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矿用融合网关设计及关键技术研究

矿用融合网关设计及关键技术研究

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作者：王宽中国矿业大学

学位级别：硕士

随着传感器技术、通信技术以及计算机技术的迅速发展,我国煤矿生产朝着信息化、自动化与智能化的方向迈进。为实现煤矿井下信息的实时共享和综合利用,煤矿安全监控系统也在不断的融合升级。针对井下设备接口协议多样、异构网络无法融合... 详细信息

随着传感器技术、通信技术以及计算机技术的迅速发展,我国煤矿生产朝着信息化、自动化与智能化的方向迈进。为实现煤矿井下信息的实时共享和综合利用,煤矿安全监控系统也在不断的融合升级。针对井下设备接口协议多样、异构网络无法融合、数据传输可靠性差等问题,本文对多种矿用接入协议和工业以太网协议进行分析,研究协议转换原理,设计了一款矿用异构网络融合网关,同时基于该网关研究多任务调度机制和队列管理机制,以期提高信息传输的实时性和可靠性。本文的主要研究内容如下:(1)针对煤矿井下常用的RS485、CAN等总线接入协议和ZigBee、6LoWPAN、WiFi等无线接入协议,本文设计了一款矿用融合网关,接着分别从硬件电路与软件系统两方面设计了网关的主控模块和路由模块,从而屏蔽底层接入设备的异构性,实现多协议设备的透明接入及共网可靠传输。(2)基于主控模块uCOS-III实时操作系统研究网关的多任务调度机制,针对不同优先级任务设计了抢占式调度算法,针对相同优先级任务设计了改进的时间片轮转调度算法。实验表明,网关多任务调度机制的实现增强了网关处信息的实时交互能力,提高了系统响应性能。(3)基于网关路由模块研究主动队列管理算法,通过对RED(Random Early Detection,随机早期检测)算法及改进算法的分析研究设计了应用于分类业务的cwared(Classfication Weigthed Adaptive RED,分类加权自适应随机早期检测)算法,该算法采用分类加权的方式调整平均队列长度,同时改善了分组数据包的丢弃方式。实验表明,改进的cwared算法降低了网络在带宽受限情况下的拥塞程度,增强了数据在边缘链路传输的稳定性和可靠性。(4)基于网关软硬件设计及关键技术的研究设计系统测试实验,首先通过实验验证网关原理样机多协议转换功能和信息交互功能,接着测试网关稳定运行过程中时延和丢包状况,最后设计实验测试不同协议转换任务的实时交互响应性能。结果表明,设计的矿用融合网关可以实现多协议转换的功能,且具有较好的响应实时性和和传输可靠性。

关键词：异构协议融合网关任务调度 uCOS-Ⅲ系统主动队列管理 cwared算法

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大型工业实时通信网关融合设计研究

大型工业实时通信网关融合设计研究

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作者：刘伟西安电子科技大学

学位级别：硕士

本文主要探索大型工业实时通信网关融合,由ARED与TsRR算法优化,优先级不一样的任务就绪表与调度等诸多方面展开设计,同时对结果展开仿真检测。实验结果表明:(1)针对大量优先级任务工作系统响应时间的相关结果,展开研究与对比能够得知,... 详细信息

本文主要探索大型工业实时通信网关融合,由ARED与TsRR算法优化,优先级不一样的任务就绪表与调度等诸多方面展开设计,同时对结果展开仿真检测。实验结果表明:(1)针对大量优先级任务工作系统响应时间的相关结果,展开研究与对比能够得知,相较于u COS-II系统而言,在多任务调度切换过程中,u COS-III需要的相应时间更少,同时伴随任务量的增多,在响应时间方面的差别更加显著。再则最大相应时间则是在任务切换当中,延时最多的任务调度切换,通过图能够得知优化后的u COS-III具有的平均响应时间,几乎等同于最大响应时间,意味着该系统具备更为平稳的即时响应性能。从而可知在网关主控模块当中配备该系统,展开任务调度以及管控,将促使信号具备更高的即时响应水平。(2)就优先级相同的多就绪任务量,所运用的CPU运用率能够得知,针对处置分时系统量一样的任务,优化后的TsRR算法所耗损的CPU更少,也就是系统余留的内存比较多,算法具备更佳的处置性能,如此对优化后的算法展开检验,能够促使CPU具备更高的效率,并且任务调度更为及时。(3)对两类算法展开比较,在仿真时间产生的时延改变趋向能够得知,cwared具有85ms左右的平均时延,而RIO-C算法则为90ms左右,意味着前者在优化以后,相较于后者具备更好的网络拥塞管控能力。(4)在分类业务诸多参数确定加权w时,平均队列长度具备较小的波幅,所以确保更为优质的数据包丢弃方案,促使全局同步的几率明显减小,能够更好地适应链路拥塞,信息传递也更为平稳。

关键词：网关融合优先级 cwared算法 TsRR调度算法

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