朱宏立[1]2004年在《以太网与CAN总线的DSPN建模与性能分析》文中提出Petri网理论是研究离散事件动态系统(DEDS)的一种有力工具,确定与随机Petri网(DSPN)作为其重要分支,能够准确描述系统的状态及其变化过程,因此在复杂系统的建模与性能分析中取得了显着的成功。本文围绕DSPN软件实现及网络系统的DSPN建模与性能分析进行了研究。首先,本文详细论述了广义随机Petri网、确定与随机Petri网的相关理论,并结合具体实例说明其在DEDS中的应用。在此基础上进行DSPN软件系统的功能需求分析,设计DSPNAnalyzer软件系统的总体框架结构,并利用面向对象的分析和设计方法实现了系统的图形工具模块和模型求解模块。目前,该软件系统已能够完成DSPN模型的逻辑验证。然后,以应用最广泛的局域网技术——以太网为例,通过对其MAC层仲裁机制CSMA/CD+DR的详细分析,建立以太网的单节点DSPN模型和多节点紧缩DSPN模型。利用功能强大的DSPN软件分析工具——DSPNexpress-NG对多节点紧缩模型进行详细性能分析,得出了吞吐量、平均包延迟和重发率等性能曲线,从不同侧面反映了以太网主要性能指标的概率规律,为以太网系统的实施提供了量化参考依据。最后,本文详细分析了CAN总线的MAC层访问机制——CSMA/CD+CR,在此基础上建立CAN总线系统的多节点DSPN模型。该模型以待测节点的消息优先级为基准将不同优先级的消息分为高、中、低叁类,大大减少了系统稳定状态下的可达标识数,有效防止了状态空间爆炸。通过对模型的分析,得出吞吐量、平均包延迟和消息成功传输概率等性能曲线,揭示了CAN总线系统的运行规律,对CAN总线系统的搭建具有指导意义。
王晓欣[2]2005年在《交换式工业以太网与时间触发CAN总线系统的实时性研究》文中进行了进一步梳理实时性是工业网络系统的关键问题之一。目前,国内外学术组织和自动化厂商纷纷开始了工业以太网的研究,并提出了基于Ethernet+TCP/IP的工业以太网标准,而这些标准并没有针对数据链路层提供完美的实时性解决方案,因此对其进行实时性能研究是十分必要的。应用网络微积分理论对阵列式以太网交换机建立了NC(Network Calculus)模型,并结合网络的传输特性给出了工业数据流的到达曲线和交换机的服务曲线。基于该模型导出了以太网交换机的传输延迟边界以及满足该延迟边界的缓存需求边界值。这些结论为交换式工业以太网的设计和实施提供了理论指导。针对交换机传输可靠性和输出缓存调度延迟问题,提出了一种延迟担保型的窗口带宽分配策略。该策略基于窗口流控原理,将信用元闭环引入到交换机内部,实现了数据的可靠交换。在对交换机建立网络微积分模型的基础上,导出了满足数据流最大传输延迟所需的信用元数量,进而对数据流进行带宽分配,实现了工业以太网中硬实时数据流的延迟担保型传输。针对工业以太网中实时数据与非实时数据共同竞争交换机资源的情况,基于IEEE802.1p,提出了一种双通道工业以太网交换机模型。该模型在交换机内部建立了实时和非实时逻辑通道来实现区分服务。为了提高实时通道的实时性和非实时通道的公平性,分别给出了MR-WRR和I-DWRR两种改进的调度算法。为了验证所提模型和调度算法的有效性,应用PC机、多端口网卡ZX346Q和Linux等软、硬件资源设计了一台双通道仿真工业以太网交换机和相应的测试平台,并进行了仿真实验。针对CAN总线提出了一种混合时间触发CAN总线结构——MTT-CAN,同步相和异步相的划分在充分利用时间触发机制的高可靠性和高实时性的同时也有效保留了CAN总线自身事件触发机制的灵活性。采用确定与随机Petri网理论建立了MTT-CAN的DSPN模型,并进行仿真研究,结果表明通过选择异步相的带宽利用率范围可以实现非周期性消息的实时传输,总体上提高了总线的实时性和带宽利用率。
