面向时间触发网络的车载控制系统调度优化方法与轻量级消息认证协议研究

发布时间：2017-12-20 01:07

本文关键词：面向时间触发网络的车载控制系统调度优化方法与轻量级消息认证协议研究　出处：《吉林大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：汽车智能化和网联化进程的快速发展在促进安全、节能、舒适和高效行驶的同时,也为车载控制系统的设计带来新的挑战。一方面系统智能化程度的提高使其内部应用的数量和复杂度,单个节点上被分配的任务数量以及通信网络上的信号数量都随之急剧增加。为了同时满足系统内多个并发实时控制应用的时间约束和网络通信协议的约束,一个优化的系统级调度成为了系统功能正常运行的必要保证。另一方面,系统网联化的发展使其被攻击的可能性随之增大,信息安全已经成为系统设计面临的一个紧迫问题。为此,本文针对面向时间触发网络的车载控制系统从调度优化和轻量级消息认证两个方面开展了研究工作。首先,本文分别研究了基于Flex Ray总线和TTEthernet两种主要时间触发网络的车载控制系统的调度优化问题,包括信号到消息帧的封装以及信号和任务的协同调度。为了解决上述问题,本文提出了对应的基于整数线性规划(Mixed-Integer Linear Programming,MILP)的调度优化方法。提出的方法以应用的时间性能和网络的可扩展性为优化目标。本文通过一个现实汽车线控子系统及多个合成测试案例的实验结果,证明了该方法在各种不同情况下的有效性和高效性。随后,本文为面向时间触发网络的车载控制系统提出了一个轻量级消息认证协议,并同时提出了该协议在系统上的优化执行方法。提出的协议建立在多层分级单向密钥链延迟揭露的理念基础上,能够在安全性、实时性和资源约束之间提供一个恰当的权衡。大量的性能评估结果证明了该协议的可行性、轻量性和可扩展性。最后,本文分别研究了基于Flex Ray和基于TTEthernet的车载系统控制应用和消息认证应用的协同调度优化问题,以提高支持消息认证机制的车载系统的服务质量。本文提出了相应的基于MILP的方法来解决该协同调度优化问题。提出的方法仍然以应用的时间性能和网络的可扩展性为优化目标。实验结果证明了该方法的有效性和高效性,同时再次证明了提出的认证协议的可行性和轻量性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U463.6;TP273

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