时间触发以太网网络控制机制和关键构件研究

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本文主要研究一种时间确定性安全关键实时网络协议——时间触发以太网(Time Triggered Ethernet,TTE)。涉及内容包括TTE的网络体系架构、控制协议以及关键构件的设计;然后在仿真平台上构建网络模型和节点模型,实现了时间触发以太网仿真,根据统计测试结果分析得证TTE网络的时间确定性和高实时性。最后总结了工作,展望了TTE的发展趋势和前景。文章开头由Ethernet的发展为引,提出Ethernet的不具备时间确定性,实时以太网的出现弥补这一缺陷。随着实时以太网的发展,为了解决更好地继承以太网的特点和应用于安全关键系统,提出了时间触发以太网解决方案。时间触发以太网作为一种实时以太网,它具有独特的内涵,特点和优点。本文系统地阐述了TTE网络相关内容,主要内容包括以下几点:TTE网络体系架构,详细分析了各层间的关系和功能;各种规模的网络不同的拓扑结构;TTE网络中的控制机制。交换机节点、终端节点是组成TTE网络的关键构件,对其的硬件和软件进行了研究和设计,模块技术研究包含:时钟同步模块、数据处理和收发组件、同步/数据处理模块和数据处理模块。然后,对TTE网络构件软件系统的功能模块进行了详细研究,主要研究工作包括:时钟同步模块、同步/数据调度模块、数据处理模块、接收和收发组件设计。同步协议控制主要完成全局时钟同步,时钟和事件控制根据本地时钟值和调度表来完成通信和控制任务。最后,对节点内部和外部接口进行了设计。在此基础上,自主设计和完成OPNET的仿真。自主建立了仿真节点:TTE交换机模型和TTE终端节点模型,设计了3种节点模型的进程模型和功能函数。在OPNET平台上实现了TTE网络的完备功能,分别设置了发送沉默故障和正常运行两个场景,对延时、抖动、数据流量等关键参数进行了采集和分析。实验结果与预期结果完全吻合,证明了TTE网络的实时性、正确性和功能完备性。实时以太网是未来工业以太网的重要发展趋势,而TTE网络所具备的的特点和优点,显示了TTE是极具发展前景的实时网络。
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