时间敏感网络中调度机制研究

作     者：纪贺 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李松

授予年度：2021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：时间敏感网络 调度机制 IEE802.1Qbv协议 OMNET++ LS1021ATSN 

摘      要：工业4.0概念的提出,使得工业生产和互联网的关系愈加紧密,越来越多的工业生产控制场景被提出并投入使用,为工业互联网的发展提供了方向。目前,已经有很多支持工业生产的实时性网络协议被制定,并且投入实际的工业网络体系当中去,这些协议的共同点都是为了保障网络传输的实时性,实现工业生产中控制信息传输的确定性。但是,由于协议制定厂商的不同,致使支持不同协议标准的网络设备之间兼容性差,无法实现互通互联,严重影响网络的运行和管理,不利于网络的维护升级,大大增加了生产成本。为了解决这一问题,并且实现网络中IT(Information Technology)和OT(Operation Technology)信息的共网传输,IEEE802.1工作组开发了时间敏感网络(Time-Sensitive Network,TSN)这一通用工业以太网标准。而作为时间敏感网络协议标准中的重要组成部分,调度机制在保证网络的时间敏感特性方面起着至关重要的作用。本文针对时间敏感网络中基于IEEE802.1Qbv协议的调度机制进行研究,包含软件仿真和硬件实现两个部分。文章首先对时间敏感网络产生的背景及其调度机制进行了描述,然后通过OMENT++网络仿真工具对IEEE802.1Qbv中定义的调度机制进行了设计仿真,主要针对协议中涉及的门机制进行了设计实现,并且对该机制进行了仿真验证,结果表明其能够有效的保证网络中被调度数据传输的确定性。为了进一步验证该调度机制在实际应用中是否可以同样保证网络中数据传输的确定性,文章借助LS1021ATSN硬件开发平台以及相应的软件系统Open IL首次对该机制进行了实现,并且设计制定了相关实验用于验证该机制的可行性,是否可以保证数据传输的确定性。实验设计内容包含对自由竞争调度机制和严格优先级调度机制的缺陷分析,以及基于IEEE802.1Qbv协议调度机制的实现,验证该机制是否可以保证网络中数据传输的确定性。结果表明借助LS1021ATSN开发平台对基于IEEE802.1Qbv协议调度机制的设计实现是可行的,可以有效保障网络中数据传输的确定性要求。该论文有图43幅,表9个,参考文献62篇。