近年来，为了满足个性化产品制造等要求，欧美等制造业发达国家相继提出了发展新型制造生产模式，推进制造业升级的战略，其中，具有典型代表性和广泛影响力的是德国政府提出的“工业4.0”战略。以“工业4.0”为代表的新型制造生产模式需要对现有工业控制系统进行横向集成和纵向集成，对现有层次化的工业控制网络架构提出新的挑战。现有工业控制网络局域、封闭的现状无法满足新型制造生产模式的要求，因此需要新一代工业控制网络。经过对现有工业网络和新型制造生产模式的分析，新一代工业控制网络的需求和特点包括支持生产装备的模块化、移动化和即插即用，支持基于IP的扁平化互联，支持基于web的灵活互操作等三个方面。国内外在这一领域投入了很大的研究力量，比如国际自动化学会ISA的ISA100.15工作组，欧盟框架计划IoT@work，IEEE的802.1Time-Sensitive Networking工作组等，都进行了前瞻性的研究，指出了工业控制网络未来的发展方向，但具体的技术仍不成熟，需要进一步研究和探讨。　　SDN(Software Defined Networking)的想法最早由斯坦福大学在Sigcomm2007提出，近年来逐渐受到学术界和产业界的极大关注。SDN具有集中式全局优化、细粒度的流量区分、统一的管理接口和网络在线可编程等特点，适合作为工业控制网络的基础架构。但当前的SDN技术和设备主要是面向商用的数据中心和园区网，对工业控制网络中最关心的实时性保障方面没有针对性的研究，因此本文首先会研究工业SDN控制网络架构，探讨工业SDN的运行机制。　　为了对多个工业控制应用的业务流在工业控制网络上的时延进行确定性定量分析，本文使用网络演算对工业控制网进行建模和分析;对工业应用产生的数据流具有关联性的特点，对数据流之间的相互关系进行了细粒度的描述;对有线和无线交换机对数据包不同的处理模式，分别构建了其交换模型;针对网络演算模型解算复杂的问题，设计了基于仿射曲线的模型解算方法，能够快速对模型进行计算，提高了模型的可用性。　　在模型的基础上，针对现有以太网静态优先级调度方式粒度过粗的问题，提出一种基于SDN的工业控制网络动态优先级调度架构，支持细粒度的实时性调度;该调度算法的特点是改变最小化时延的调度目标，提出以时延保障为约束，最小化网络资源使用的动态调度方法，调度方法使用基于网络演算的网络模型，该模型在时延上界的刻画方面更加精确;引入了网络演算最小加卷积的使调度方法的复杂性大大提高，本文使用仿射变换的方法将基于最小加卷积的NP优化问题转化成基于普通加法的动态优化问题，使调度算法能够在多项式时间内完成。　　针对工业测控应用SOA化、web化的发展趋势，提出了基于SDN的工业消息总线服务中间件，对其中的Pub/Sub路由与网络、计算资源调度进行了深入的分析，指出了路由与调度间复杂的耦合关系，给出了形式化的描述;针对该问题，提出了基于蚁群算法的优化方法，该方法通过蚁群算法正反馈的原理将路由与调度进行分离，调度的结果以信息素更新的方式反馈到路由过程中，避免了过多的优化参数;将蚁群算法中蚂蚁进行路径选择的参数适时的进行进化，避免进入局部最优解;在信息素更新的过程中，结合了以最小化整体代价为目标的启发式算法，使蚁群的收敛方向更有指向性，加快收敛速度。　　最后，提出了工业SDN的指标体系，用于评价工业SDN网络交换机和控制器。针对Openflow标准协议无法满足工业实时的要求的现状，给出了Openflow协议在工业场景中的协议扩展方案，研制了工业SDN交换机实现实时调度方法，在可重构智能制造演示示范线上进行了实验验证。