NOP协议容错机制的设计与实现

发布时间：2017-06-10 02:08

  本文关键词：NOP协议容错机制的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：NOP协议是针对小型安全关键实时系统开发的通信协议。该协议在深入分析现有通信协议的优缺点后,以功能安全理念为指导来设计与实现。NOP协议的主要特点是： (1)预先定义节点发送顺序,并在所有节点上达成共识,通信活动完全由事件本身触发。 (2)同时具备时间触发协议的可预测性和事件触发协议的灵活性特点。 (3)具有较高的网络利用率。 (4)协议的整个开发生命周期始终贯穿着功能安全理念。 本文在NOP协议的基础上进行改进,增加TMR+1容错机制,实现具有强容错的通信协议NOP V2.0。论文主要工作包括容错机制的设计、形式化验证及实现。在NOP V2.0设计和实现的整个生命周期中,始终贯穿了安全关键的理念,其以IEC61508安全标准作为指导,采用半形式化方法FMEA静态的、系统的分析容错协议的失效模式,并采用形式化验证工具SPIN动态的模拟了协议的运行状态,并对状态空间进行穷尽搜索,以检查协议是否发生了违反预期行为的情况。在形式化验证过程中,采用了状态约简技术,这种方法有效的减少了系统的状态空间规模,使得验证过程在较少的资源占用情况下达到预期的验证目标。验证结果表明NOP的容错、检错和故障诊断设计符合预期行为特性。在实现与测试阶段,本文采用wireshark网络封包分析软件对协议的通信活动进行了分析,结果说明协议的通信活动满足设计所要求的故障覆盖率要求。
【关键词】：安全关键系统 事件触发协议 容错协议 形式化验证 SPIN
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP302.8
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 研究背景7-11
• 1.1.1 安全关键系统7-8
• 1.1.2 安全关键通信网络的发展现状8-10
• 1.1.3 安全关键实时通信协议NOP10-11
• 1.2 研究内容及意义11
• 1.3 论文结构11-13
• 第二章 容错技术综述13-18
• 2.1 可靠性与安全性13
• 2.2 失效、差错与故障13-15
• 2.3 容错技术15-18
• 第三章 容错协议的设计18-33
• 3.1 NOP V2.0系统模型18-19
• 3.2 NOP V2.0的基本语义19-24
• 3.2.1 故障假设19-20
• 3.2.2 协议的初始化20-22
• 3.2.3 协议的通信过程22-24
• 3.3 NOP V2.0容错机制24-26
• 3.3.1 TMR+1容错机制24-26
• 3.4 NOP V2.0故障检测与诊断26-33
• 3.4.1 帧格式26-27
• 3.4.2 容错协议的出错检测机制27-29
• 3.4.3 故障诊断机制29-33
• 第四章 容错协议的形式化验证33-51
• 4.1 FMEA33-36
• 4.1.1 发送节点的FMEA分析34-35
• 4.1.2 TMR+1容错机制的FMEA分析35-36
• 4.2 形式化方法36-39
• 4.2.1 模型检测工具SPIN37-38
• 4.2.2 建模语言PROMELA38
• 4.2.3 LTL38-39
• 4.3 NOP的形式化验证39-51
• 4.3.1 NOP建模39-46
• 4.3.2 性质规约46-48
• 4.3.3 模型验证48-51
• 第五章 容错协议的实现与测试51-56
• 5.1 容错协议的实现51-52
• 5.2 测试结果52-56
• 第六章 结论与展望56-58
• 参考文献58-60
• 在学期间的研究成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李婵娟;周庆国;崔向丽;;采用NOP协议实现三模冗余系统的形式化验证[J];计算机工程与应用;2011年27期

2 王智,王天然,Ye-qiong SONG,孙优贤;工业实时通讯网络(现场总线)的基础理论研究与现状(上)[J];信息与控制;2002年02期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李婵娟;安全关键实时通信协议研究[D];兰州大学;2011年

2 李磊;分布式系统中容错机制性能优化技术研究[D];国防科学技术大学;2007年

  本文关键词：NOP协议容错机制的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：437173