时间敏感网络核心机制及标准化进展研究

时间敏感网络是IEEE 802.1工作组正在制定的一套数据传输协议标准,具备低抖动、低延迟的特性。本文首先对时间敏感网络的发展概况和内涵进行了介绍,然后重点对其时钟同步、流量调度、资源管理和可靠性等核心机制进行研究,分别阐述了不同核心机制所对应的IEEE 802.1标准,最后总结了目前时间敏感网络相关标准的最新研究进展。     

交换式工业以太网优先级调度机制的研究

为使工业以太网中周期性实时数据的传输延时要求能够得以保证,本文对交换机的内部功能结构作出改进,并采用了IEEE802.1p规范中定义的带有优先级标志域的以太网帧格式进行数据通信。为验证改进性能,构建了一个星形交换式工业以太网模型。在基于改进的交换机结构模型中,实现了优先级调度机制在交换机及网络节点中的应用,OPNET仿真结果验证了其对工业以太网实时性的有效提高。     

星地光通信中PAT链路的衰落冗余

在考虑大气闪烁、静态瞄准误差和瞄准抖动的影响下,导出了大天顶角和小天顶角传输链路的强度起伏概率密度函数,给出了跟踪中断概率随衰落冗余变化的关系表达式;最后分析了最佳的光束发散角,并对概率密度分布规律和跟踪中断概率随衰落冗余变化的规律进行了模拟分析。结果表明,对于上行和下行链路,光束发散角与瞄准抖动误差均方值的最佳比值为4和6。在最佳光束发散角下,要想确保链路跟踪中断概率小于10^-3,上行链路需要10 dB的衰落冗余,下行链路需要3 dB的衰落冗余,克服了星地光通信中强度起伏对链路跟踪稳定性的影响,保证了在跟踪过程中链路所需要的衰落冗余。     

基于链路失效预测的AODV路由协议

在大规模AdHoc网络中,网络频繁中断会产生很大的传输时延,且会降低分组投递率,针对这一缺点,本文对AODV路由协议在数据传输过程中引入链路失效预测机制,并对改进后的AODV路由协议利用NS-2进行了仿真实验。测试结果表明,改进后的路由协议AODV_LFF有效的降低了网络传输时延,并提高了分组投递率。     

基于车载环境的时间同步协议优化

针对车载以太网在运行时间同步协议过程中存在的不足,提出涉及到主时钟仲裁、启动时间加速、冗余路径选择和故障恢复机制的优化方法并采用实物网络测试验证其可行性和有效性。在保证同步精度的前提下,对这些问题提出优化措施从而使车载时间同步过程始终处于可预测的状态;在运行过程中同步时钟对节点和链路故障具有容错能力并提出同步彻底失效时的容错机制,从而避免同步故障对正常驾驶产生影响。     

基于BFD的OBS链路快速故障检测方案

目的：光突发交换（OBS）网络是一种实现全光因特网的富有前景的技术方案。由于OBS网络通常采用单向资源预留机制,一般的链路故障检测方法难以在OBS网络中使用,因此必须设计符合OBS数据传输机制的链路故障检测方案。方法：将双向转发检测（BFD）协议应用于OBS的故障检测机制中,并根据实际网络需要设定BFD报文的发送周期与检测时间,从而满足OBS网络快速故障检测的要求。以NSFNET为仿真网络,实现了业务流量发生器与节点故障发生器,对BFD在单链路场景与网络场景下的链路故障检测性能进行了仿真。结果：仿真结果表示：在单链路场景下,OBS网络平均丢包率小于0.001;在网络场景中,由于存在资源冲突、固定偏置时间等OBS网络自身的因素,OBS网络平均丢包率接近0.1。结论：因此,BFD是一种适合OBS网络的快速的链路故障检测协议。     

