TTEthernet传播软件定义分布式机器人智能控制系统

文摘

与集成新技术,如智能工业物联网技术和云计算,工业物联网应用程序的复杂性增加。实时性能和决定论越来越严峻挑战这些物联网系统的系统实现,尤其是在重要的安全地区。本文提供了一个框架的软件定义总线智能机器人系统和设计的调度算法,使TTEthernet扮演的调度框架。通过框架,非实时和不确定性分布式机器人系统可以解决的问题。此外,一个片段策略提出了解决大的问题造成的延迟Rate-Constrained流量。实验结果表明,改进后的方案基于分裂策略提出了可以提高RC交通的实时性能在一定程度上。此外,本文进行了性能测试和比较实验改进方案的仿真软件验证改进方案的可行性。结果表明,Rate-Constrained交通的延误减少,提高网络的利用率。

1。介绍

工业物联网(物联网)集成异构网络,如互联网,无线传感器网络‎(1),在传统工业网络和现场总线网络。与集成新技术,如智能工业物联网技术和云计算,工业物联网应用程序的复杂性增加。系统的性能要求也不断增加‎(2]。特别是在重要的安全领域,实时性能和决定论是非常重要的3- - - - - -5]。在“实时”方面,实时性能意味着控制指令可以达到控制执行节点在指定的时间延迟。“决心”,决定论指的变化程度的数据包传输的延迟的控制系统,即抖动的数据包‎6]。

分布式智能机器人系统作为一个例子。系统的设计变得复杂,因为需要分布式部署和网络集成。此外,功能需求不断增加,传感器和执行器总是从不同的制造商‎(7]。开放架构也需要在实现现代机器人系统模块化、灵活性、可重用性和重构性。此外,因为应用程序的基于组件的开发方法和软件实现总线的开放式架构,实时性能和决定论越来越严峻挑战这些物联网系统的系统实现‎(8- - - - - -11]。

许多研究人员进行了许多有意义的研究在物联网实时性能。奥利弗et al。‎12]研究了增量调度问题的计算复杂度和性能指标。Jielin et al。‎13)提出了一种多目标nondominated排序遗传算法基于映射矩阵。Fuchs‎(14)等人使用一个混合的物理层和新的实时以太网标准没有恶化的实时时间。Danielis et al。‎15)总结了不同的工业以太网协议的实时数据传输。Wollschlaeger et al。‎16)调查时间敏感的以太网的工作条件。Sestito et al。‎17)优化数据提取和分类的交通特性进行实时以太网异常检测。Carvajal et al。‎18)探讨了三种不同的实时通信解决方案的取舍。Fuchs et al。‎19)提出了一个测试和在线监测方法访问延迟,路径延迟,和同步质量。

软件定义网络(SDN)是一个创新的架构Emulex网络‎(20.]。这是一个网络虚拟化的实现。其核心技术,OpenFlow,达到控制和数据流的分离。SDN允许灵活控制网络流量,提高网络的智能管道。SDN是物联网‎(一个有影响力的技术21]。蜀et al。‎22,23]对策描述技术,可用于预防、减轻或恢复这些攻击。

增加的节点数量增加了延时和抖动的传输数据。机器人系统包括总线节点的节点,节点,和各种设备节点。具体节点包括深度照相机,手势识别设备(24),和录音设备。特别是multirobot控制,它不满足系统的实时性能要求的任务调度。因此,寻找一个合适的实时网络,以确保数据传输的“硬”的实时性能尤为重要‎(25- - - - - -27]。

传统的机器人控制系统中使用的通信控制总线,如RS485和巴士,可以有缺点像传播率低、传输距离短,可怜的实时性能‎(28]。这些缺点在分布式系统性能瓶颈。实时以太网克服低速,传输距离短的问题,传统的控制总线。此外,它具有一定的实时性和可靠性。它已经迅速成为一个重要的控制总线安全性至关重要的领域‎(29日,30.]。

