分布式测控系统建模及其系统实时性研究

论文摘要

科学技术的现代化和工农业生产的规模化，计算机技术与通信技术得到了高速发展与广泛应用，出现了将计算机网络通信技术与现代测控技术相结合的分布式测控系统。分布式测控系统实现了测控的现场化、远程化、网络化，其研究成为倍受关注的热点。但是，现有的分布式测控系统的理论研究尚不成熟，其解决方案存在着较大的局限性，技术性能也有待于进一步提高。本论文以四川省教育厅、成都市科技局重点科研项目“网络化测试系统性能评价的建模与验证技术研究”和“基于网络环境的测控系统建模与性能测量研究”为背景，对分布式测控系统的建模、体系结构和实时性等方面进行了理论研究和实践探索。论文提出了系统EFPS抽象数学模型并应用到分布式测控系统的建模之中。在比较了两种典型对象建模技术的基础上，给出了系统EFPS模型的定义并讨论EFPS模型各要素的内涵，对EFPS模型的优点及所解决的问题进行了分析。对系统EFPS模型的关键要素实体展开讨论，从硬件实体、软件实体和抽象实体的角度，指出实体间的转化关系，并提出EFPS模型的应用中四要素确定原则。论文还用EFPS模型建立了分布式测控系统的描述模型，将分布式测控系统看作一个由各个部分构成的有机整体，从系统结构和运行机理上进行形式化描述，作为分布式测控系统体系结构、实时性能研究的起点。论文讨论了分布式测控系统的体系结构。分布式测控系统的体系结构依赖于计算机网络体系结构，而现有的计算机网络体系结构用于测控系统已暴露出一些缺陷。论文结合近期开展的新一代网络体系结构研究，第一次使用非层次服务元网络体系结构构建分布式测控系统，研究了基于服务元网络体系结构的分布式测控系统的实现。论文从实时性出发，第一次使用端到端虚电路构建分布式测控系统。端到端虚电路能区别对待网络测控节点间不同端口的数据流，能较好地解决分布式测控系统的实时性、确定性、健壮性等关键指标。论文研究了分布式测控系统实时性。首先，介绍实时系统及服务质量的基本概念，讨论分布式测控系统实时性的特点及实时模型，提出了实时服务质量RQoS的定义及指标体系，建立了抽象的实时服务质量数学函数并阐述实时服务质量的应用；第二，论文还用OPNET建模仿真工具，对服务元网络体系结构的网络模型、节点模型、各节点的进程模型进行了建模分析，论文的OPNET建模工作，为进一步研究基于服务元网络体系结构分布式测控网络的实时性能打下基础。第三，论文用OPNET建模仿真工具对传统共享式Ethernet、交换式Ethernet、带路由器的分布式测控系统进行实时性仿真实验。在此基础上，对基于服务元网络体系结构的分布式测控系统进行仿真实验并进行对比分析，实验结果表明该方案的正确性及可行性，能很好的提高分布式测控系统的实时性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究课题的背景及意义
• 1.2 分布式测控系统介绍
• 1.2.1 分布式测控系统定义和特点
• 1.2.2 分布式测控系统研究模型
• 1.3 分布式测控系统研究概况、水平和发展趋势
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文的主要创新点、研究内容和结构安排
• 第二章 系统EFPS抽象数学模型及应用
• 2.1 引言
• 2.2 系统建模技术综述
• 2.2.1 对象建模技术
• 2.2.2 面向对象的软件开发技术
• 2.3 系统EFPS抽象数学模型
• 2.3.1 EFPS抽象数学模型
• 2.3.2 EFPS模型应用举例
• 2.3.3 EFPS模型的优点及所解决的问题
• 2.4 实体
• 2.4.1 硬件实体
• 2.4.2 抽象实体
• 2.4.3 软件实体
• 2.5 EFPS模型在分布式测控系统中的应用
• 2.5.1 分布式测控系统EFPS模型描述
• 2.5.2 EFPS模型典型应用举例
• 2.5.3 EFPS模型应用中四要素确定原则
• 2.5.4 EFPS模型的应用方法
• 2.5.5 分布式测控系统EFPS模型应用实例
• 2.6 本章小结
• 第三章 分布式测控系统服务元网络体系结构
• 3.1 引言
• 3.2 网络体系结构现状
• 3.2.1 计算机网络体系结构
• 3.2.2 测控网络体系结构
• 3.3 目前网络体系结构的缺陷
• 3.4 新型网络体系结构研究概况
• 3.4.1 主动网络体系结构
• 3.4.2 面向对象的网络体系结构
• 3.4.3 基于角色的网络体系结构
• 3.5 服务元网络体系结构介绍
• 3.5.1 服务元定义及模型
• 3.5.2 微通信元系统构架参考模型
• 3.5.3 SUD格式
• 3.5.4 服务元网络体系结构的特点及实现
• 3.6 分布式测控系统服务元网络体系结构
• 3.6.1 基于SUNA的分布式测控系统
• 3.6.2 测控系统服务功能元素
• 3.6.3 测控系统服务元网络体系结构构建
• 3.6.4 实现模型
• 3.6.5 基于虚电路结构通信模型
• 3.7 本章小结
• 第四章 端到端虚电路分布式测控系统
• 4.1 引言
• 4.2 测控网络内部结构
• 4.2.1 虚电路
• 4.2.2 数据报
• 4.2.3 端到端虚电路
• 4.2.4 三种网络结构比较
• 4.3 虚电路的管理
• 4.3.1 建立虚电路
• 4.3.2 使用虚电路
• 4.3.3 撤消虚电路
• 4.4 测控系统端到端时延分析
• 4.4.1 端到端时延模型
• 4.4.2 时延分析
• 4.4.3 结论
• 4.5 本章小结
• 第五章 分布式测控系统实时服务质量RQoS研究
• 5.1 引言
• 5.2 实时系统及服务质量基本概念
• 5.2.1 实时系统
• 5.2.2 服务质量
• 5.3 分布式测控系统实时性特点及实时性模型
• 5.3.1 实时性特点
• 5.3.2 EFPS模型描述的实时实体模型
• 5.3.3 实时消息模型
• 5.4 分布式测控系统实时服务质量RQoS
• 5.4.1 实时服务质量RQoS
• i）'>5.4.2 实时服务质量函数RQoS（E_i）
• 5.5 实时服务质量RQoS应用
• 5.5.1 测控系统的分析与设计
• 5.5.2 测控网络典型实例实时性分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 服务元网络体系结构建模
• 6.1 引言
• 6.2 模型分析与设计
• 6.3 服务元网络体系结构建模
• 6.3.1 OPNET仿真平台简介
• 6.3.2 网络模型
• 6.3.3 节点模型
• 6.3.4 进程模型
• 6.4 本章小结
• 第七章 分布式测控系统实时性实验及分析
• 7.1 引言
• 7.2 分布式测控系统实时性仿真实验
• 7.2.1 实验环境
• 7.2.2 总线型Ethernet测控网络模型
• 7.2.3 交换式Ethernet测控网络模型
• 7.2.4 带路由器的基于交换式分布式测控网络模型
• 7.2.5 基于SUNA的分布式测控网络模型
• 7.2.6 实验对比
• 7.3 端到端永久虚电路传输时延分析
• 7.4 结论
• 7.5 本章小结
• 第八章 全文总结和未来工作
• 8.1 全文总结
• 8.2 未来工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果