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基于时间触发以太网的as6802时间同步协议的设计与实现

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基于时间触发以太网的AS6802时间同步协议的设计与实现

作者：周俊西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着分布式系统的发展,系统中设备之间数据交互的实时性、可靠性以及高安全性需求更加迫切,使得以太网技术无法适用于相应的业务领域。时间触发以太网将时间触发技术的实时性、确定性与传统以太网的优势相结合,有效地解决了传统以太网... 详细信息

随着分布式系统的发展,系统中设备之间数据交互的实时性、可靠性以及高安全性需求更加迫切,使得以太网技术无法适用于相应的业务领域。时间触发以太网将时间触发技术的实时性、确定性与传统以太网的优势相结合,有效地解决了传统以太网无法满足高实时性、可靠性需求的弊端,被广泛应用于航天航空、工业控制等具有高实时性、高安全性需求的领域。由于时间触发以太网的实时性和确定性是以高精度的全局同步时钟为基础的,因此精确时间同步是时间触发以太网技术研究的基础,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。2011年颁布的开放标准as6802定义了一种确定性、高容错和无阻塞通信的同步技术。在研究开放标准as6802协议标准和现有以太网时间同步方案后,本文首先采用FPGA+ARM的软硬件协同设计平台,自主设计和实现了集成三种功能单元的时间同步单元,并详细描述了FPGA实现的各个同步单元中各功能模块的设计;然后,在ModelSim仿真环境中对各主要模块进行了功能仿真;最后,在千兆以太网环境中对此系统进行实测,同步精度优于20纳秒。由于使用FPGA实现的接收和发送模块代替了现有以太网时间同步方案中的MAC IP核,因此本系统对于以太网帧数据的接收与发送更加灵活,减少了MAC IP核引入的动态时延,使得同步精度更高,并具有成本低、便于移植的特点。

关键词：时间同步 as6802 容错机制高精度

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TTE网络监控交换机设计与实现

TTE网络监控交换机设计与实现

作者：刘嘉乐西安电子科技大学

学位级别：硕士

时间触发以太网(Time Triggered Ethernet,TTE)不仅能够为用户提供高带宽、高确定性、高可靠性的网络传输服务,还能在同一个网络中同时提供TT/RC/BE等多种业务的综合传输,必将成为下一代新型航空航天总线网络技术。TTE网络监控交换机主... 详细信息

时间触发以太网(Time Triggered Ethernet,TTE)不仅能够为用户提供高带宽、高确定性、高可靠性的网络传输服务,还能在同一个网络中同时提供TT/RC/BE等多种业务的综合传输,必将成为下一代新型航空航天总线网络技术。TTE网络监控交换机主要用于监控、收集、记录TTE网络产品的工作数据流,通过分析数据,可以更好地了解掌握TTE网络的同步工作流程、业务性能和网络运行状态等信息,还可用于定位网络故障,发现不同厂家设备组网出现的不兼容问题,监测网络出现的协议不一致问题,具有非常重要的实用价值。本论文结合科研项目“机载总线网络数据接口设计与验证环境”,重点研究TTE网络监控交换机的设计与实现。本文首先介绍了时间触发以太网的研究背景以及国内外发展现状,指出本研究内容的必要性和重要性。其次,介绍了TTE网络工作原理及三种网络业务属性,详细描述了6802同步协议、1588同步协议、网络监控等三种网络核心技术。第三,提出TTE网络监控交换机的总体设计方案,重点阐述了接收队列、网络聚合、监控帧二次封装格式定义、汇聚流接口处理模块等关键模块的详细设计及实现方法。第四,搭建TTE网络监控交换机仿真环境,对各功能模块进行仿真验证。最后,搭建TTE网络监控交换机板级测试平台,实测结果表明本文设计实现的TTE网络监控交换机实现方案设计正确合理,能够按照预期目标对TTE网络业务流进行实时监测,并成功定位被监控交换机故障原因。本论文的创新点包括三个方面。第一,基于as6802和IEEE 1588协议设计了一种适用于TTE网络的监测字段,使得每个输入数据帧都能携带相对时间戳和绝对时间戳信息。第二,通过对TTE网络多条链路插入连接TTE网络监控交换机,实现了对多个网络链路的汇聚,汇聚后的数据流可通过10G光口连接到数据记录仪,记录所有连接到监控交换机的链路上的数据帧,为TTE产品兼容性测试提供数据分析支撑。第三,实现了实时监测功能,可通过监控交换机的10G汇聚光口或1G镜像光口连接上位机,通过Wireshark监控软件实时查看想监测的数据流。

