【摘 要】
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随着确定性网络技术的进步与发展,其应用场景不再局限于固网系统,向着动态协同工作领域不断延伸。例如在卫星节点之间搭建分布式协作系统,利用确定性网络在高速星间链路上传输实时性信息。由于卫星之间位置不断变化并且易受到外界因素的干扰,传统确定性网络技术标准TSN(Time Sensitive Networking,TSN)并不适用于新的链路场景。因此,本文以TSN关键调度技术为背景,结合实际卫星链路特性,
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随着确定性网络技术的进步与发展,其应用场景不再局限于固网系统,向着动态协同工作领域不断延伸。例如在卫星节点之间搭建分布式协作系统,利用确定性网络在高速星间链路上传输实时性信息。由于卫星之间位置不断变化并且易受到外界因素的干扰,传统确定性网络技术标准TSN(Time Sensitive Networking,TSN)并不适用于新的链路场景。因此,本文以TSN关键调度技术为背景,结合实际卫星链路特性,设计动平台下的TSN调度系统,研究并实现适用于卫星链路的动态调度算法。本文首先对TSN网络中的关键技术进行简要介绍,其中着重分析了Qav协议中的CBS(Credit Based Shaper)算法与Qbv协议中的门控调度算法,同时结合不同卫星轨道类型与时延损耗确定研究动平台下TSN技术的可行性。在此基础之上,本文搭建TSN动平台原型系统,并对其中交换、Priority帧分类、流量调度等模块进行详细设计说明。之后根据卫星动态网络特点建立动平台模型,依据FPGA(FieldProgrammable Gate Array)占用资源的不同分别设计两种方案,用以模拟卫星发送数据,包括数据源产生、延时控制等功能模块。另外,本文通过软件仿真与电路测试表明该模型符合预期设计。本文重点研究了在卫星动态链路下CBS算法与门控调度算法的实现方案。基于传统CBS算法模型,引入动态变化场景,定性分析CBS在动态带宽下的时延变化。结合所建立的CBS网络模型,进一步得出带宽占比对于不同等级链路起着决定性作用的结论。接着根据动态CBS理论设计带宽调整方案,改进CBS算法,并提出切换保护机制,用以避免数据在切换过程中出现丢失。关于门控调度下的确定性时延,本文提出两种解决措施,利用保护带宽(Guard Band)吸收随机抖动时延和控制门控起始时间缓冲链路距离变化时延,同时结合门控周期联合确定推迟时间。最后,对两种动态算法分别进行实验测试,结果表明,本文提出的动态方案不仅能够适用于卫星网络的确定性调度,而且能够根据不同数据帧的时延要求灵活分配带宽,建立一种新的确定性流量,充分发挥了确定性以太网技术的优势,达到设计之初的预期结果。
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