TTEthernet, TTech公司领导的新的实时以太网技术已经成为近年来越来越流行‎(31日]。TTEthernet是一种标准协议,兼容传统以太网和定义了三种类型的数据流:time-triggered (TT), Rate-Constrained (RC)和最优(是)以太网‎(32]。通过一个全局时钟同步算法,一定精度的同步时钟。因此,TT流量在一定程度上达到实时性和确定性。TTEthernet是基于以太网的交换技术,它可以扩展到任何拓扑和具有较高的可扩展性和灵活性‎(33,34]。此外,TTEthernet提供冗余通道和容错机制,使它能够提供关键安全领域‎(35]。

Tămaş-Selicean et al。‎36优化包装的消息,帧分配给虚拟链接,虚拟连接的路由,time-triggered静态调度框架以便所有帧可调度和端到端延迟的RC消息是最小化。Aristova et al。‎37]讨论了以太网的进化历史和数据包组装在OSI模型中,分析的局限性阻碍以太网应用在工业自动化,并描述了创新的解决方案,比如对以太网和嵌入式以太网交换机。Selvatici et al。‎38)表示,有一个长期过渡网络。他们提供了一个必要元素共存的网络,可以透明地从网络通信到另一个网络。杨et al。‎(39)提出了一个通用工业控制系统安全模型的实时以太网的干扰。增加了安全模块可以有效地防止黑客恶意攻击,确保实时以太网的安全性。Tamas-Selicean et al。‎40)提出了一种优化算法离线静态调度TT消息。结果是,TT的最后期限和RC消息变得更加合理,和RC交通的端到端延迟最小化。

采用面向服务的软件定义体系结构提供松散耦合的好处和系统的灵活性,但同时整个系统不是实时‎(41]。减少成本,本文提出了time-triggered以太网系统的传输协议,使系统实时性和确定性。Time-triggered以太网克服了低利率的问题,传输距离短,和其他传统的控制总线的问题。三种交通的以太网实时满足不同需求的应用程序。TT交通应用程序部署可用于实时控制任务要求高,流量可以用于一般非实时应用程序,和RC交通适合应用程序特定的QoS需求但不需求实时性能。

本文为总线软件定义智能机器人系统提供了一个架构和设计的调度算法,使TTEthernet扮演的调度体系结构。通过框架,非实时和不确定性分布式机器人系统可以解决的问题。此外,一个片段策略提出了解决这一问题,速度限制流量,因此有很大的延迟。

其余部分如下:部分2TTEthernet-based分布式机器人控制系统框架。部分3细节的建设基于TTEthernet分布式机器人控制系统模型。部分4系统的介绍了调度技术。部分5实验的细节。部分6给出了本文的结论。

2。框架

图1显示软件定义的层级架构TTEthernet-based分布式机器人控制系统,它直观地介绍了TTEthernet在整个系统中的应用框架。有三层框架,包括服务层、总线层,和公共汽车管理层。服务层是一个集成的应用程序模块。作为一个软件定义架构,数据和控制系统中分离。协同控制服务协调各种传感器和提供数据的服务机器人。有三种数据服务在这一层,包括数据采集服务,数据传输服务和数据处理服务。数据服务可以收集和计算所需的信息系统,可以节省计算资源和硬件成本相应降低。因此,软件定义数据处理可能会提供一个更灵活的框架。总线层包括软总线和硬总线。TTEthernet因为它时间表总线资源是很重要的。 Bus management layer includes message processing module, real-time scheduling module, bus management module, and data storage module.