关键词：时间触发以太网 as6802 IEEE1588 网络流量监控

基于GPS和as6802的星地时钟同步方法

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基于GPS和AS6802的星地时钟同步方法

2018软件定义卫星高峰论坛

作者：徐丹妮刘露唐金锋西安微电子技术研究所

针对星地一体化组网对于统一时钟基准的需求,提出了一种能够实现星地系统全节点时钟同步的方法。该方法融合GPS技术和as6802技术,着重研究了网络构建、两级同步、故障检测和自恢复以及星地同步系统构建策略等,能够灵活应用于主从式和分... 详细信息

针对星地一体化组网对于统一时钟基准的需求,提出了一种能够实现星地系统全节点时钟同步的方法。该方法融合GPS技术和as6802技术,着重研究了网络构建、两级同步、故障检测和自恢复以及星地同步系统构建策略等,能够灵活应用于主从式和分布式网络系统。通过搭建原型系统对同步理论和同步精度进行测试验证,结果表明该同步方法能够应用于实际系统,同步精度可达纳秒级,具有同步精度高、适应性强和可靠性高的特点,满足系统需求。

关键词： GPS as6802 时钟同步星地一体化

来源： cnki会议评论

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网络时间同步协议综述

计算机工程与应用 2019年第3期55卷 30-38页

作者：李培基李卫朱祥维龚航国防科技大学电子科学学院导航与时空技术工程研究中心中国人民解放军75835部队

时间同步技术广泛应用于工业自动化、精密测量与控制、军队指挥信息化系统等领域。IEEE 1588精密时间协议提供亚微秒级的网络时间同步,能够满足工业领域的高精度测量和控制需求。White Rabbit时间同步技术(WR)是基于同步以太网、IEEE 15... 详细信息

时间同步技术广泛应用于工业自动化、精密测量与控制、军队指挥信息化系统等领域。IEEE 1588精密时间协议提供亚微秒级的网络时间同步,能够满足工业领域的高精度测量和控制需求。White Rabbit时间同步技术(WR)是基于同步以太网、IEEE 1588v2协议和全数字双混频鉴相器技术(DDMTD)的一种分布式时间同步方案,能够提供亚纳秒级的同步精度。SAE as6802协议是一种高精度、可容错、具有开发潜力的时钟同步协议,可为时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTE)提供所需精度的全局同步时钟。回顾了这三种时间同步技术的研究发展状况,并分析了其优缺点,展望了未来网络时间同步技术可能面临的挑战和发展趋势。

关键词：网络时间同步 IEEE 1588 White Rabbit SAE as6802

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时间触发以太网同步技术的研究与实现

时间触发以太网同步技术的研究与实现

作者：郭爱英电子科技大学

学位级别：硕士

近些年，随着安全关键系统、航天航空及工业控制等诸多领域对实时性提出了更高要求，TTE，作为一种功能强大的确定性网络，便应用而生了，它既能完全兼容传统以太网，又能很好满足高速实时的要求，如今在国外的航空航天领域已有初步应... 详细信息

