基于TTE網絡的NCS端到端延遲問題研究.pdf

1、網絡控制系統(tǒng)(Networked Control System，NCS)是借助于實時通信網絡而構成的閉環(huán)實時反饋控制系統(tǒng)。NCS深度融合了計算過程和物理過程，具有易擴展、高可靠性、布線少等優(yōu)點，已經成為國際控制理論界的一個學術熱點問題。隨著該系統(tǒng)對滿足時間約束和無差錯通信的要求越來越高，TTE(Time-Triggered Ethernet)等確定性協(xié)議在該領域的應用越來越廣泛。但由于在反饋回路中引入通信網絡，存在信息沖突、重傳等現(xiàn)象，

2、出現(xiàn)了如網絡時延、傳輸抖動及數(shù)據(jù)包丟失等許多待研究問題。
　　本文通過對NCS中端到端延遲特征進行分析，設計了準確的端到端延遲分析算法和網絡緩沖區(qū)分配策略，研究了使用仿真工具對系統(tǒng)進行建模并對端到端延遲進行仿真分析的方法。論文的主要工作包括:
　　1.結合NCS的結構和特點，以及TTE等確定性協(xié)議在該領域應用的趨勢，分析了使用TTE協(xié)議進行通信存在的問題:端到端延遲計算、緩存分配和基于TTE網絡的NCS的仿真建模。同時，整理

3、了近年來針對這些問題的研究進展，并從中總結出具有研究意義和應用價值的研究方向。
　　2.分析了網絡控制系統(tǒng)中端到端延遲的組成。通過分析網絡時延的組成，定義了端到端延遲的概念，并詳細分析了端到端延遲各個部分的形成原因。
　　3.提出了FWA(Flow-grained Worst-case end-to-end delay Analysis)端到端延遲計算方法。該方法以流為粒度，計算流從源節(jié)點傳輸?shù)侥康墓?jié)點產生的延遲，考慮相同和

4、不同鏈路上的時間觸發(fā)流與速率約束流交互產生的延遲。最后對比實驗表明，F(xiàn)WA分析方法可以明顯提高計算的精確度，且時間復雜度較低。
　　4.提出了FBD(Forward Buffer Dimensioning)緩存分配方案。首先，總結節(jié)點緩沖區(qū)占有率什么時候出現(xiàn)最壞情況。為了計算該最壞情況下節(jié)點緩沖區(qū)的占有率，提出了計算到達速率最大時幀數(shù)量的方法和最小化發(fā)送幀速率的類LPT服務算法。最后，通過實驗與其他分配方案進行比較，證明了該方法的