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有线的工业总线网络作为骨干网,把无线网络作为对有线网络的补充与延伸,构成混合网络,这种网络结构被认为是可靠且可行的。但是,混合网络在NCS场景下的协同工作需要在原理、算法以及技术体系上进行深入研究,以保证其能满足NCS的控制精度及稳定性要求。针对有线／无线混合网络的时间特征与同步机制进行研究,可对NCS的理论研究进行有益补充,有助于解决传统工业总线网络在NCS场景中存在的技术死角。论文首先分析了NCS的系统模型,归纳了NCS在通信域和控制域中的基本特征。在控制域内,对典型控制系统内的检测单元、控制单元和执行单元的时延特点进行分析,并提出相应的时延结构；在通信域内,定义了三种可被应用于NCS场景的混合网络拓扑结构。其次,基于实时通信理论,分析了混合网络中三种不同的时间参数及其时序模型,包括：空闲时间参数、间隙时间参数和消息周转时间。针对混合网络中存在队列时延,数据传输可能受到网络拥塞的情况,提出基于时间参数的修正方法。针对NCS中的实时数据交换问题,讨论两种不同类型的数据交换模式,分别是：周期性数据交换和非周期性数据交换。研究了数据交换时间与混合网络链路的数据包错误率之间的关系。第三,选取CAN总线作为混合网络的有线网段,基于IEEE802.15.4协议的WSN作为混合网络的无线网段。提出了适用于NCS场景的周期性数据交换和非周期性数据交换的时序模型。根据这两个时序模型,研究单主配置混合网络与多主配置混合网络的数据交换实时性能,分别给出了顺序轮询方案与交叉轮询方案的轮询时间计算方法。第四,把应用层时间同步看作是周期性数据交换的实例。根据NCS场景下的混合网络时间同步的要求,分析PTP同步机制的时钟模型与同步过程,提出把PTP同步机制扩展到混合网络的技术方案,设计混合网络IS节点的时间同步应用层模型。最后,选择横机的集群控制系统作为NCS实例,验证了研究中提出的实时数据交换模式和时间同步方案,使横机生产实现了高效的集群控制和有序的管理调度。