工業(yè)以太網(wǎng)中層次拓撲結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)性能的影響

正常情況下，層次拓撲網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送成功的概率為

可以證明S1

同樣可以得出結(jié)論：一般情況下，層次拓撲網(wǎng)絡(luò)比單總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送成功率要高；層次拓撲網(wǎng)絡(luò)最壞情況出現(xiàn)的幾率遠低于單總線網(wǎng)絡(luò)。

2 網(wǎng)絡(luò)性能分析

檢驗一種網(wǎng)絡(luò)是否符合工業(yè)應(yīng)用標準，有以下幾個重要指標：

1)最大響應(yīng)時間．經(jīng)上面數(shù)學(xué)分析，在沒有沖突碰撞時，由于層次拓撲網(wǎng)絡(luò)的級數(shù)增加，導(dǎo)致發(fā)送延遲和傳輸延遲都增加，固有延遲略有增加．

但一般情況下，排隊延遲是造成不確定性的主要原因．層次拓撲網(wǎng)絡(luò)的排隊延遲要遠小于單總線網(wǎng)絡(luò)，最大響應(yīng)時間具有固定性，比單總線網(wǎng)絡(luò)性能要好。

2)數(shù)據(jù)包丟失率．單總線網(wǎng)絡(luò)在負載加重，甚至出現(xiàn)沖突風(fēng)暴時，丟包現(xiàn)象比較嚴重．層次拓撲結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)進行了分段，沖突概率大大減?。挥布O(shè)備中還增加了緩沖功能和雙通道功能；有的還設(shè)置了優(yōu)先級．這些措施降低了數(shù)據(jù)包丟失率，增加了數(shù)據(jù)發(fā)送的確定性，保障了現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

3)傳輸速率．單總線網(wǎng)絡(luò)在輕負載、無沖突的情況下，固有延遲較小，傳輸速率大．但一般情況下，尤其是負載重的時候，存在不確定的等待延遲，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率大大下降．層次拓撲網(wǎng)絡(luò)的沖突碰撞概率減小，使得數(shù)據(jù)發(fā)送成功率增大，傳輸速率增大．由硬件劃分的層次網(wǎng)絡(luò)中還能實現(xiàn)多網(wǎng)段的并行運行，傳輸速率明顯提高。

4)突發(fā)事件的處理．在工業(yè)以太網(wǎng)出現(xiàn)一些意外情況時，應(yīng)有相應(yīng)的緊急處理措施以保證數(shù)據(jù)的安全性．層次拓撲網(wǎng)絡(luò)在突發(fā)事件處理方面占有很大的優(yōu)勢．在層次拓撲網(wǎng)絡(luò)的某個網(wǎng)段出現(xiàn)問題時，其他網(wǎng)段還能正常使用，有利于限制故障影響和故障排除，魯棒性較好，尤其在數(shù)據(jù)發(fā)送量突然增加時，還可以減少沖突風(fēng)暴發(fā)生的可能性。

5)傳輸介質(zhì)．工業(yè)以太網(wǎng)面對的是復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境，傳輸介質(zhì)是否能保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠地傳輸是重要的選擇標準．現(xiàn)在很多工業(yè)以太網(wǎng)都采用了相應(yīng)措施，設(shè)備可靠性得到一定程度的保證．層次拓撲網(wǎng)絡(luò)比單總線網(wǎng)絡(luò)增加了硬件設(shè)備，增加了網(wǎng)絡(luò)傳輸距離，網(wǎng)絡(luò)接口相應(yīng)增多，傳輸介質(zhì)的安全性略有下降。

3 結(jié)語

由上面幾個性能指標可以發(fā)現(xiàn)，層次拓撲網(wǎng)絡(luò)的綜合性能要優(yōu)于單總線網(wǎng)絡(luò)．當網(wǎng)絡(luò)負載較小時，采用單總線好，因為它的固有延時較??；但當網(wǎng)絡(luò)負載增大時，采用層次拓撲較好，它能有效減少沖突風(fēng)暴，增加工業(yè)以太網(wǎng)的確定性和可靠性，提高數(shù)據(jù)發(fā)送速率，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。