考慮錯(cuò)誤的CAN總線消息延時(shí)分布情況研究.pdf

1、本論文受國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51475422)資助，經(jīng)過(guò)對(duì)總線協(xié)議、容錯(cuò)機(jī)制、暫態(tài)性連接(IC)故障特性與因故障導(dǎo)致的延時(shí)特性的準(zhǔn)確認(rèn)知后，提出了在有錯(cuò)誤情況下總線消息延時(shí)分布情況的估計(jì)方法。
　　控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN）是一種已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在各種工業(yè)領(lǐng)域的總線協(xié)議。為了對(duì)尚未搭建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在報(bào)文響應(yīng)時(shí)間方面做出預(yù)測(cè)與估計(jì)，以便提前掌握網(wǎng)絡(luò)帶寬特征與性能;同時(shí)為了能夠更好的分析了解

2、在有錯(cuò)誤情況下的網(wǎng)絡(luò)行為，以便進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須分析清楚CAN總線各個(gè)節(jié)點(diǎn)所發(fā)送消息的響應(yīng)時(shí)間及其延時(shí)特性。本論文提出了一個(gè)新穎的分析方法來(lái)估算輪詢模式下的CAN總線各個(gè)節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤影響下的消息響應(yīng)時(shí)間延時(shí)分布情況。首先，根據(jù)已經(jīng)獲悉的故障情形和總線協(xié)議得出單一子節(jié)點(diǎn)的延時(shí)概率分布情況;之后通過(guò)模式分類將多節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜消息序列分解為單一子節(jié)點(diǎn)的情形來(lái)估計(jì)多節(jié)點(diǎn)的消息延時(shí)分布情況。最后本論文根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果驗(yàn)證了所提出分

3、析方法的有效性。
　　本論文共分六章，各章內(nèi)容分述如下。
　　論文第一章全面地介紹了有關(guān)CAN總線消息幀響應(yīng)時(shí)間的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，由此總結(jié)了目前在響應(yīng)時(shí)間方面存在的待研究問(wèn)題以及研究的現(xiàn)實(shí)意義;之后系統(tǒng)地概述了本論文的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容以及總體的研究手段。
　　論文第二章針對(duì)總線上所可能產(chǎn)生的延時(shí)問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，進(jìn)而提出了本論文所關(guān)注的同時(shí)考慮消息阻塞和錯(cuò)誤中斷重發(fā)給報(bào)文帶來(lái)的延時(shí)影響，并根據(jù)延時(shí)情形的詳細(xì)分析定義

4、了本論文所要研究的延時(shí)問(wèn)題，同時(shí)給出了本論文的假設(shè)和約束。最后系統(tǒng)地闡述了論文研究的總體方案與步驟。
　　論文第三章分析了CAN總線上只有單一子節(jié)點(diǎn)的情形。由于沒(méi)有其它報(bào)文的影響，單一子節(jié)點(diǎn)的延時(shí)只是由于IC故障事件引起的消息幀錯(cuò)誤重發(fā)。首先針對(duì)IC故障事件建立了隨機(jī)過(guò)程模型，進(jìn)而基于IC故障隨機(jī)事件，詳細(xì)分析了故障產(chǎn)生在報(bào)文不同的位段中所能夠引起的復(fù)雜錯(cuò)誤中斷情形，由此總結(jié)出了由IC故障導(dǎo)致錯(cuò)誤中斷的概率值。之后結(jié)合產(chǎn)生在報(bào)文上

5、的不同的錯(cuò)誤中斷個(gè)數(shù)，給出了最后的單一節(jié)點(diǎn)的延時(shí)分析結(jié)果。
　　論文第四章將單一子節(jié)點(diǎn)的延時(shí)情形向多節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了擴(kuò)展，也即增加了報(bào)文之間相互影響的情況。在對(duì)少數(shù)節(jié)延時(shí)概率分布分析的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出了三種不同的多節(jié)點(diǎn)延時(shí)分析模式，繼而提出了總線上掛接更多節(jié)點(diǎn)時(shí)每個(gè)報(bào)文延時(shí)概率分布的計(jì)算方法。
　　論文第五章對(duì)本論文的延時(shí)概率分布理論研究進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先詳細(xì)介紹了基于DeviceNet協(xié)議搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)概念與