为了防止热点访问造成过度的单总线节点上的负载,‎(42)提出了一个基于多总线的分布式机器人控制系统节点和使用负载平衡算法来解决超载的问题。由于面向服务的原控制系统的性能,其松散耦合特性使系统扩展到多节点分布式系统的优势。早期建造服务可以访问到多总线节点控制系统没有任何变化。

与各种传感器的广泛使用在人机交互场景,人与机器人互动的方式越来越丰富,比如语音交互,手势交互和力反馈交互。一个场景是建立基于混合传感器来控制多个机器人。在可预见的未来,它甚至可以实现。因此,越来越多的重要研究分布式机器人控制系统。

虽然引入多个节点(包括总线节点、机器人节点和传感器节点)扩大了整个系统的功能和应用范围,系统中多个节点的引入将导致退化问题的消息传递的实时性能。因为原系统采用TCP / udp传输协议,消息传输系统采用存储转发机制的开关。高实时控制过程中,消息的转发是切换可能发生由于排队时间长。的到来的时间滞后的控制命令控制单元和这种类型的缺点是致命的安全性至关重要的领域的应用程序。

因此,拟议的结构强调了主角的消息在整个系统。

改进的服务层的一个重要特性是,服务可以相互结合)建立新的流程。服务组合可以解决开发效率低的问题,重复率高。开发人员不重复编码;他们只需要把现有的服务模块。通过这个控制系统,机器人应用程序和新老的应用程序可以无缝地在这个平台上相互影响。软件在不同时期开发的这个平台。

表1描述了服务描述文档的结构。<类型>定义服务将使用的数据类型,而与XML Schema数据类型的定义。在这一过程中,XML是平台独立的。<消息>定义一个操作的数据元素;每个消息可以由一个或多个组件。消息中的组件可以被视为正式的参数要求写一个函数的过程。< >绑定定义了协议和格式用于提供服务的细节。< portType >描述服务可以执行的操作,以及涉及的参数和消息的详细信息。< QoS >描述服务的服务质量。

总线层封装服务层提供了不同的信息。两层的映射。应用程序服务发送特定消息总线根据他们自己的需要。谷歌协议缓冲区是一个协议定义为谷歌的内部消息。因为消息是平台独立的和基于二进制,需要高性能的它是理想的平台。根据公布的测试结果,谷歌协议缓冲区3 - 10倍小于传统的XML序列化消息,20 - 100倍更好的性能比XML序列化和反序列化。这些性能改进与可读性的成本实现XML格式。然而,对于该系统,值得牺牲一些可读性更好的性能。

每条消息由三部分构成:标题的长度,头部的身体,身体的消息。头的长度是4字节无符号整数的数字表示,这是阅读时小端存储获取的。头的身体表示消息包提供的描述属性。头,除了关键字“类型”和“msgLength”,其余的关键词并不是必要的。相关字段根据消息的作用。根据服务注册过程,首先,服务将消息发送到总线的类型是SERVICE_REGIESTER,然后巴士返回消息类型SERVICE_RESULT注册服务的结果。

总线层需要维护软件总线之间的通信和TTEthernet和定期TTEthernet和总线之间的通信。最后,服务层可以大大减少上层应用程序的开发的复杂性,使服务提供者能够专注于编写特定于服务的函数代码和极大地提高生产效率。

由于原型系统的总线管理层需要频繁调用数据存储模块、总线管理层和数据存储模块的原型系统应综合考虑系统整体效率的提高。因为每个总线独立假设中的所有函数的分布式总线控制系统架构,每个总线节点有一个相应的数据存储模块。数据冗余提高,也提高了数据的安全。原型系统的总线控制层需要频繁调用的数据存储层服务的注册信息,消息的路由信息和管理信息的公共汽车。所以考虑整个系统的效率和集成总线控制层和数据存储层的原型系统。和,因为分布式总线控制系统结构,每个总线独立假定所有的功能,每个总线节点有一个相应的数据存储模块相当于数据冗余备份,也提高了数据安全性。

