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多媒体数据在EPA网络中的确定性传输研究

作　者: 何玉智
导　师: 冯冬芹
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: EPA 多媒体调度模型分片重组网络平台传输时延延时抖动
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着工业信息化和自动化的不断发展融合,各工业控制领域不仅有传统的实时性要求较高的测量控制数据,而且还有其他多种业务数据,多媒体数据是这类业务数据的主要成分。对控制数据和多媒体数据在工业以太网中的确定性传输提出了现实需求。本课题的研究内容为多媒体数据在EPA网络中的确定性传输研究,解决了两类数据的确定性传输问题,本文主要进行了以下工作：1.在分析控制数据和多媒体数据各自传输需求特点的基础上,提出了工业以太网传输多媒体所面临的问题,即如何保证各类数据的确定性和实时性。以太网采用CSMA/CD介质访问控制机制,该方法是一种非确定性的通信调度方式,以太网中进行大数据量的多媒体传输,会引起不确定性网络碰撞。基于此分析了EPA通信调度原理,其分时发送和优先级调用双重机制能够完全避免报文碰撞以及不确定时延,保证数据通信的确定性和实时性,为研究多媒体数据在EPA网络中传输提供了可行性。2.通过对通信网络各参数的规划,建立了多媒体周期数据传输调度模型,完成单个通信宏周期以及多媒体数据时间片长度和网络规模的设定,解决了设备层各设备间的确定性传输问题；针对网络层多媒体数据分片以及接收端数据重组可能造成多媒体数据乱序等不确定性问题,提出了链表插入算法实现了分片数据包的有序重组,解决了单个多媒体设备通信的确定性问题。3.设计了具有EPA协议栈的接入卡,搭建了多媒体数据接入EPA网络测试平台,由浅入深实现了多媒体数据在EPA网络中传输、伪装多媒体数据进行多终端显示以及控制数据与多媒体数据的确定性传输。在此基础上,对多媒体数据传输延时和延时抖动双重指标进行了性能测试,在不干扰控制数据传输的情况下,各项性能指标满足实验设定预想,验证了将多媒体数据接入EPA网络确定性传输的可行性。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-26
  1.1 多媒体在工业以太网中传输的研究意义  12
  1.2 多媒体在工业以太网中传输面临的问题  12-13
  1.3 多媒体的概念、性能参数及传输需求  13-17
    1.3.1 多媒体的概念  14
    1.3.2 多媒体数据的性能参数  14-16
    1.3.3 多媒体数据的传输需求  16-17
  1.4 多媒体数据通信研究现状  17-20
    1.4.1 多媒体压缩编码技术  17-18
    1.4.2 多媒体传输协议国内外研究现状  18-20
  1.5 工业以太网发展现状  20-23
    1.5.1 EPA控制网络简介  21-22
    1.5.2 EPA控制网络的研究现状  22-23
  1.6 本文研究内容及结构安排  23-26
2 EPA多媒体传输面临的问题及可行性分析  26-36
  2.1 工业以太网通信需求  26-29
    2.1.1 工业以太网通信确定性研究  26-28
    2.1.2 工业以太网通信实时性研究  28-29
  2.2 EPA传输多媒体面临的冲突和问题  29-30
  2.3 EPA传输多媒体数据可行性分析  30-34
    2.3.1 EPA通信协议模型  31-32
    2.3.2 EPA通信调度原理  32-33
    2.3.3 EPA对通信确定性和实时性问题的解决  33
    2.3.4 研究EPA多媒体确定性传输需要解决的问题  33-34
  2.4 本章小结  34-36
3 EPA网络模型及多媒体确定性分片重组  36-56
  3.1 传输层协议的选取  36-37
  3.2 EPA发送队列的数据结构和算法  37-40
    3.2.1 EPA链路层报文收发流程  37-38
    3.2.2 非周期队列数据结构和算法  38-39
    3.2.3 周期队列数据结构和算法  39-40
  3.3 EPA多媒体数据确定性调度模型  40-45
    3.3.1 非周期数据传输调度模型  40-41
    3.3.2 周期数据传输调度模型  41-45
  3.4 多媒体数据确定性分片与重组  45-53
    3.4.1 EPA帧格式  45-46
    3.4.2 多媒体数据的封装  46-47
    3.4.3 EPA数据帧的校验  47-48
    3.4.4 多媒体数据的分片  48-50
    3.4.5 多媒体数据的确定性重组  50-53
  3.5 本章小结  53-56
4 多媒体接入EPA网络平台的设计实现  56-74
  4.1 EPA网络平台项目简介  56-57
    4.1.1 EPA网络平台实现目标  56-57
    4.1.2 EPA网络平台实现内容  57
  4.2 多媒体数据的采集  57-59
  4.3 EPA接入卡设计实现  59-61
    4.3.1 接入方法研究  59-60
    4.3.2 EPA接入卡硬件框架设计  60-61
  4.4 EPA网络平台系统结构  61-65
    4.4.1 EPA网络平台数据交互  61-62
    4.4.2 EPA网络平台拓扑结构  62-65
  4.5 EPA网络平台程序设计实现  65-73
    4.5.1 EPA最简传输模型网络程序实现  66-67
    4.5.2 多终端显示平台程序实现  67-70
    4.5.3 EPA网络确定性传输平台程序实现  70-73
  4.6 本章小结  73-74
5 EPA网络平台确定性传输测试  74-80
  5.1 基本测试环境及内容  74
  5.2 网络平台确定性传输测试  74-77
  5.3 EPA网络平台有限性说明  77-78
  5.4 本章小结  78-80
6 总结和展望  80-82
  6.1 工作总结  80
  6.2 工作展望  80-82
参考文献  82-86
作者简介  86
攻读学位期间发表的论文和完成的工作  86

多媒体数据在EPA网络中的确定性传输研究

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