基于RTCC利用令牌机制研究与实现混合传输以太网技术

论文摘要

在传统业务领域,以太网以技术成熟、价格低廉等优势在局域网中牢牢占据着统治地位。同时,以太网也逐渐进入工业控制领域,并且,在现场总线领域,已经研究出强实时性、高带宽、高可靠性的实时以太网数据传输方法。但是,目前开发的以太网硬实时通信协议只能实现硬实时数据传输业务。当需要提供普通的网络服务时,如:邮件传递、音频传输和视频传输等,则必须建设另一套网络用于传输非实时和软实时数据。如果能够兼容现有以太网硬件设施,并且将控制网络和数据通信网络有机地融为一体,实现非实时、软实时和硬实时数据在同一套设备上的混合传输,则将在很大程度上减少投资,并且便于管理和维护。本论文在已有以太网实时协议栈RTCC的基础上,以综合业务以太网为目标展开了理论上和实践上的研究,取得若干有用的成果,并有所突破。 论文首先对以太网及相关传输技术进行深入地研究,然后分析了利用令牌机制的相关传输协议,确定了采用令牌机制实现软实时和非实时数据的传输。另外,通过对RETHER协议和调度算法的研究,理清了利用原实时协议栈和新协议进行综合数据传输的媒体访问控制方法及新协议相应的调度算法。 在上述基础上,研究了在原有实时协议栈RTCC之上的实时和非实时混合以太网传输系统ISE的主要原理和机制。主要从以下几个方面进行了重点研究: 综合业务以太网(ISE)的体系结构研究:在分析原有实时协议栈的基础上,借鉴RETHER机制提出一种基于以太网硬件的综合业务网络的体系架构。在RTCC进行硬实时数据通信的间隙,通过模式切换,利用SPE_TOKEN进行软实时和非实时数据的通信。 软实时和非实时以太网传输的主要驱动模型,即SPE_TOKEN模式下的令牌驱动模型。 与SPE_TOKEN模式相适应的调度机制。 在RTCC的基础上,根据不同以太网环境中实现了一种基于以太网的综合业务通信网络原型ISE。该原型具有完整的结构和功能,根据不同的数据传输要求使用不同的模式和不同的实时性要求使用不同的数据通信类型。通过该原型证明了本文提出的混合

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 课题来源及主要工作
• 1.3 论文的组织和安排
• 第二章 以太网及相关传输技术
• 2.1 以太网相关传输机制
• 2.1.1 以太网技术的引入
• 2.1.2 共享式集线器以太网
• 2.1.3 交换式以太网
• 2.1.3.1 交换式以太网的优点
• 2.1.3.2 交换式以太网的不足
• 2.2 改进的以太网实时传输协议
• 2.2.1 硬实时以太网传输协议RTCC
• 2.1.1.1 帧
• 2.1.1.2 消息
• 2.1.1.3 RTCC的通信调度
• 2.1.1.4 MS的工作流程
• 2.1.1.5 管理及可靠性支持
• 2.2.2 实时以太网介质访问控制协议RT-CSMA／CD
• 2.2.2.1 实时以太网介质访问控制方法
• 2.2.2.2 RT-CSMA／CD的帧间隙
• 2.2.2.3 实时信号最大发送时延
• 2.3 利用令牌机制的相关传输协议
• 2.3.1 IEEE802.5令牌环协议
• 2.3.1.1 可调度性判定
• 2.3.1.2 令牌环协议分析
• 2.3.2 IEEE802.4令牌总线协议
• 2.3.2.1 令牌总线协议的原理
• 2.3.2.2 令牌总线协议的具体操作
• 2.3.2.3 令牌总线协议分析
• 2.4 小结
• 第三章 综合业务以太网（ISE）媒体访问控制方法及调度算法
• 3.1 ISE媒体访问控制方法研究
• 3.1.1 混合传输以太网的引入
• 3.1.2 基于RETHER协议的实时以太网
• 3.1.3 ISE媒体访问控制方法
• 3.1.3.1 两种媒体访问控制方法的结合
• 3.1.3.2 媒体访问控制
• TOKEN调度算法研究'>3.2 SPE_TOKEN调度算法研究
• 3.2.1 面向消息调度算法
• 3.2.1.1 单调比率（RM）调度算法
• 3.2.1.2 最早截止时间优先（EDF）调度算法
• 3.2.1.3 优先级上限协议（PCP）
• 3.2.1.4 软实时周期消息调度算法的选择
• 3.2.2 面向节点调度算法
• 3.2.2.1 LTPB协议的调度策略
• 3.2.2.2 FDDI协议的调度策略
• 3.2.2.3 LTPB和FDDI调度策略的比较
• TOKEN调度策略的选择'>3.2.3 SPE_TOKEN调度策略的选择
• 3.3 小结
• 第四章 在RTCC基础上设计与实现混合传输以太网系统（ISE）
• 4.1 ISE的层次模型
• 4.2 ISE基本构造
• 4.3 ISE局域网的网络拓扑结构
• 4.4 ISE的工作模式及转换
• 4.5 不同局域网组网环境下ISE的实现
• TOKEN帧和时钟'>4.5.1 SPE_TOKEN帧和时钟
• 4.5.1.1 所用到的帧
• TOKEN模式下的时钟'>4.5.1.2 SPE_TOKEN模式下的时钟
• TOKEN的实现'>4.5.2 集线器下SPE_TOKEN的实现
• 4.5.2.1 初始化模块
• 4.5.2.2 令牌传递模块
• 4.5.2.3 站点插入模块
• TOKEN的实现'>4.5.3 交换机下SPE_TOKEN的实现
• 4.5.3.1 初始化和令牌传递模块
• 4.5.3.2 站点插入模块
• 4.5.4 接收器和发送器
• 4.5.4.1 接收器
• 4.5.4.2 发送器
• TOKEN模式下的调度策略'>4.5.5 SPE_TOKEN模式下的调度策略
• 4.5.5.1 单调速率调度算法的实现
• 4.5.5.2 LTPB调度策略
• TOKEN数据结构'>4.5.6 SPE_TOKEN数据结构
• TOKEN接口'>4.5.7 SPE_TOKEN接口
• 4.5.6.1 消息发送通信接口
• 4.5.6.2 消息接收通信接口
• TOKEN管理维护接口'>4.5.6.3 SPE_TOKEN管理维护接口
• 4.6 小结
• 第五章 ISE的测试与结论
• 5.1 软硬件测试环境
• 5.1.1 软件环境
• 5.1.2 硬件环境
• 5.2 ISE的DEMO程序
• 5.2.1 主控站／模式切换控制站的人机监控界面
• 5.2.2 监控站／BT3的人机监控界面
• 5.2.3 基本终端（BT1、BT2）的人机监控界面
• 5.3 ISE性能测试
• 5.3.1 测试目的
• 5.3.2 测试用例设计
• 5.3.3 测试结果
• 5.3.4 传输性能分析
• 5.3.5 RTCC部分的网络吞吐率与带宽利用率
• 5.3.6 RTCC部分与CAN总线的性能比较
• 5.4 可靠性保障功能测试分析
• 5.5 小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文