基于TTE網(wǎng)絡(luò)的NCS端到端延遲問題研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control System，NCS)是借助于實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)成的閉環(huán)實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)。NCS深度融合了計(jì)算過程和物理過程，具有易擴(kuò)展、高可靠性、布線少等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為國際控制理論界的一個(gè)學(xué)術(shù)熱點(diǎn)問題。隨著該系統(tǒng)對滿足時(shí)間約束和無差錯(cuò)通信的要求越來越高，TTE(Time-Triggered Ethernet)等確定性協(xié)議在該領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。但由于在反饋回路中引入通信網(wǎng)絡(luò)，存在信息沖突、重傳等現(xiàn)象，

2、出現(xiàn)了如網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、傳輸抖動(dòng)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(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了準(zhǔn)確的端到端延遲分析算法和網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)分配策略，研究了使用仿真工具對系統(tǒng)進(jìn)行建模并對端到端延遲進(jìn)行仿真分析的方法。論文的主要工作包括:
　　1.結(jié)合NCS的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，以及TTE等確定性協(xié)議在該領(lǐng)域應(yīng)用的趨勢，分析了使用TTE協(xié)議進(jìn)行通信存在的問題:端到端延遲計(jì)算、緩存分配和基于TTE網(wǎng)絡(luò)的NCS的仿真建模。同時(shí)，整理

3、了近年來針對這些問題的研究進(jìn)展，并從中總結(jié)出具有研究意義和應(yīng)用價(jià)值的研究方向。
　　2.分析了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中端到端延遲的組成。通過分析網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的組成，定義了端到端延遲的概念，并詳細(xì)分析了端到端延遲各個(gè)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(jì)算方法。該方法以流為粒度，計(jì)算流從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)產(chǎn)生的延遲，考慮相同和

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