EtherChannel技术的研究与实现

EtherChannel技术能够通过聚合多个端口提高链路带宽,并在链路上实现冗余容错和负载均衡。研究了EtherChannel的配置协议、冗余容错和负载均衡原理,提出了一种简化的实验模型。在该模型中,把EtherChannel应用到了VLAN的Trunk链路中。搭建了真实的网络环境,详细说明了配置过程,成功地验证了EtherChannel的实现方法。     

航空电子全双工交换式以太网分析

为满足对航空电子系统数据网络提出的高速数据传输、实时性、高稳定性和低周期性的要求,介绍了一种新型高速的总线协议——全双工交换式以太网(AFDX),首先介绍了其体系结构和组成,然后对其设计中使用的虚拟链路隔离、虚拟链路调度、冗余管理等关键技术作了详细介绍。     

信标冗余网络

本文描述了用于EtherNet/IP的一个协议,可以在网络基础架构和终端设备网络接口上提供多重容错功能.这种协议称为信标冗余协议或者BRP.基于BRP协议的网络可称为BRP网络.BRP网络基于ISO/IEC 8802-3(以太网)和IEEE 802.1标准以及冗余基础架构.在BRP网络中,网络切换由终端设备自己决定.B...     

高速实时光纤图像传输系统的实现

为提高光电经纬仪上图像传输系统的性能,设计了利用现场可编程门阵列(FPGA)的Rocket IO IP核,完成了Camera link并行接口与光模块串行接口的相互转换。通过自定义的图像传输协议,搭建了图像传输系统与各个分系统的互联平台,实现了高速图像实时传输至机下进行处理、显示和记录,同时在该光纤通道上复合传输相机控制命令和外同步时序。阐述了系统总体结构思想,发送端和接收端的软、硬件设计,介绍了Rocket IO关键属性、数据包收发状态机、图像传输协议等。实验结果表明,系统工作速率达2.5Gb/s,传输链路稳定、可靠、无误码,突破了传统光纤传输协议的开源局限,用户可直接使用光纤串行数据信息,减少导电环配线量,具有传输带宽高,图像质量好,抗电磁干扰性能强等优点。系统经过测试验证并已应于到工程项目中。     

冗余策略下的机械振动 WSN 高效可靠传输方法

针对大量机械振动无线传感器网络数据的传输过程中高延时和可靠性的问题,提出了冗余策略下的机械振动无线传感器网络高效可靠传输方法。首先分析对比了基于IEEE 802.15.4协议支持的ACK和Non-ACK的传输机制下的时间消耗,取消传输ACK应答帧带来的时间延时,保证大量机械振动数据的高效传输;然后提出了一种冗余策略下的数据可靠传输方法,采用部分冗余矩阵进行数据编码将机械振动原始数据在丢包率下进行数据扩展;最后,数据中心将收到的数据解码即可得到原始数据。实验结果表明,所提方法数据量经冗余编码后增加25%后,每轮传输延时可减少约3 s,传输能量消耗可降低约555 mJ,并能保证数据完整性。     

时钟同步调度的多跳机械振动WSN多信道传输法

针对机械振动无线传感器网络(wireless sensor networks,简称WSNs)在多跳应用中因信道竞争激烈导致大量振动数据传输速率低的问题,提出了一种基于时钟同步调度的多跳机械振动WSN多信道数据传输方法,从时钟同步精度、网络调度效率和信道干扰等方面提高多跳网络数据传输性能。首先,采用基于信标时序补偿的多跳网络时钟同步方法,实现数据传输的全网同步调度;其次,通过父子链路时序轮转的数据传输调度方法,确保节点有效传输时间最大化;然后,采用干扰最小化信道分配方法实现多跳网络传输信道分配,避免邻频干扰对多信道并行数据传输的影响;最后,通过丢包检测重传机制保证数据传输可靠性,避免振动数据丢失。多信道数据传输性能测试结果表明,该方法可以将多跳网络数据传输速率从10kbps提高至70kbps以上,满足多跳机械振动WSN数据传输需求。     

