【摘要】：工業(yè)4.0與中國制造2025為中國的生產帶來了巨大的變革與挑戰(zhàn),在推進智能工廠改造的過程中,日益增長的網絡化需求意味著更復雜的網絡布線、更擁塞的信息傳輸和更高的成本。因此,研發(fā)一種高靈活性、兼容性,同時具有高精度優(yōu)勢的網絡通訊協(xié)議顯得尤為重要。在眾多新型實時以太網中,時間觸發(fā)以太網(Time-Triggered Ethernet,TTE)因其優(yōu)越性能受到國內外研究者廣泛關注。本文重點對時間觸發(fā)以太網關鍵算法與構件進行了研究及設計。主要工作包括分析數據傳輸機理、設計消息調度算法和實現同步技術,為打破國外技術壁壘、設計自主產權的TTE產品解決了最關鍵的技術難題。首先借助OMNeT++仿真平臺對時間觸發(fā)以太網的數據傳輸機制進行分析與仿真,主要對INET標準以太網模塊進行擴展,包括建立發(fā)布——訂閱系統(tǒng)、增加MAC中繼模塊、建立授權控制模組等使之具備TTE數據傳輸控制機制。該設計的實現也為研發(fā)基于FPGA的TTE節(jié)點提供了具體的設計思路。其次,本文結合對已有算法的研究和創(chuàng)新,完成了兩大核心算法模塊的設計。對于時間調度表生成問題,本文通過建立網絡互聯關系矩陣、通信任務矩陣等進行建模,將各個任務的多種約束及網絡本身的傳遞約束、競爭自由約束等轉化為代價函數,提出了粒子群模擬退火算法(SA-PSO)進行求解。該算法性能優(yōu)異,通過對傳統(tǒng)粒子群算法的改進,賦予解空間更多的可能性,從而避免了陷入局部最優(yōu),并在一定程度上加快了收斂速度。對于時間同步算法,結合AS6802協(xié)議中三大主要算法,時序保持、集中收集與時鐘校準算法,同時對容錯機制、集群檢測、多域同步等功能進行了優(yōu)化改進,最終設計了基于FPGA的能完全實現該同步功能的節(jié)點模型,為進一步開發(fā)具有完整TTE功能的硬件產品奠定了基礎。最后以上述節(jié)點模型為基礎搭建了小型同步網絡并設計了詳細的仿真方案,經驗證該模型能達到預期微妙級的同步精度且具有良好的容錯性。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP393.11
【圖文】：

同時添加時間觸發(fā)服務機制以實現ＴＴＥ協(xié)議。逡逑２．３邋ＴＴＥ網絡案例描述逡逑本文基于ＯＭＮｅＴ＋＋平臺搭建了邋一個六節(jié)點網絡系統(tǒng)，如圖２．４所示。該網逡逑絡結構筒單，易于搭建和配置，其中交換機Ｓｗｉｔｃｈｌ和Ｓｗｉｔｃｈ２之間的鏈路是負逡逑載壓力最大的鏈路，對其時間資源的合理分配是時間調度算法的難點所在，因此，逡逑我們也可通過觀察該鏈路上資源利用率及消息傳輸的性能驗證時間觸發(fā)以太網逡逑數據傳輸機制的合理性與可靠性。為該網絡配置１０類周期性時間觸發(fā)消息，其逡逑發(fā)送周期依次為邋Ｔ＝［２００，４００，６００，６００，２００，２００，４００，６００，４００，２００］，時間單位為叫。逡逑在實際應用中，信息的周期一般數值較大，此處為顯示時間觸發(fā)以太網優(yōu)越性將逡逑周期進行縮短。消息發(fā)送在每個周期內的時間偏差如表３．１所示。該消息調度表逡逑由下一章的ＳＡ－ＰＳＯ消息調度算法計算所得。此處設ｍｅｍｂｏｕｎｄ＝１００，ｍａｘ＿ｈｏｐｄｅ逡逑ｌａｙ＝２０，ｍａｘ＿ｌａｔｅｎｃｙ＝邋１００

邋＇ｉ卿榦卿哪醒『．’哪娜’．丨丨、丨’逡逑｜｜邋ＴＴＥｔｈｅｍｅｔ邋ｍｏｄｅｌ邋０邋ｅｘｔｅｎｄｅｄ邋Ｉ邋ＮＥＴ邋ｍｏｄｅｌ邋Ｑ邋Ｉ邋ＮＥＴ邋ｍｏｄｅｌ逡逑圖２．３邋ＯＭＮｅＴ＋＋仿真模型層次結構逡逑從設計層次圖中可以看到仿真模型的層次結構，無論是ＴＴＥＨｏｓｔ主機仿真逡逑模塊還是ＴＴＥＳｗｉｔｃｈ交換機仿真模塊，其最底層（物理鏈路）和ＭＡＣ層都是沿逡逑用的ＩＮＥＴ框架中的標準以太網模型，而在數據鏈路層上則是繼承了邋ＩＮＥＴ框架逡逑中的模型，同時添加時間觸發(fā)服務機制以實現ＴＴＥ協(xié)議。逡逑２．３邋ＴＴＥ網絡案例描述逡逑本文基于ＯＭＮｅＴ＋＋平臺搭建了邋一個六節(jié)點網絡系統(tǒng)，如圖２．４所示。該網逡逑絡結構筒單，易于搭建和配置，其中交換機Ｓｗｉｔｃｈｌ和Ｓｗｉｔｃｈ２之間的鏈路是負逡逑載壓力最大的鏈路，對其時間資源的合理分配是時間調度算法的難點所在，因此，逡逑我們也可通過觀察該鏈路上資源利用率及消息傳輸的性能驗證時間觸發(fā)以太網逡逑數據傳輸機制的合理性與可靠性。為該網絡配置１０類周期性時間觸發(fā)消息

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本文編號：2733163