【摘要】：為了將實(shí)時(shí)確定性和安全可靠性集成于具有高帶寬、低成本和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單優(yōu)勢(shì)的傳統(tǒng)以太網(wǎng)中,時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)(Time-Triggered Ethernet,TTE)應(yīng)運(yùn)而生。但是,時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)仍然存在著一定的缺陷,如網(wǎng)絡(luò)可管控性較差以及業(yè)務(wù)調(diào)度嚴(yán)重依賴(lài)人工手動(dòng)配置。借鑒軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)中由控制器統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)的思想,本文嘗試對(duì)時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)進(jìn)行集中化管控,并針對(duì)實(shí)時(shí)確定性業(yè)務(wù)的綜合調(diào)度部署提出相應(yīng)的解決方案。本文根據(jù)時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)當(dāng)前所面臨的問(wèn)題來(lái)設(shè)計(jì)具有實(shí)用價(jià)值的時(shí)間觸發(fā)綜合管控系統(tǒng)平臺(tái),同時(shí)利用集中化管控的優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)時(shí)間觸發(fā)綜合業(yè)務(wù)調(diào)度算法以自動(dòng)化綜合調(diào)度部署所有實(shí)時(shí)確定性業(yè)務(wù)。本文的主要研究成果如下:(1)基于時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)的管控需求,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了包括網(wǎng)元層、管控層和應(yīng)用層在內(nèi)的三層時(shí)間觸發(fā)綜合管控系統(tǒng)(Time-triggered Integrated Management and Control System,TTIMCS),并將整個(gè)時(shí)間觸發(fā)綜合管控系統(tǒng)劃分為時(shí)間觸發(fā)業(yè)務(wù)管控協(xié)議、時(shí)間觸發(fā)管控中心和網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)管控代理三個(gè)組成部分。其中,時(shí)間觸發(fā)業(yè)務(wù)管控協(xié)議為時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)提供了一套包括網(wǎng)元設(shè)備管控、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)以及數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)裙δ艿耐暾木W(wǎng)絡(luò)管控解決方案。時(shí)間觸發(fā)管控中心依托于插件層、服務(wù)層和適配層完成了網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一管理,同時(shí)支持資源拓?fù)涔芾砗陀脩?hù)業(yè)務(wù)調(diào)度等功能,并完成了對(duì)核心功能服務(wù)的API接口化。網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)管控代理則運(yùn)行于網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)之上,提供與時(shí)間觸發(fā)管控中心的可靠協(xié)議連接,并使用時(shí)間觸發(fā)業(yè)務(wù)管控協(xié)議進(jìn)行信息交換。(2)基于時(shí)間觸發(fā)綜合業(yè)務(wù)調(diào)度問(wèn)題,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了兩階段多業(yè)務(wù)調(diào)度算法(Two-phase Multi-business Scheduling Algorithm,TPMBSA)。由于實(shí)時(shí)確定性業(yè)務(wù)的最終部署結(jié)果包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸路徑和業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)調(diào)度規(guī)則兩部分,本文基于分階段處理思想設(shè)計(jì)了時(shí)間觸發(fā)綜合業(yè)務(wù)的兩階段調(diào)度算法。在第一階段,利用改進(jìn)的K短路算法為每個(gè)業(yè)務(wù)計(jì)算出相應(yīng)的備選數(shù)據(jù)傳輸路徑集合,并使用遺傳算法以網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡為目標(biāo)完成對(duì)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸路徑的組合優(yōu)化;在第二階段,基于業(yè)務(wù)時(shí)延最小貪心搜索以及迭代設(shè)置業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)思想來(lái)完成業(yè)務(wù)的傳輸時(shí)隙分配。經(jīng)仿真測(cè)試驗(yàn)證,該算法具有一定的實(shí)用價(jià)值,能夠?yàn)橐恍I(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景提供業(yè)務(wù)調(diào)度支持。
【圖文】：

圖 3-4 節(jié)點(diǎn)調(diào)度時(shí)刻表樹(shù)形結(jié)構(gòu)圖4.4 節(jié)點(diǎn)配置部署對(duì)于時(shí)間觸發(fā)業(yè)務(wù)管控協(xié)議，其管控底層網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能是通節(jié)點(diǎn)配置不同的調(diào)度時(shí)刻表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于協(xié)議服務(wù)器，其根據(jù)時(shí)間觸發(fā)計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度時(shí)刻表，然后通過(guò)協(xié)議控制連接分布式地下發(fā)到各個(gè)協(xié)議客戶(hù)端。對(duì)于節(jié)點(diǎn)配置部署過(guò)程，主要分為兩個(gè)步驟，分別是：（1）協(xié)議服務(wù)器運(yùn)行時(shí)間觸發(fā)綜合業(yè)務(wù)調(diào)度算法為每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算調(diào)度時(shí)通過(guò)節(jié)點(diǎn)配置請(qǐng)求消息承載對(duì)特定協(xié)議客戶(hù)端的更新調(diào)度時(shí)刻表數(shù)據(jù)，送到協(xié)議客戶(hù)端；（2）協(xié)議客戶(hù)端解析接收到的節(jié)點(diǎn)配置請(qǐng)求消息，，調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng) API度時(shí)刻表下發(fā)到節(jié)點(diǎn)設(shè)備的硬件寄存器中。當(dāng)配置下發(fā)成功后，則向協(xié)議回節(jié)點(diǎn)配置響應(yīng)消息。節(jié)點(diǎn)配置部署過(guò)程是管控中心管理和控制網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)行為的唯一

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文功能測(cè)試 3-10 羅列了整個(gè)時(shí)間觸發(fā)管控中心的核心 API 信息，在進(jìn)行功能于核心 API 信息并使用 Postman 谷歌瀏覽器插件來(lái)對(duì)上文描述的三行測(cè)試。1）全網(wǎng)資源拓?fù)湫畔@取整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)之后，管控中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K獲取到整信息，同時(shí)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)之中。于是，上層應(yīng)用可以調(diào)用相應(yīng)的 RES全網(wǎng)資源拓?fù)湫畔ⅲ鏕ET /ttetopo/node/ nodeid 和GET /ttetop 。圖 3-16 所示，本文通過(guò)調(diào)用GET /ttetopo/all的 API，可以獲取相應(yīng)息，這些信息通過(guò) JSON 文本返回。經(jīng)驗(yàn)證，該 JSON 文本信息與圖拓?fù)渫耆稀?
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP393.11

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本文編號(hào)：2612975