CTP协议的原理及性能测试

分析了CTP的原理和实现机制,并通过实验测试了WLAN干扰对无线传感器网络传输性能的影响,初步的实验研究验证了CTP协议的自适应机制,同时也显示了WLAN对WSN的影响,当WSN的射频输出功率小于10 dBm时,基于CTP的WSN经常无法成功组网;当WLAN的中心频率与WSN的中心频率重叠时,基于CTP的WSN的信标比例与跳数显著增加。     

Synthesis of branched chains with actuation redundancy for eliminating interior singularities of 3T1R parallel mechanisms

Although it is common to eliminate the singularity of parallel mechanism by adding the branched chain with actuation redundancy, there is no theory and method for the configuration synthesis of the branched chain with actuation redundancy in parallel mechanism. Branched chains with actuation redundancy are synthesized for eliminating interior singularity of 3-translational and 1- rotational(3T1R) parallel mechanisms. Guided by the discriminance method of hybrid screw group according to Grassmann line geometry, all the possibilities are listed for the occurrence of interior singularities in 3T1R parallel mechanism. Based on the linear relevance of screw system and the principles of eliminating parallel mechanism singularity with actuation redundancy, different types of branched chains with actuation redundancy are synthesized systematically to indicate the layout and the number of the branched chainsinterior with actuation redundancy. A general method is proposed for the configuration synthesis of the branched chains with actuation redundancy of the redundant parallel mechanism, and it builds a solid foundation for the subsequent performance optimization of the redundant actuation parallel mechanism.     

基于MSTP协议动态网络的负载均衡算法设计

负载均衡是提高网络性能的重要技术,在多生成树协议MSTP中,网络中的VLAN被分为若干组,每个组共享一个生成树算法进程,在不同的VLAN中采用不同的生成树拓扑进行通信,通过控制VLAN与生成树的映射关系实现负载均衡和冗余备份.该文确定了链路负载函数,提出了基于MSTP动态网络的负载均衡算法,利用该算法可以选择链路负载最...     

基于ARM的TTCAN网络系统的研究与实现

TTCAN是基于时间触发机制的CAN高层协议,可以有效改善CAN通讯实时性和确定性。本文通过对TTCAN协议和调度算法分析研究,采用TTCAN同步机制的Level 1级校准同步整个TTCAN网络,实现了以调度主站和多个从站构成的TTCAN网络。系统以S3C2410ARM处理器为核心,采用CAN控制器MCP2515,构建TTCAN的调度主站,采用MSP430设计从站节点。最终的通讯测试结果验证了系统硬件和软件调度算法的正确性,具有较好的应用价值。     

TTCAN网络调度平台的设计优化

TTCAN是近几年发展起来并广泛应用于汽车以及其它一般工业控制系统的实时传输协议~([1]).分析了TTCAN网络平台对于周期性消息及非周期性消息的调度策略,分别对其进行改进,并通过遗传算法对系统矩阵周期调度表进行优化,之后利用Simulink中的Stateflow工具针对一般工业控制系统建立了TTCAN网络调度仿真平台,并对仿真平台进行优化,优化后的仿真平台较好地提高了网络系统带宽利用率,增大了总线通信量,降低了各传感器节点周期性消息的响应时间和非周期性消息的延时时间,从而改善了网络平台的通信实时性能.     

冗余并联机构的分类研究

在对并联机构的拓扑结构进行分析的基础上 ,提出了一种新的冗余并联机构的分类方法 ,即把冗余并联机构分为位形空间冗余 ,驱动冗余和末端执行器冗余三种类型。这种新的分类方法可以使我们对并联机构冗余的定义有明确的认识 ,并将有助于对冗余并联机构的研究和应用。     

PLC软冗余技术在监控系统中的应用

冗余功能是一个工业控制网络系统成功的关键环节,是保证系统稳定、安全、可靠的重要手段。文章在西门子S7-300软冗余系统工作原理的基础上,提出了软冗余系统的硬件组成及程序实现方法,通过电源模块、CPU、冗余模块、通信模块以及I／O等相关硬件,完成相应的软件组态。