工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet／IP性能分析

3．1 EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷

EtherNet／IP應(yīng)用十分廣泛，一個(gè)典型的SCADA系統(tǒng)如圖2所示，每臺(tái)掃描機(jī)管理著本地網(wǎng)絡(luò)中30臺(tái)EtherNet／IP適配器設(shè)備，為了減少監(jiān)控中心的負(fù)荷，監(jiān)控中心只與網(wǎng)絡(luò)中所有的適配器進(jìn)行通信，采用2級(jí)采集的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

圖2 EtherNet／IP系統(tǒng)圖

EtherNet／IP基于標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，因此，其網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的計(jì)算方法與以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷計(jì)算方法基本一致。

假設(shè)每臺(tái)適配器的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度都為50 Byte，即50 Byte的輸入數(shù)據(jù)，50 Byte的輸出數(shù)據(jù)，掃描機(jī)與監(jiān)控中心交互的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1 500Byte，即1 500 Byte的輸人數(shù)據(jù)，1 500 Byte的輸出數(shù)據(jù)。

掃描機(jī)與每臺(tái)適配器、監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交互周期都為100 ms。通信速率為100 MB。

在EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)際數(shù)據(jù)封裝組成如圖3所示。

圖3 EtherNet／IP數(shù)據(jù)封裝組成

因此，掃描機(jī)與適配器間要傳輸50 Byte的數(shù)據(jù)，實(shí)際在EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸了128 Byte，即1O24 bit。掃描機(jī)與監(jiān)控中心之間傳輸1 500 Byte的數(shù)據(jù)，實(shí)際EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸了l 578 Byte，即12 624 bit。

每秒鐘傳送報(bào)文所占的時(shí)間：

T=CB×CT／V

式中：CB為每個(gè)報(bào)文比特?cái)?shù)；CT為每秒鐘報(bào)文數(shù)目；V為網(wǎng)絡(luò)通信速率。每秒鐘報(bào)文數(shù)目：

CT=A×B×C

式中：A為每秒鐘傳輸報(bào)文的次數(shù)；B為數(shù)據(jù)是單向還是雙向；C為適配器的個(gè)數(shù)。

首先，計(jì)算掃描機(jī)與30個(gè)適配器之間的數(shù)據(jù)：

此例中，傳輸周期為100 ms，因此A=10。而掃描機(jī)與適配器之間的數(shù)據(jù)是雙向的，即有輸入和輸出數(shù)據(jù)，因此B=2。網(wǎng)絡(luò)中有30個(gè)Adapter設(shè)備，因此C=30。

即該網(wǎng)絡(luò)中每秒鐘傳送的報(bào)文只占用了8．67 ms，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率僅為0．867％。

上述只是計(jì)算了隱式(周期性)報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率，因?yàn)轱@式(非周期)報(bào)文只是在需要時(shí)偶爾發(fā)送一次，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響很小，可忽略不計(jì)。

由此可見，EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò)完全可以應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中。

3．2 EtherNet／IP性能指標(biāo)

在EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò)中，評(píng)估網(wǎng)絡(luò)性能的主要是以下2個(gè)指標(biāo)：①請(qǐng)求包間隔時(shí)間(RequestedPacket Interval，RPI)；②每秒鐘所發(fā)的包的個(gè)數(shù)(Packet per Second，PPS)。RPI是數(shù)據(jù)周期性傳輸?shù)囊粋€(gè)再要指標(biāo)，無論網(wǎng)絡(luò)中有多少個(gè)節(jié)點(diǎn)，源設(shè)備都按照用戶指定的RPI周期來向目標(biāo)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。而PPs=1 000÷RPI(ms)。—個(gè)設(shè)備的總PPS=源設(shè)備的總PPS+目標(biāo)設(shè)備的總PPS

根據(jù)各設(shè)備的性能，設(shè)備廠家會(huì)制定設(shè)備的最小RPI和最大PPS。用戶評(píng)估網(wǎng)絡(luò)性能時(shí)，一個(gè)設(shè)備的總PPS通常不能超過最大PPS的90％，保留10％的帶寬用于顯式報(bào)文的通信。

舉例來說，EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如圖4所示。網(wǎng)絡(luò)中有3個(gè)EtherNet／IP設(shè)備，分別是節(jié)點(diǎn)1～3，其網(wǎng)絡(luò)最大帶寬是3 000 PPS。