工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet／IP性能分析

3．1 EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò )負荷

EtherNet／IP應用十分廣泛，一個(gè)典型的SCADA系統如圖2所示，每臺掃描機管理著(zhù)本地網(wǎng)絡(luò )中30臺EtherNet／IP適配器設備，為了減少監控中心的負荷，監控中心只與網(wǎng)絡(luò )中所有的適配器進(jìn)行通信，采用2級采集的方式實(shí)現數據交互。

圖2 EtherNet／IP系統圖

EtherNet／IP基于標準的以太網(wǎng)，因此，其網(wǎng)絡(luò )負荷的計算方法與以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )負荷計算方法基本一致。

假設每臺適配器的數據長(cháng)度都為50 Byte，即50 Byte的輸入數據，50 Byte的輸出數據，掃描機與監控中心交互的數據長(cháng)度為1 500Byte，即1 500 Byte的輸人數據，1 500 Byte的輸出數據。

掃描機與每臺適配器、監控中心的數據交互周期都為100 ms。通信速率為100 MB。

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

圖3 EtherNet／IP數據封裝組成

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

每秒鐘傳送報文所占的時(shí)間：

T=CB×CT／V

式中：CB為每個(gè)報文比特數；CT為每秒鐘報文數目；V為網(wǎng)絡(luò )通信速率。每秒鐘報文數目：

CT=A×B×C

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

首先，計算掃描機與30個(gè)適配器之間的數據：

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

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

上述只是計算了隱式(周期性)報文的網(wǎng)絡(luò )負荷率，因為顯式(非周期)報文只是在需要時(shí)偶爾發(fā)送一次，對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的影響很小，可忽略不計。

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

3．2 EtherNet／IP性能指標

在EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò )中，評估網(wǎng)絡(luò )性能的主要是以下2個(gè)指標：①請求包間隔時(shí)間(RequestedPacket Interval，RPI)；②每秒鐘所發(fā)的包的個(gè)數(Packet per Second，PPS)。RPI是數據周期性傳輸的一個(gè)再要指標，無(wú)論網(wǎng)絡(luò )中有多少個(gè)節點(diǎn)，源設備都按照用戶(hù)指定的RPI周期來(lái)向目標設備發(fā)送數據。而PPs=1 000÷RPI(ms)?！獋€(gè)設備的總PPS=源設備的總PPS+目標設備的總PPS

根據各設備的性能，設備廠(chǎng)家會(huì )制定設備的最小RPI和最大PPS。用戶(hù)評估網(wǎng)絡(luò )性能時(shí)，一個(gè)設備的總PPS通常不能超過(guò)最大PPS的90％，保留10％的帶寬用于顯式報文的通信。

舉例來(lái)說(shuō)，EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，如圖4所示。網(wǎng)絡(luò )中有3個(gè)EtherNet／IP設備，分別是節點(diǎn)1～3，其網(wǎng)絡(luò )最大帶寬是3 000 PPS。