下一代汽车车载网络中以太网技术的性能研究

作     者：白洋 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李仁发;夏显忠

授予年度：2016年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：车载网络 以太网技术 性能分析 时延优化 Ethernet AVB IEEE 802.1P/Q 

摘      要：目前,人们对于汽车功能的需求不断升级,汽车正向着更智能、更舒适、更安全的方向发展。汽车辅助驾驶、安全、诊断及娱乐等相关设备或子系统等不断被加入汽车电子系统,这使得车载网络对带宽、开放性的要求越来越高,各子系统之间通信需求越来越大。目前的基于中央网关且包含多个异构的网络子系统的高度集成式网络体系结构及相关技术难以满足未来汽车电子系统的需求。下一代汽车车载网络将演变为以以太网为骨干网、多总线构成下层网络的层次化网络。其中,如何使以太网技术能够提供汽车车载应用所需的服务质量保障,尤其是实时性保障,成为了当前学术界和汽车工业界的研究热点。目前对下一代汽车车载以太网的研究还不太成熟,其工作机制和协议都处在讨论阶段,还没有形成相对稳定的标准。本文重点关注了可用于下一代汽车车载网络中的两种候选的以太网技术,即Ethernet AVB(音视频桥接以太网技术)和基于IEEE802.1P/Q的具有轻量级服务质量保证的以太网技术。本文的主要工作及贡献有以下两方面:首先,针对基于Ethernet AVB技术的车载网络的设计过程,提出了一种具体的、低复杂度的减小实时性消息延迟的方法FnLBF(First nRT Last class B Fragment)。该方法基于对AVB网络端到端最坏时延的计算,对给定的网络拓扑和流配置信息,通过调整某些数据帧的帧长,从而降低实时性消息的时延,使其满足设计规定的实时性需求。该方法可以在保证时延满足设计阈值的情况下,对实时流的原始配置进行尽可能小的改动,同时保证非实时数据帧取尽可能大的帧长,以保证其数据流中的有效数据比例。其次,在车载网络应用情景下,对基于IEEE 802.1P/Q的轻量级的以太网服务质量保障策略进行了建模和性能分析。在一类以以太网为骨干网的车载网络结构基础上,使用排队论建立了系统模型,给出了三种不同的轻量级服务保证策略下各类消息在交换机上的平均时延的形式化表述,结合车载网中的数据流特征对比了三种策略的性能并分析了在非实时性消息干扰下不同策略对实时性消息的时延保障性能。本文的工作对基于以太网的车载网络技术的改进及基于以太网的车载网络的设计都具有一定的参考意义。