TSN网络中时间同步精度提升与可靠性研究

发布时间：2023-04-28 14:28

　　时间敏感网络(TSN)是IEEE提出的具有实时性和确定性的以太网新技术。随着应用的不断推广和性能要求的不断提高,TSN网络对时钟同步精度的要求也在不断提高。只有网络节点之间同步精度越高,TSN网络中基于时间门控的调度协议执行的准确度才会越高,TSN网络的整体性能才会越好。为了进一步提高TSN网络节点之间的时钟对时精度,进而满足TSN网络中时间门控精度的要求,本文着重研究了IEEE 802.1AS协议,并在实验室开发的原型TSN网络系统的基础上,从降低CPU运行负载以提高同步系统同步稳定性和降低报文传输时延以提高时间同步精度这两个关键点入手,对同步系统架构进行重整,在软件和硬件两方面都提出了改进措施,从而可以在原平台的软硬件架构基础上实现了系统同步性能提升。主要内容分为如下两方面:(1)通过嵌入式协处理器分担主控CPU计算负载,提高同步系统计算相应能力。TSN网络的控制层面不仅仅运行着802.1AS协议进程(改进的gPTP),还有MRP、MVRP和MSRP等协议进程、设备功能配置和性能监测程序、以及802.1Qbv协议的配置和控制界面程序等。当这些程序同时运行时,CPU承受的负载较重。由...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 时钟技术发展历程
        1.2.2 同步技术发展现状
    1.3 论文主要研究工作及结构安排
第二章 TSN同步系统原理基础
    2.1 802.1 AS协议特点
        2.1.1 g PTP介绍
        2.1.2 g PTP工作过程
        2.1.3 最佳主时钟算法BMCA
    2.2 影响时间同步精度与可靠性的关键因素分析
        2.2.1 节点的本地时钟质量
        2.2.2 CPU任务调度
        2.2.3 报文传输时延
        2.2.4 时戳质量
    2.3 同步系统工作平台分析
        2.3.1 Xilkernel的主要特征
        2.3.2 Xilkernel的进程调度
        2.3.3 Xilkernel中的POSIX接口
    2.4 本章小结
第三章 TSN时间同步系统的设计与改良
    3.1 TSN时间同步系统框架
        3.1.1 TSN开发板
        3.1.2 PCIE架构
        3.1.3 MDIO接口应用
        3.1.4 PHY芯片和锁相环芯片
    3.2 基于MicroBlaze的同步系统的设计与分析
        3.2.1 时钟同步精度误差与可靠性分析
        3.2.2 基于MicroBlaze的改进系统设计
    3.3 TSN系统中数据包传输时延的优化设计
        3.3.1 TSN原型系统时延分析
        3.3.2 系统中对LwIP的应用
        3.3.3 RAW API应用和报文时延优化
    3.4 本章小结
第四章 TSN系统同步结果测试与分析
    4.1 实验场景介绍
    4.2 基于MicroBlaze的同步系统结果对比
    4.3 报文传输时延优化后的同步效果对比
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
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本文编号：3803971