3所示。模型建立

3.1。模型互补

图2的原理图TTEthernet终端节点仿真模型。从图可以看出,终端节点仿真模型主要包括四部分:交通应用程序部分,发送,接收部分,调度和时间同步的部分。

图3显示了调度器的关系,发送器和接收器。调度和时间同步的部分是由调度触发模块和时间同步模块。系统主要取决于调度程序调度触发模块。在调度程序部分,调度程序主要包括三个模块:计时器,振荡器和时期。调度器的定时器模块是核心模块。定时维护一个事件队列,用于触发其他事件相关的终端节点时间模块(如TTApp)。事件触发终端节点需要注册在计时器,像TT发送队列,接收队列,等等。振荡器是一个本地时钟模块,它提供了一个定时器的时间基准。期提供了定时器的时间数量。如果下一时期到达(TT),它将消息发送到定时器更新周期。 The timer will update the parameter according to this message and handle it accordingly (for example, discard the events of the previous period and issue a false warning).

时间同步模块由一个同步模块。同步时钟同步信号从主节点转发给计时器和远期的时钟同步信号同步主节点同步期间。

计时器的处理如下:

在定时器模块初始化事件列表,振荡器模块、时间模块,得到全局时钟信号。

周期性监测触发消息;如果收到触发消息,去一步c。否则,继续监控。

开始搜索事件列表和发送事件触发消息触发时间短于或等于当前时间到相应的模块接收单位。如果触发时间小于当前时间,输出报警信号。否则,去继续监控。

以TT消息为例;接收机部分,控制局面模块用于接收数据,主要功能是完成不同的数据信息的转移。在数据链路层的物理接收层。图中可以看出;控制局面将接收到的TT数据发送给接收者处理TT数据。

接收方有两个模块,TTIncoming TTBuffer。TTIncoming的主要功能是确保TT消息中指定的时间范围内可以收到系统安排。如果超过了时间范围,需要丢弃消息并返回报警。否则,TTIncoming发送一个事件调度器。TT的事件消息转发到TTBuffer基于系统中指定时间的安排。调度程序触发TTIncoming TTBuffer队列发送消息基于登记事件的时间。TTBuffer周期性寄存器发送事件调度器根据初始化配置周期。最后,当TTBuffer发送事件被触发时,调度器触发TTBuffer从队列中发送TT消息应用程序层。

接收机的处理如下:

初始化TTIncoming和TTBuffer,然后TTBuffer寄存器发送触发事件根据系统时间调度器。

TTIncoming监视器接收端口,如果收到的消息是在允许的时间范围内,发送一个触发事件调度器注册和c。否则,丢弃消息和警报,然后继续监控端口。

调度程序发送一个触发器消息TTIncoming;TTIncoming将接收到的消息转发到TTBuffer而去 。

TTIncoming TTBuffer把消息转发的消息队列。如果TTBuffer接收发送的触发器消息调度器,它弹出消息队列中的第一个节点,并将其转发给相应的应用程序根据配置文件参数。如果没有收到触发消息,然后等待下一个调度程序触发消息到达。

在发送一部分,TTIncoming的功能和TTBuffer接收器中描述的相同。牛头刨床模块在链路层处理不同的数据流模块。牛头刨床的主要功能模块集成三个数据流和数据转发到物理链路不会引起冲突根据数据流的优先级。

发送模块的处理如下:

初始化TTIncoming TTBuffer, TTBuffer寄存器发送触发事件根据系统时间调度器。

TTIncoming监视端口收到应用程序层和寄存器发送事件调度器如果收到的消息是在允许的时间范围内而去 。否则,丢弃消息和报警,并继续监测端口。

调度程序发送一个触发器消息TTIncoming, TTIncoming将接收到的消息转发到TTBuffer而去 。

TTBuffer把消息转发TTIncoming到消息队列。如果从调度器TTBuffer接收到触发消息,那么它会在消息队列的消息,并将其转发给牛头刨床模块在链路层和去 。如果没有收到触发消息,然后等待下一个调度程序触发消息到达。