王永翔[3]2008年在《TCN底层协议建模与实现》文中认为列车通信网络技术是现代列车关键技术之一,本文在铁道部重点课题“TCN底层协议及关键技术研究”的基础上展开并进行了延续和扩展。列车通信网络的应用是保证列车控制有效性、安全性及旅客舒适性的必要措施。作为列车控制系统的重要组成部分,要求列车通信网络具有较高的实时性、可靠性及安全性。我国在列车通信网络方面的研究起步较晚,虽然取得了一定的进步,但较一些发达国家还有一定差距。本文着眼于TCN的底层协议,围绕列车通信网络在性能评估、优化及具体实现等关键问题展开研究,所完成的主要工作及获得的创新性成果如下:1、针对列车通信网络动态性能分析的需求,研究了现场总线建模的方法,指出Petri网是适用于对现场总线这种分布、离散、并发、随机系统进行建模的方法。广义随机Petri网(GSPN)、确定与随机Petri网(DSPN)、随机着色Petri网(SCPN)是针对网络底层协议的不同抽象层次进行建模的有效工具。分析了Petri网特性与被建模网络协议特性之间的关系以及采用随机Petri网的稳态概率进行网络协议性能分析的方法。随着计算机软硬件水平的发展和Petri网复杂性的不断提高,软件模拟与仿真方法将是基于Petri网分析的主要方法。针对MVB总线性能分析的不同需求,建立了MVB总线的GSPN模型、事件仲裁模型和MVB总线的着色Petri网模型,采用Petri网计算机辅助分析软件TimeNET和CPN-Tools进行仿真分析,给出了仿真分析结果。MVB总线的GSPN模型用于分析其单纯过程数据的通过性能,事件仲裁模型分析了偶发相时间宽度、设备地址相似度及偶发相均匀度对于事件仲裁性能的影响,从而提出了优化周期扫描表的问题。在对比分析了随机着色Petri网建模与单纯离散事件仿真方法不足的基础上,提出了基于OMNET++与SCPN相结合的TCN仿真分析方法,利用该方法建立计算机仿真分析平台,有效利用了二者的长处,更加适合于TCN的仿真分析与验证。2、为了达到在保证车载控制网络中过程数据可靠调度的前提下尽量提高消息数据通信性能的目的,提出了MVB总线周期扫描表的优化设计方法。首先提出了衡量周期扫描表相关基本指标的概念,讨论了按照IEC61375-1标准所构造的周期扫描表的缺陷,之后针对是否报文定时相关提出了两种优化设计算法。对于报文定时无关的可以采用逐步填空法完成,而对于报文定时相关的周期扫描表(TPPT)构成问题,则采用混合遗传算法进行求解。建立了TPPT问题的数学模型,给出TPPT问题的目标函数,及编码、选择、交叉和变异的方法。结果表明这两种算法可以较好的优化MVB周期扫描表的构造。为了克服混合遗传算法易于陷入局部最优的问题,进一步提高优化速度,提出了基于S-Tent映射的混沌混合遗传算法。讨论表明S-Tent映射具有均匀的遍历特性,给出了TPPT问题的染色体尺度变换方法。从最终的性能评估可以看出,基于S-Tent映射的混沌混合遗传算法是对TPPT问题实现最优配置的有力手段。3、在自主设计的总线访问专用IP核的基础上,提出了基于SOPC技术的总线控制器和应用处理器的融合方法。MVB总线控制器是实现MVB总线网络功能的关键器件,负责访问MVB总线,并提供与微处理器的通信接口,实现数据传输。在应用MVB总线控制器时,通常需要与外置处理器共同完成总线通信任务。本文给出了MVB总线控制器的接口设计方案,完成用于总线访问的专用IP核,采用SOPC技术将应用处理器同MVB总线控制器集成在同一块FPGA芯片之中,从而提出了一种具备更高集成度的MVB总线接口实现方案。4、建立了满足TCN网络实验及测试需求的TCN网络半实物仿真平台。半实物仿真平台可以提供网络设备的验证平台,同时可以为TCN网络的性能测试提供实验环境。在该平台搭建过程中重点研究了典型电力机车的信号控制电路,将一些司机室的实物设备通过TCN网络与PC机连接。PC机模拟其它大型的复杂设备,从而构成半实物仿真平台。在该平台上进行的相关实验,可以验证本文提出的网络模型、周期扫描表的优化方法及基于SOPC技术的TCN接口实现方法等的正确性。最后,在总结全文的基础上,给出了论文研究过程中得出的思考和结论,提出了一些需要进一步深入研究的问题。
