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工业以太网POWERLINK是一种高实时性的总线协议,该协议具有完全开放性,在满足工业设备实时性能的需求下,使用者可以很轻松的与标准以太网实现兼容。随着工业互联网和工业4.0等概念的提出,POWERLINK协议越来越受到工业界的广泛关注和认可。目前,对于POWERLINK协议的研究主要局限于其网络的可拓展性有限,无法满足大规模的网络需求。本文在深入研究现有POWERLINK协议的基础上,结合软件定义网络(SDN)的思想提出了一种基于控制与转发分离的工业以太网协议,并且对其进行实现和测试。本文首先介绍了POWERLINK协议在工业控制领域的优势以及软件定义网络的主要思想与设计原则,之后对POWERLINK的数据链路层和应用层进行了深入的分析和研究。在此基础上,结合基于软件定义思想的OpenFlow协议,把传统的POWERLINK网络中使用的集线器或者交换机改为本文设计的OpenFlow交换机,POWERLINK数据帧通过匹配OpenFlow交换机中的流表实现数据的转发,从而解决了POWERLINK网络在保证实时性能要求下的可拓展性问题。本文详细阐述了控制与转发分离的工业以太网协议的设计思想和关键机制,介绍了该协议中流表和数据转发规则等的相关设计,描述了POWERLINK网络的主从站配置、交叉通信以及EPL循环通信等具体环节的实现过程。最后在Linux系统下搭建了测试环境,并且使用POWERLINK网络配置工具openCONFIGURATOR和网络分析工具Wireshark,对基于本文设计的控制与转发分离协议进行了测试。其中主要测试了数据链路层时隙分配的两种工作模式,验证了网络协议数据包的发送和接收流程以及同步数据传输、异步数据传输和交叉数据传输机制。结果表明,在基于本文设计的POWERLINK网络构架下,各个节点能够在遵循POWERLINK协议的情况下进行各种数据传输。