近些年，随着安全关键系统、航天航空及工业控制等诸多领域对实时性提出了更高要求，TTE，作为一种功能强大的确定性网络，便应用而生了，它既能完全兼容传统以太网，又能很好满足高速实时的要求，如今在国外的航空航天领域已有初步应用。然而，TTE强大功能的实现需要高精度的全局同步时钟。开放标准SAEas6802是2011年发布的可容错的时钟同步协议，它使传统以太网具备同步、无冲突、确定性的通信功能，能完全满足航天航空、医疗技术、轨道交通、汽车等领域对高速、实时、容错通信应用的高需求，是普遍认可的具有开发潜力的时钟同步技术。IEEE1588标准是另一种公认的精确时钟同步协议，通过IEEE1588实现时钟同步已经成为如今普遍采用的方法。 FPGA因具有集成度高、稳定性好、设计周期短、开发工具先进、功能强大等性能在产品开发中有极广泛的应用。本文基于FPGA设计了时钟同步模块，它实现了as6802协议中定义的同步算法，支持IEEE1588硬件底层，且根据as6802同步原理实现了时钟频率同步。该模块具备对本地时钟进行相位同步和频率同步双重调节的功能，从而实现了可灵活精细调节的硬件同步时钟。本文所设计的as6802+IEEE1588型时钟同步模块不仅适用于中小规模分布系统的时钟内同步和时钟外同步，而且在节点规模庞大的系统中也可以建立和保持高精度的全局同步时钟，并具有良好的移植性。最后，基于verilog HDL搭建了功能测试平台，使用Modelsim仿真工具对时钟同步模块中的as6802同步机制进行了较全面的功能仿真，使用板级在线调试工具Chipscope对该模块的基本功能、同步建立功能和频偏补偿功能进行了验证。

关键词： TTE as6802 IEEE1588 FPGA 时钟同步

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时间触发以太网关键技术的研究

时间触发以太网关键技术的研究

作者：罗勇电子科技大学

学位级别：硕士

尽管以太网已诞生30多年,但直到现在它都保持强劲的发展势头。当办公和网页应用,设备生产,安全可靠性系统,航空航天工业等行业利用以太网整合会极大地削减成本。另外,以太网提供很高的带宽的前提下维护的成本也比总线系统低很多;但是以... 详细信息

尽管以太网已诞生30多年,但直到现在它都保持强劲的发展势头。当办公和网页应用,设备生产,安全可靠性系统,航空航天工业等行业利用以太网整合会极大地削减成本。另外,以太网提供很高的带宽的前提下维护的成本也比总线系统低很多;但是以太网没有考虑实时性,确定性,和通信可靠性。因此有必要拓展她的功能以满足上述所有需求。在过去的这些年,一直在讨论让以太网满足不断增长的新需求。时间触发以太网具有确定性,可容错性,实时性。因此能够适用于上述所有的需求,此外该网络还保留了具有灵活性的传统以太网帧——“尽力传”。SAE SA6802是一个数据链路层协议,本文中的时间触发以太网由该协议实现。当时间触发以太网采用容错、自稳性同步策略对网络进行时间区间划分使时间触发业务和其它业务隔离开来时,该网络能提供具有确定性,高度同步,不受非同步数据业务干扰的通信。当时间触发以太网中的所有设备都用as6802这个标准来实现的时候,该网络变成了一个确定性网络,能同时提供低时延、低抖动的对时间要求高的业务和对时间要求低的业务。这就意味着,时间触发以太网能够将对时间要求不同的所有业务整合到一个网络。本文第一章中简单介绍了一下TTE在国内外的发展情况以及本文的主要研究点和贡献。第二章对基于as6802的TTE的基本概念进行了介绍,并对as6802的主要函数及其功能进行了说明。第三章对时钟同步模块的设计与实现介绍了,回顾了现有的同步方案,同时提出了通过动态的修正时间触发以太网相邻两个设备直接通信链路延迟来提高固化函数的精度,进而提高整个网络的时钟同步精度的方法。第四章是TTE设备同步机制的设计与实现,设计TTE网络设备CM,SM,SC。第五章是TTE网络的调度,本章介绍了两种调度方法,并对这两种方法做了适当的说明。运用这两种方法能满足多种业务互不干扰的在同一个网络中有效地的传输。第六章仿真与测试,对第二章中提到的函数进行了仿真,对同步结果进行了测试。