杨东颖[4]2018年在《列控系统分布式目标控制器通信子系统的研究》文中指出高速铁路以及城市轨道交通的飞速发展,对列车运行控制系统提出了更高要求。而通信技术的发展进步以及计算机处理能力的提高,为列车进一步缩短运行间隔、简化地面设备、节省建造与维护成本提供了技术基础。目标控制器(object controller,OC)是下一代列控系统中重要的地面设备,它是轨旁信号设备的执行单元,控制着信号设备的开关和转换,承担着命令信息的执行和信号设备状态采集的任务,其数据的正确传输对列车运行安全起着重要作用。因此,本文针对下一代列车运行控制系统中分布式目标控制器特点和其通信需求,提出了一种适用于分布式目标控制器通信子系统设计方法。首先对下一代列控系统的系统结构进行了分析,进而确定了分布式目标控制器的通信需求。基于该需求和列控系统设计原则,构建了全无线架构与内外网络分层架构这两种分布式目标控制器通信子系统架构设计方案。再利用DSPN(Deterministic and Stochastic Petri Nets,确定与随机 Petri 网)的理论方法对这两种架构方案进行建模分析,从而获得两种方案的可靠性与实时性参数。并结合稳定性、安全性等其他方面的考虑,选择了内外网络分层架构作为分布式目标控制器通信子系统的架构。其次针对分布式目标控制器通信子系统的内网络,设计了时间触发架构的分布式通信总线。基于OSI模型对总线进行分层设计,并且对OC管理层和链路层协议进行了设计。在研究PTP(Precision Timing Protocol,精密时钟同步协议)的基础上,提出了一种改进的时钟同步算法,能够在线调整网络时延参数。在实时调度方面,结合分段法和优先级算法,设计了一种改进的基于时间进程的总线调度算法,实现了时间触发结构下事件信息的确定性传输,同时实现了在线调整调度表,满足了内网络通信的要求。最后,针对所设计的内网络,搭建了实验平台,在模拟外网络的环境下,对内网络的通信延时性能进行了测试验证。测试结果表明内总线在调度周期内能够完成数据的收发;同时表明在内总线的一个调度周期内,当同时在线通信的目标控制器数量增加时,通信子系统总通信时延的增加主要受外网络通信时延的影响。同时,对内网络的功能进行测试,测试结果表明设计的时间触发总线满足了设计需求。
张玉琢, 曹源, 闻映红[5]2015年在《基于交换式以太网的列车通信网络建模与性能分析》文中提出为了满足未来大容量、高速率、硬实时性的信息传输需求,将交换式以太网技术引入列车通信网络(TCN,train communication network)。针对不同优先级消息,根据其通信调度方式对传输过程建立了TCN的确定与随机Petri网(DSPN,determined and stochastic Petri nets)模型,比较了交换机不同调度算法对时延的影响,并分析了消息数目和产生周期,以及消息数目和吞吐量的关系。实验结果表明,采用优先级调度算法能在牺牲非实时数据时延的条件下降低实时数据的时延,验证了采用交换式以太网的TCN吞吐量远超过现有的TCN,并且能够为今后的设计和优化提供理论依据。
易鲜红[6]2019年在《常用嵌入式操作系统的理论分析》文中进行了进一步梳理操作系统中嵌入式的运作体系是镶嵌式操作体系的软件心脏,更标准地说是组建系统软件的心脏合成部分。随着嵌入式的软件系统在平常生活场景的持续深入运作,使用者对此类操作系统的理论层面的要求也越来越高,单一的老式的前后台形式或者多次螺旋制导形式已经无法满足使用者要求,从而让嵌入式运作体系的理论层面研究特别引人注目,从理论角度出发进行了分析和研究。
参考文献：
[1]. 以太网与CAN总线的DSPN建模与性能分析[D]. 朱宏立. 天津大学. 2004
[2]. 交换式工业以太网与时间触发CAN总线系统的实时性研究[D]. 王晓欣. 天津大学. 2005
[3]. TCN底层协议建模与实现[D]. 王永翔. 北京交通大学. 2008
[4]. 列控系统分布式目标控制器通信子系统的研究[D]. 杨东颖. 北京交通大学. 2018
[5]. 基于交换式以太网的列车通信网络建模与性能分析[J]. 张玉琢, 曹源, 闻映红. 通信学报. 2015
[6]. 常用嵌入式操作系统的理论分析[J]. 易鲜红. 电脑编程技巧与维护. 2019
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