根据优先级队列中,塑造者模块将队列中的消息转发到物理端口从高优先级低优先级,直到消息队列是空的。

如图4,RC交通应用程序需要定期安排调度程序注册到系统因为RC交通需要定期发送RC交通数据根据RC参数(发送间隔时间)。

RC交通应用程序的处理如下:

初始化应用程序基于系统网络配置,设置RC交通率和发送数据包的最大尺寸,并注册最初的触发事件调度器。

这个消息的到来。如果事件是scheduler-triggered,去 。否则,去 。

丢弃的消息,去b,等待下一个消息到达。

根据配置参数生成合格的数据包。

确定当前发送条件符合条件的碎片。如果条件满足,去 。否则,去 。

片段消息发送根据分裂的政策。

RCIncoming的发送缓冲区中的所有消息发送模块。

根据速度的参数限制,注册一个新的触发器消息调度器,返回 ,,等待下一个消息到达。

3.2。性能指标

网络性能指标的实验如下:

时间延迟:时间从数据发送节点的数据接收节点。本文中使用的实验时间延迟的单向传输延迟发送节点到接收节点。如图5数据包的端到端延时1:延迟₁₂= t₂- t₁。包2是延迟的延迟₂₁= t₃- t₂。

网络抖动:这是最大的包和传输延迟差异最小的包在一个测量时间间隔。影响抖动的因素通常与网络拥塞。在仿真实验中,T为零,越接近越小网络抖动和更稳定的整体网络操作。Tjitter计算如下:Tjitter=Tdelay- - - - - -TlastDelay,在那里Tdelay是当前数据流传输延迟,TlastDelay是最后一个数据流传输延迟。

网络信道利用率:它包含的总时间的比例通道发送给整个通道。它可以通过OMNeT + + API。

网络丢包:数据单位的损失,无法接收节点在传输过程中。它是由物理链路的物理性质或但,网络驱动下的缺陷。

4所示。调度技术

由于大型RC数据包,传输不能完成下个TT数据包到来之前。及时阻止算法和RC数据包将触发延迟发送。定期因为TT数据流量占用数据链路带宽,更可能的是一个RC数据包在节点的缓冲区阻塞,无法发送。在这种情况下,如果一个RC交通爆炸发生在一个应用程序发送RC包,很大一部分交通破裂会被丢弃的缓冲由于缓冲区的大小限制,导致一个包丢失的问题。为了解决这个问题,本文提出了一个固定大小的RC数据包分割策略。图6显示碎片策略算法的流程图。一个固定大小的具体描述钢筋混凝土包分割政策如下:

确定数据包是否大于最大传输单位虚拟链接限制RC数据包到达时。如果包比的最大传输单位限制,包分为几个数据包的最大传输单位。

准备所有组添加到队列中。如果准备队列为空,则流程结束,或跳到下一步。

把包从准备队列和获得时间Ttt_arrival下一个TT数据流到达。数据包发送结束时间计算,公式如下: 在哪里SendDuration传输数据包所需的时间,SendTime包传输结束,msize发送数据包的比特数。帧间,PREAMBEL,陕西林业局是必需的字段大小的网络接口层是96位,56位,8位,分别。TotalTime是系统的当前时间。

