【摘要】：為了將實時確定性和安全可靠性集成于具有高帶寬、低成本和結構簡單優(yōu)勢的傳統(tǒng)以太網(wǎng)中,時間觸發(fā)以太網(wǎng)(Time-Triggered Ethernet,TTE)應運而生。但是,時間觸發(fā)以太網(wǎng)仍然存在著一定的缺陷,如網(wǎng)絡可管控性較差以及業(yè)務調(diào)度嚴重依賴人工手動配置。借鑒軟件定義網(wǎng)絡(Software Defined Network,SDN)中由控制器統(tǒng)一管理網(wǎng)絡的思想,本文嘗試對時間觸發(fā)以太網(wǎng)進行集中化管控,并針對實時確定性業(yè)務的綜合調(diào)度部署提出相應的解決方案。本文根據(jù)時間觸發(fā)以太網(wǎng)當前所面臨的問題來設計具有實用價值的時間觸發(fā)綜合管控系統(tǒng)平臺,同時利用集中化管控的優(yōu)勢設計時間觸發(fā)綜合業(yè)務調(diào)度算法以自動化綜合調(diào)度部署所有實時確定性業(yè)務。本文的主要研究成果如下:(1)基于時間觸發(fā)以太網(wǎng)的管控需求,設計和實現(xiàn)了包括網(wǎng)元層、管控層和應用層在內(nèi)的三層時間觸發(fā)綜合管控系統(tǒng)(Time-triggered Integrated Management and Control System,TTIMCS),并將整個時間觸發(fā)綜合管控系統(tǒng)劃分為時間觸發(fā)業(yè)務管控協(xié)議、時間觸發(fā)管控中心和網(wǎng)元節(jié)點管控代理三個組成部分。其中,時間觸發(fā)業(yè)務管控協(xié)議為時間觸發(fā)以太網(wǎng)提供了一套包括網(wǎng)元設備管控、網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)以及數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)裙δ艿耐暾木W(wǎng)絡管控解決方案。時間觸發(fā)管控中心依托于插件層、服務層和適配層完成了網(wǎng)元節(jié)點的統(tǒng)一管理,同時支持資源拓撲管理和用戶業(yè)務調(diào)度等功能,并完成了對核心功能服務的API接口化。網(wǎng)元節(jié)點管控代理則運行于網(wǎng)元節(jié)點之上,提供與時間觸發(fā)管控中心的可靠協(xié)議連接,并使用時間觸發(fā)業(yè)務管控協(xié)議進行信息交換。(2)基于時間觸發(fā)綜合業(yè)務調(diào)度問題,設計和實現(xiàn)了兩階段多業(yè)務調(diào)度算法(Two-phase Multi-business Scheduling Algorithm,TPMBSA)。由于實時確定性業(yè)務的最終部署結果包括業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸路徑和業(yè)務節(jié)點調(diào)度規(guī)則兩部分,本文基于分階段處理思想設計了時間觸發(fā)綜合業(yè)務的兩階段調(diào)度算法。在第一階段,利用改進的K短路算法為每個業(yè)務計算出相應的備選數(shù)據(jù)傳輸路徑集合,并使用遺傳算法以網(wǎng)絡負載均衡為目標完成對業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸路徑的組合優(yōu)化;在第二階段,基于業(yè)務時延最小貪心搜索以及迭代設置業(yè)務優(yōu)先級思想來完成業(yè)務的傳輸時隙分配。經(jīng)仿真測試驗證,該算法具有一定的實用價值,能夠為一些業(yè)務應用場景提供業(yè)務調(diào)度支持。
【圖文】：

圖 3-4 節(jié)點調(diào)度時刻表樹形結構圖4.4 節(jié)點配置部署對于時間觸發(fā)業(yè)務管控協(xié)議，其管控底層網(wǎng)元節(jié)點數(shù)據(jù)轉發(fā)的功能是通節(jié)點配置不同的調(diào)度時刻表來實現(xiàn)的。對于協(xié)議服務器，其根據(jù)時間觸發(fā)計算出每個節(jié)點的調(diào)度時刻表，然后通過協(xié)議控制連接分布式地下發(fā)到各個協(xié)議客戶端。對于節(jié)點配置部署過程，主要分為兩個步驟，分別是：（1）協(xié)議服務器運行時間觸發(fā)綜合業(yè)務調(diào)度算法為每個節(jié)點計算調(diào)度時通過節(jié)點配置請求消息承載對特定協(xié)議客戶端的更新調(diào)度時刻表數(shù)據(jù)，送到協(xié)議客戶端；（2）協(xié)議客戶端解析接收到的節(jié)點配置請求消息，，調(diào)用相應的系統(tǒng) API度時刻表下發(fā)到節(jié)點設備的硬件寄存器中。當配置下發(fā)成功后，則向協(xié)議回節(jié)點配置響應消息。節(jié)點配置部署過程是管控中心管理和控制網(wǎng)元節(jié)點數(shù)據(jù)轉發(fā)行為的唯一

電子科技大學碩士學位論文功能測試 3-10 羅列了整個時間觸發(fā)管控中心的核心 API 信息，在進行功能于核心 API 信息并使用 Postman 谷歌瀏覽器插件來對上文描述的三行測試。1）全網(wǎng)資源拓撲信息獲取整個系統(tǒng)運行起來之后，管控中心通過網(wǎng)絡拓撲管理模塊獲取到整信息，同時保存在數(shù)據(jù)庫之中。于是，上層應用可以調(diào)用相應的 RES全網(wǎng)資源拓撲信息，如GET /ttetopo/node/ nodeid 和GET /ttetop 。圖 3-16 所示，本文通過調(diào)用GET /ttetopo/all的 API，可以獲取相應息，這些信息通過 JSON 文本返回。經(jīng)驗證，該 JSON 文本信息與圖拓撲完全符合。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP393.11

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本文編號：2612975