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以太网与CAN总线的DSPN建模与性能分析

作　者: 朱宏立
导　师: 刘鲁源
学　校: 天津大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 确定与随机Petri网状态空间爆炸以太网 CAN 紧缩DSPN模型
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 139次
引　用: 2次
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内容摘要

Petri网理论是研究离散事件动态系统(DEDS)的一种有力工具,确定与随机Petri网(DSPN)作为其重要分支,能够准确描述系统的状态及其变化过程,因此在复杂系统的建模与性能分析中取得了显著的成功。本文围绕DSPN软件实现及网络系统的DSPN建模与性能分析进行了研究。首先,本文详细论述了广义随机Petri网、确定与随机Petri网的相关理论,并结合具体实例说明其在DEDS中的应用。在此基础上进行DSPN软件系统的功能需求分析,设计DSPNAnalyzer软件系统的总体框架结构,并利用面向对象的分析和设计方法实现了系统的图形工具模块和模型求解模块。目前,该软件系统已能够完成DSPN模型的逻辑验证。然后,以应用最广泛的局域网技术——以太网为例,通过对其MAC层仲裁机制CSMA/CD+DR的详细分析,建立以太网的单节点DSPN模型和多节点紧缩DSPN模型。利用功能强大的DSPN软件分析工具——DSPNexpress-NG对多节点紧缩模型进行详细性能分析,得出了吞吐量、平均包延迟和重发率等性能曲线,从不同侧面反映了以太网主要性能指标的概率规律,为以太网系统的实施提供了量化参考依据。最后,本文详细分析了CAN总线的MAC层访问机制——CSMA/CD+CR,在此基础上建立CAN总线系统的多节点DSPN模型。该模型以待测节点的消息优先级为基准将不同优先级的消息分为高、中、低三类,大大减少了系统稳定状态下的可达标识数,有效防止了状态空间爆炸。通过对模型的分析,得出吞吐量、平均包延迟和消息成功传输概率等性能曲线,揭示了CAN总线系统的运行规律,对CAN总线系统的搭建具有指导意义。

全文目录

第一章绪论  7-13
  1.1 Petri 网的发展历程与研究现状  7-9
  1.2 随机Petri 网可视化分析软件系统  9-11
    1.2.1 国外随机Petri 网软件  9-10
    1.2.2 国内随机Petri 网软件  10-11
  1.3 计算机网络的 MAC 层访问机制  11-12
  1.4 论文的主要研究内容  12-13
第二章 DSPN 基本理论与 DSPNAnalyzer 软件系统的设计  13-31
  2.1 广义随机Petri 网的基本理论  13-18
    2.1.1 广义随机Petri 网的定义  13-16
    2.1.2 广义随机 Petri 网稳定状态概率的求解  16-18
  2.2 确定与随机 Petri 网的基本理论  18-22
    2.2.1 确定与随机 Petri 网的常用分析方法  18-20
    2.2.2 确定与随机 Petri 网的实例  20-22
  2.3 DSPNAnalyzer 软件系统的设计与实现  22-29
    2.3.1 DSPNAnalyzer软件系统的基本功能  22-23
    2.3.2 DSPNAnalyzer软件系统的总体框架结构  23-26
    2.3.3 DSPNAnalyzer软件系统关键技术的解决方案  26-29
  2.4 DSPNexpress-NG  29-30
  2.5 小结  30-31
第三章以太网的 DSPN 建模与性能分析  31-46
  3.1 以太网的发展历程  31-32
  3.2 以太网的 MAC 层协议-CSMA/CD  32-35
    3.2.1 MAC 帧的帧格式  32-33
    3.2.2 消息帧的发送  33-35
    3.2.3 消息帧的接收  35
  3.3 CSMA/CD 机制下的局域网结构  35-36
  3.4 CSMA/CD 的单节点DSPN 模型  36-39
    3.4.1 消息源发生器模型  36-37
    3.4.2 以太网单节点的DSPN 模型  37-39
  3.5 CSMA/CD 的多节点紧缩DSPN 模型  39-42
    3.5.1 以太网DSPN 模型的正常发送和释放总线模块  40-41
    3.5.2 以太网DSPN 模型的冲突处理模块  41
    3.5.3 以太网DSPN 模型的数据包延迟模块  41-42
  3.6 基于DSPNexpress-NG 的CSMA/CD 紧缩模型的性能分析  42-45
    3.6.1 性能指标  42
    3.6.2 性能分析  42-45
  3.7 小结  45-46
第四章 CAN 总线的DSPN 建模与性能分析  46-58
  4.1 CAN 总线的现状  46
  4.2 CAN 总线的数据链路层(DLL)结构  46-48
  4.3 CAN总线的DSPN建模与性能分析  48-56
    4.3.1 CAN 总线的DSPN 模型的建立  48-49
    4.3.2 Little 公式  49-51
    4.3.3 CAN 总线的性能评价  51-56
  4.4 小结  56-58
第五章总结与展望  58-59
参考文献  59-63
发表论文和参加科研情况说明  63-64
致谢  64

以太网与CAN总线的DSPN建模与性能分析

内容摘要

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