1. 研究目的与意义

一、研究背景

随着互联网技术的发展与普及推广，ethernet技术也得到了迅速的发展，ethernet传输速率的提高和ethernet交换技术的发展，给解决ethernet通信的非确定性问题带来了希望，并使ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。

工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求，即信号传输要足够的快和满足信号的确定性。实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。由于ethernet采用csma/cd碰撞检测方式，网络负荷较大时，网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求，因此传统以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求，一直被视为非确定性的网络。然而，快速以太网与交换式以太网技术的发展，给解决以太网的非确定性问题带来了新的契机，使这一应用成为可能。首先，ethernet的通信速率从10m、100m增大到如今的1 000m、10g，在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，即网络碰撞机率大大下降。其次，采用星型网络拓扑结构，交换机将网络划分为若干个网段。ethernet交换机由于具有数据存储、转发的功能，使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲，不再发生碰撞；同时交换机还可对网络上传输的数据进行过滤，使每个网段内节点间数据的传输只限在本地网段内进行，而不需经过主干网，也不占用其它网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。再次，全双工通信又使得端口间两对双绞线(或两根光纤)上分别同时接收和发送报文帧，也不会发生冲突。因此，采用交换式集线器和全双工通信，可使网络上的冲突域不复存在(全双工通信)，或碰撞机率大大降低(半双工)，因此使ethernet通信确定性和实时性大大提高。

2. 研究内容和预期目标

本毕业设计课题主要研究内容：

网络仿真是一项新兴的专门技术，它通过数学建模和统计分析的方法模拟网络行为，从而获得特定网络的性能参数和统计报表。opnet modeler作为一种主流网络仿真软件，为通信网络和分布式系统的建模提供了全面的模拟仿真开发环境。 以太网是另一种广泛应用的通信技术。

1、设计典型的工业以太网系统体系结构

3. 研究的方法与步骤

1. 熟悉整个网关的硬件系统。了解各部分在整个系统中的作用。

2. 熟悉 c# 语言 、单片机基础知识；了解物联网、无线传感网络基础知识。

3. 学习、理解opnet软件，熟悉opnet编程环境，熟练掌握opnet的编程语言，进行程序的编写。

4. 参考文献

[1] 谢希仁，《计算机网络(第二版)》【m】，大连理工大学出版社，2004.

[2] freescale, mcf52233 coldfire integrated microcontroller reference manual. 2007.

[3] z-world, dynamic c premier users manual .1999

5. 计划与进度安排

（1）2022年3月2日～3月15日，（2周）:前期材料准备,学习和了解opnet功能和特点、典型应用，学习相关通信规程，撰写开题报告。

（2）3月16日～3月29日（2周）：学习opnet软件，开发基本的通信程序。

（3）3月30日～5月10日（5周）：详细设计阶段，在opnet软件上实现具体设计，包括四个方面内容：典型的工业以太网系统体系结构设计；应用包格式编辑器开发基本的modbus/tcp/udp通信协议数据帧格式模型；应用节点编辑器设计的典型的工业无线节点模型；应用节点编辑器设计典型的工业无线节点模型。