关键词：时间触发以太网(TTE) as6802 精确时钟同步调度

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无线网络时钟同步技术的研究与设计

无线网络时钟同步技术的研究与设计

作者：高翔南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着网络通信和计算机技术的飞速发展,无线网络以其高灵活、安装便捷、支持可移动计算和易于扩展等特性,被广泛应用于军事通信、智能家居、环境监测、医疗护理、智能交通等多种领域。作为无线网络研究的关键问题之一,时钟同步是完成电... 详细信息

随着网络通信和计算机技术的飞速发展,无线网络以其高灵活、安装便捷、支持可移动计算和易于扩展等特性,被广泛应用于军事通信、智能家居、环境监测、医疗护理、智能交通等多种领域。作为无线网络研究的关键问题之一,时钟同步是完成电源管理、多址接入、协作感知、同步跳频、数据聚合等多种功能的基础。因此,研究无线网络的时钟同步技术具有重要的理论意义和实用价值。本文在as6802标准框架下,结合无线网络的特点,提出了一种新的无线网络时钟同步技术方案。具体工作内容如下:(1)无线网络时钟同步技术分为时钟跟踪阶段和时钟补偿阶段两部分,其中时钟跟踪阶段又分为监测过程和锁定过程。(2)在时钟跟踪阶段的监测过程中,通过同步消息的传输实现传输时延参数的动态测量和网络节点的实时监测,为后续的锁定过程提供最新的传输时延参数和网络节点个数。(3)在时钟跟踪阶段的锁定过程中,通过同步消息的传输实现本地时钟偏差的计算,为后续的时钟补偿阶段提供时钟补偿参数。锁定过程采用确定性调度表的方式进行数据通信,以此来保证同步消息传输的确定性和可靠性。(4)在时钟补偿阶段,针对本地时钟的频漂具有连续时变性的特点,提出了基于局部加权线性回归的时钟补偿方法,提高了时钟同步的精度;针对基于最小二乘法的线性回归过程易受野值点干扰的问题,提出基于最小截平方和估计的稳健回归时钟补偿方法,提高了时钟同步的稳健性。最后,搭建OPNET与MATLAB联合仿真平台,对本文提出无线网络时钟同步方案进行仿真验证,所得实验结果证明:利用局部加权线性回归的时钟补偿方法,本方案可以达到5?s的同步精度;利用稳健回归的时钟补偿方法,在野值比例不超过50%的情况下,相比于非稳健回归的时钟补偿方法,本方案的时钟同步误差最高降低了67%,有效地提高了时钟补偿过程抗野值干扰的能力。综上,本文提出的时钟同步方案满足无线网络时钟同步的需求,具有一定的应用价值。

关键词：无线网络时钟同步 as6802 时钟补偿线性回归局部加权稳健回归

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时间触发以太网关键技术研究与设计

时间触发以太网关键技术研究与设计

作者：王家兴浙江大学

学位级别：硕士

时间触发以太网是与标准以太网相兼容的时间确定性网络,在工业控制方面有它独特的优势,高实时性、高可靠性、高容错性等特点让时间触发以太网成为工业实时控制领域研究的热点,引起国内外众多专家学者的关注与研究。目前,国内的时间触发... 详细信息

