起。 80 年代提出了TOP/MAP/Fieldbus（ Technical Office Protocol/Manufacturing Automation Protocol/Fieldbus，技术办公系统协议 /生产自动化协议 /现场总线）这种企业网络结构，它从生产现场的底 层开始分为现场控制层、过程监控层、生产管理层、市场经营层等多个层次、各层之间通过专用接口实现互通与信息交换。随着互联网的飞速发展与壮大，它所采用的TCP/IP协议逐渐成
42、为事实上的工业标准，再加上PC机与工业控制计算机也成 为企业的主流应用机种，使得企业网络结构的发展向互联网方向靠拢。企业结构网中除了现场总线以外的多层分布子网 TOP/MAP层通信协议也被 TCP/IP 协议所取代，形成了现场总线通过通信控制挂到以太网的结构11，如图 1.4所示。这种结构逐渐被以太网取代，虽然暂时适应了企业信息化的需要，但是它仍然是离散的网络结构，仍然无法实现办公自动化与工业自动化的无缝结合。另外现场总线在网络的可扩展性、网络拓扑结构和通信媒介的使用方面受到限制仍然没有解决。 在这种情况下， 很自然地通过以太网构成网络控制系统（如图 1.5所示）就成为工业控制领域的自愿行为。
43、它一方面源于以太网的低成本、开没有任何组织推行下放型、广泛的开发与应用和软硬件的支持，另一方面也是因为以太网的飞速发展，克服了不适应工业控制现场的许多问题。以太网已经从最初的 10M以太网发展到10G以太网也正在研制中。以太网设4 20mA模拟传100M以太网，直至发展到今天的千兆以太网，备的发展也提高了以太网的抗干扰性。5类双绞线的抗干扰能力可与5服务器 PC机 工控机以太网通讯控制器现场总线 现场总线图 1.4以太网 / 现场总线输线路相当，屏蔽双绞线和光纤通信可以保证更高的抗干扰性。许多大公司如Rockwell、 Siemens 、 Schneider等开始提供包括工业用集线器、交换机、
44、网关、线缆等工业以太网设备。嵌入式计算机和支持推进了以太网进入工业现场。当今的TCP/IP协议的嵌入式操作系统的发展更是IT业已经进入到从PC向嵌入式系统转化的后PC时代。利用嵌入式微处理器、嵌入式操作系统和ASIC芯片等构建的嵌入式系统可以很好的实现各种结构与电气规格的能够接入以太网的控制器和传感器，从而使以太网很方便的深入到工业现场。以太网灵活的拓扑结构、可靠的通信协议也利于分析和提高网络控制系统的可靠性。正是因为基于 以太网的网络控制系统突破了现场总线控制系统的诸多限制，所以它逐渐应用到工业控制领域中以太网促进了工业控制网络融入到计算机网络技术的发展主流中去。12。工业控制网络采用智能
45、I/O设备 控制 PC机 传感器防火墙现场智能设备控制器器互联网图 1.5基于以太网的网络控制系统示意图鉴于以太网在办公领域的成功应用，且具有通信速率快、资源能力强，商业产品成熟等特点，国外在九十年代中期就开始了以太网在工业自动化领域的应用研究。同时，现场总线协会或组织在加强与其它现场总线竞争的同时，也纷纷将以太网技术纳入其今后的发展规划。现在很多工业以太网的联盟纷纷成立，在美国成立了工6业自动化通信网络联盟，其主要目的在于建立以太网为工业控制中的通信标准。在欧洲成立了 IANOA（ Industrial Automation Network Alliance）的 联盟，其主要目的推广以太网在
46、工业自动化领域和嵌入式系统领域的应用。在全球，成立了工业以太网联盟 IEA(Industrial Ethernet Alliance)，其目的是建立工业控制界的以太网产品标准。进一步，以太网的飞速发展也引起现场总线领域极大的注意力。FF已经放弃原有的H2 标准，把高速以太网作为 H2的替代，使高速以太网成为高速现场总线的新标 准13。虽然，目前以太网作为控制网络进入工业自动化领域的呼声日益高涨，但由于以太网的 MAC(Media access control，介质访问 控制)协议是 CSMA/CD，各个 节点采用 1坚持 BEB（ Binary Exponential Backoff）算法 处
47、理冲突，具有冲突 时延不确定的缺陷，使之无法在工业实时控制中得到有效的使用，以太网也因此而遭到批评14。BEB算法的不确定性直接引发另一个现象，不公平性。不公平性为某一个站点独占信道、进行连续的数据发送，而其它站点得不到信道。针对以太网信息发送时间不确定的缺点，许多学者提出各种方法来改进CSMA/CD。 Alves,Tovar and Vasques等人在他们的的技术报告15中对协议的改进做了全面的介绍15。但是，这些方法都是以改变以太网结构为代价，而这同样会限制以太网的应用。 随着最近几年IT技术的飞速 发展，以太网也引 进了许多新技术和新标准，不仅提高了以太网的实时能力，还进一步增强了柔性
48、和可靠性。一方面以太网传输速度的提高使得冲突时间大大缩短，同时，采用交换以太网技术和随之出现的信息优先级、全双工通信技术、虚拟局域网、流量控制等实时机制后，极大提高了以太网满足工业控制需求的能力，使之进入工业实时控制的应用领域能力不断加强。交换技术的出现是以太网技术的一个重要发展。交换式以太网克服了传统以太网的缺点，大大提高了网络性能，使原来的“共享式” 带宽变成了 “独享式”带宽，较好地解决了带宽问题，极大地减少了数据冲突，一定程度上克服了以太网的时延不确定性。交换式以太网将大大推动以太网在网络控制系统的应用和发展，也是下一步研究的重点和方向。尽管现有的研究在控制网络，尤其是以太网方面已经做
49、了许多工作，但是仍然无法满足实际需求，尤其是对基于交换式以太网的课题的研究具有积极和重要意义。NCS还缺乏系统的研究，所以本71.3网 络控制系 统国内外研究概述网络控制系统是多学科交叉的新型研究领域，主要包括网络和控制论两个学科。也就是说，要保证一个网络控制系统的稳定性和很好的性能指标，需要网络和控制两个方面的参数分析和设计工具。所以，目前大部分的网络控制系统研究工作主要集中在两个方面：通信协议和控制策略的研究。通过合适的信息传输协议来保证网络服务质量 QoS(Quality of Service)；通过 良好的控制策略提量 QoP(Quality of Performance)。供控制系统的控制性能质通
