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基于网络演算的时间触发以太网的研究

作　者: 李振伟
导　师: 向渝
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 实时性 安全关键 时间触发 网络演算 仿真
分类号: TP393.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 23次
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内容摘要


近年来，实时计算技术日益广泛地应用于航空航天、国防、交通运输、核电能源和医疗卫生等诸多实时安全关键系统，实时网络传输需求给实时网络带来了新的需求和挑战，成为各国工业界研究的热点问题，超过20种的解决方案不断竞争，以期获得业界的认可。在激烈的竞争中时间触发以太网（Time TriggeredEthernet，TTE）脱颖而出，其将时间触发技术的确定性、容错机制和实时性能同普通以太网的灵活性、动态性能以及“尽力而为”相结合，为同步的、高度可靠嵌入式计算与网络、容错设计提供支持。目前国外很多研究机构和电气公司从事着TTE的研发工作，如维也纳大学，维罗大学，杜伊斯堡-埃森大学等，也有相关成熟产品应用于工业和航空航天领域。但国内的TTE研发工作正处于起步阶段，尚未见到成熟的可用于市场的TTE产品。针对这一现状，本文采用理论分析和实验仿真相结合的研究方法。研究基本上按照分析问题、建立理论模型、进行仿真分析的过程进行。主要对时间触发以太网技术，利用网络演算和仿真工具分析研究时间触发以太网的实时性、确定性等网络性能和主要参数。分析研究了时间触发以太网的实现方式与调度机制，研究了时间触发以太网时钟同步机制、容错机制和多通信传输机制，分析研究了时间触发以太网时序保持算法、集中算法和时钟同步算法,并在仿真平台上设计实现时间触发以太网网络节点模型,搭建时间触发以太网网络仿真模型，精确分析时间触发以太网网络性能。本文首次通过网络演算和仿真研究两种方法，研究证实实时触发以太网时钟同步精度高(最大时钟偏差为93ns)，多流量数据通讯时能保证实时数据的优先性和实时性，又能满足传统以太网一般数据流量的通讯需求，为时间触发以太网的在工业和航空领域的开发应用提供有力的理论支撑。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 论文的选题背景及选题依据  9
  1.2 国内外现状综述  9-10
  1.3 论文的研究内容  10-11
  1.4 本文组织结构  11-13
第二章 时间触发以太网概述  13-25
  2.1 TTE 网络体系架构  13-21
    2.1.1 TTE 协议体系架构  13-14
    2.1.2 TTE 服务控制机制  14-21
  2.2 TTE 网络构型和拓扑结构  21-24
    2.2.1 TTE 网络构件  21
    2.2.2 TTE 网络拓扑结构  21-24
    2.2.3 TTE 网络介质约束  24
  2.3 本章小结  24-25
第三章 网络演算在 TTE 的应用研究  25-35
  3.1 网络演算技术介绍  25
  3.2 网络演算基本原理  25-26
  3.3 基于网络演算的 TTE 性能分析  26-34
    3.3.1 单通道场景  28-30
    3.3.2 双通道场景  30-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章 仿真模型设计与实现  35-57
  4.1 仿真工具介绍  35-36
  4.2 TTE 节点模型设计  36-40
    4.2.1 TTE 交换机  37-39
    4.2.2 TTE 终端机  39-40
  4.3 SM 与 SC 仿真模型设计与实现  40-56
    4.3.1 节点机 SM 设计与实现  41-43
    4.3.2 节点机 SC 设计与实现  43-52
    4.3.3 SM/SC 主要接口的设计与实现  52-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 仿真结果统计及分析  57-85
  5.1 仿真性能指标  57-60
    5.1.1 精度测量  57-58
    5.1.2 可靠性测量  58-60
  5.2 单通道仿真结果统计分析  60-73
    5.2.1 单通道仿真场景  60
    5.2.2 单通道发包策略  60-61
    5.2.3 单通道仿真结果统计分析  61-73
  5.3 双通道仿真结果统计分析  73-81
    5.3.1 双通道仿真场景  73-74
    5.3.2 双通道发包策略  74-76
    5.3.3 双通道仿真结果统计分析  76-81
  5.4 仿真结果与网络演算的比较分析  81-84
    5.4.1 单通道场景比较分析  81-83
    5.4.2 双通道场景比较分析  83-84
  5.5 本章小结  84-85
第六章 论文总结  85-88
  6.1 通信规范缺陷  85-86
    6.1.1 通信规范及通讯模式缺陷  85-86
    6.1.2 系统结构缺陷  86
    6.1.3 协议和相关产品缺陷  86
    6.1.4 开发成本缺陷  86
  6.2 后续工作建议  86-88
致谢  88-89
参考文献  89-92
作者攻读硕士期间取得的成果  92-93

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 局域网（LAN）、城域网（MAN） > 以太网
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