时间触发以太网是与标准以太网相兼容的时间确定性网络,在工业控制方面有它独特的优势,高实时性、高可靠性、高容错性等特点让时间触发以太网成为工业实时控制领域研究的热点,引起国内外众多专家学者的关注与研究。目前,国内的时间触发以太网技术与国外存在着巨大的差距。本文对时间触发以太网的关键性技术做了深入的研究。关键技术包括调度表的求解问题、BE消息在时间触发以太网中的传输延迟、as6802时间同步协议等。本文主要贡献如下:1)深入研究了调度表的求解问题,将调度表求解过程中的约束条件转化为数学模型,提出了基于粒子群算法的调度表问题求解方法,并对粒子群算法的收敛过程进行优化,加快收敛速度,避免陷入局部最优问题。2)初步研究了 BE（best-effort）消息在时间触发以太网中的传输延迟,为降低BE消息在TT（time-triggered）消息任务排布密集情况下的传输延迟,提出了“back to back”的调度表生成策略,并通过OMNeT++与传统的“schedule porosity”方法相比较,对比两种调度策略对BE消息传输延迟的影响。3)深入研究了 SAE as6802时间同步协议,详细介绍了时间同步流程中各个节点的工作和算法,并基于FPGA实现,为时间触发以太网节点的实现打下基础。4)提出时间触发以太网节点MAC层设计框架,基于FPGA实现并通过网线与电脑端成功进行了数据传输,为进一步开发成熟的时间触发以太网节点打下基础。

关键词：时间触发以太网静态调度表端到端传输延迟 as6802 时钟同步 MAC层设计

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TTE实时监控系统的设计与实现

TTE实时监控系统的设计与实现

作者：朱振轩西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来随着科技的发展,国防、航空航天、工业控制、交通运输等不同应用领域对实时可靠的网络传输提出了越来越高的要求。然而传统的以太网只提供“尽力而为”的传输特性,无法满足高实时性和高可靠性的需求。这给网络研究人员带来了新的... 详细信息

近年来随着科技的发展,国防、航空航天、工业控制、交通运输等不同应用领域对实时可靠的网络传输提出了越来越高的要求。然而传统的以太网只提供“尽力而为”的传输特性,无法满足高实时性和高可靠性的需求。这给网络研究人员带来了新的挑战,也成为了学术界和工业界研究的热点问题,新的方案不断涌现。其中,既能兼容传统以太网又具有实时传输能力的时间触发以太网(Time Triggered Ethernet,TTE)从众多方案中脱颖而出,并在航空航天领域引起高度关注,学术界相关研究人员纷纷展开前期技术论证工作。TTE实现带宽、时延的确定性的前提是需要高精度的时间同步技术。主流以太网时间同步技术主要有NTP、IEEE1588以及as6802等三种时间同步协议,其中NTP的同步精度不能满足需求,不予考虑。本实验室采用IEEE1588和as6802同步协议实现了网络的高精度同步。为了监控和演示我们自主设计开发的TTE交换机和端系统,我们开发了一款软硬件协同工作的实时监控系统,并在PC上开发了一个图形界面软件,通过专有协议,对基于FPGA平台实现的TTE交换机的时钟同步功能、业务转发功能进行实时状态监控,便于硬件调试人员观察系统的工作状态。本文结合实验室TTE相关科研项目,介绍了相关的研究背景和意义,结合项目提出的需求,重点研究TTE监控系统的整体设计与具体实现。首先,对项目需求进行详细分析,从软硬件通信的工作流程、专有通信协议的设计以及软件的设计架构等方面进行详尽描述;其次,对同步状态监控软件的底层通信模块、数据到模型的映射、数据的展示模块以及其他功能模块,提出详细的设计方案并进行具体实现;最后通过软硬件联调对TTE监控系统进行功能测试和性能测试,证明监控系统的方案设计合理,工作稳定,结果符合预期,达到设计目标。目前该TTE监控系统已经应用于实验室TTE项目的调试与演示,能够实时监控IEEE1588或as6802的同步工作状态,同时还能实时监控各种TT业务和ET业务的状态,监控界面信息量大,系统内部各种工作状态一目了然,为硬件设计人员提供了详细的系统内部状态参数,便于后期验证。同时,文章撰写期间并未查阅到有关公司或者研究院所提供了整套TTE实时监控系统的产品,所以本文的研究内容有一定的开创性。

关键词： TTE IEEE1588 as6802 时间同步实时监控