确定Ttt_arrival大于SendDuration;如果是,那么包可以直接发送到RC包缓冲区队列。如果没有,去第五步。

把包。当前链接可以用来传输最大的单元为基础的片段,以避免信息冗余的问题。 是片段的最大大小,可以传播,和N是分组的碎片数量。用于保证片段可以完成传输。

把数据包分成N碎片根据第五步的公式,并将其到缓冲队列等待传输。

所有的片段都被发送后,执行过程中一个固定大小的RC包将进入第二步。

5。实验

5.1。系统性能验证实验

第一个实验是一个TTEthernet分布式机器人系统仿真验证。主要目的是验证TTEthernet-based分布式机器人系统是否能满足实时性和确定性的要求。仿真拓扑如图7。有四个机器人、传感器、cocontrollers和总线节点用来表示TTEthernet主机节点。机器人,机器人2传感器1和传感器2连接到开关1。同样,机器人,机器人4,传感器3,传感器4连接到开关3。总线节点合作控制器连接到开关2。三个TTEthernet交换机核心交换网络。所有通道都有一个链接100 mb / s的长度和一个20米的长度。四个time-triggered协调控制器的应用程序部署。一个控制指令发送给所有的四个机器人。,总共四个TT发送数据流的协调控制器。 The time spent from the origin device to the destination device is 20us. The entire network has a cluster period of 100ms. The switch schedules the received messages in 100us. The size of the time-triggered data is 72 Bytes. In addition, sensor 3 deployed a time-triggered traffic and was sent to the cooperative controller. The switch transmits the traffic in 200us, which sends the monitored operating status of the whole system to the coordinated controller. The detailed TT traffic application is shown in Table2。

除了TT集群中的消息发送时间周期,剩下的时间可以和正常的以太网传输RC消息渠道的消息。速率限制消息的优先级高于正常的以太网消息如果不是time-triggered时期;开关将速率限制消息转发优先级。因此,在这个实验中,速率限制应用程序部署在传感器1-sensor 4。分配带宽是350,交通是390个字节,和消息世代间隔是0.8毫秒。此外,四个机器人也部署了RC交通,带宽是350年美国,消息大小是390字节,和消息世代间隔是0.8毫秒。详细的RC交通应用程序如表所示3。

四个机器人节点部署一个应用程序,该应用程序提供服务。此应用程序的时间间隔发送数据是100年的μ年代和500μ服从均匀分布。数据大小服从均匀分布在46字节和1500字节。详细的RC交通应用程序如表所示4。

第二个实验主要验证实时性能和其他相关指标对RC交通分割策略,包括延时、抖动、丢包率、网络和数据链路利用率。分散策略是适应基于TTEthernet仿真模型在山楂德国汉堡大学‎(43]。本实验主要比较两个分裂策略和nonfragmentation策略三个不同的应用程序环境下RC发送数据的大小。

time-triggered交通的时间分布主要是在100年到200年我们的间隔,和RC交通的延迟分布主要分布在200 - 600的区间,而延迟分布的交通是分散在整个时间轴。time-triggered流量优势的结论,较低的平均延迟在剩下的两个交通类型,其次是RC交通,交通是最坏的打算。

表5显示的最大延迟的统计和最小延迟三种类型的流量。抖动时间是两个连续的数据包的延时不同,反映出的稳定性和确定性的传播不同的交通数据流。time-triggered交通(100美元)是time-triggered交通从机器人的协调控制器节点。引发了交通的平均延迟109.037我们0.231的平均抖动,这是至少三种流量抖动,满足运动控制的要求。最大延迟的要求不高于1 ms和确定性的最长时间不高于1我们‎6]。此外,随着监测信号,time-triggered流量是200年美国;平均延迟201.205我们3.153的平均抖动,遵循控制,满足监控的时间确定。由于TTEthernet规定,钢筋混凝土的平均延迟和抖动平均流量和流量低于time-triggered交通。RC交通可以传输视频和其他不确定性数据流的数据。服务管理数据传输总线。

通过实验数据的分析,可以验证TTEthernet分布式机器人控制系统满足了机器人控制的要求。从上面的数据,它可以获得,在time-triggered以太网仿真,time-triggered流量有更低的延迟和更高的确定性的优势。时间触发器交通适用于实时和确定的数据。是数据可以用于传输实时性能要求较低的应用程序数据。RC time-triggered和数据之间的交通是一种妥协。

5.2。分散策略验证实验

第二个实验中,分裂策略验证实验,主要验证相关的实时性能等指标的RC交通片段的策略,包括延时、抖动、丢包率、网络和数据链路利用率。图8显示了模拟应用程序的拓扑结构,它包含三个终端节点和一个开关节点。每个终端节点与开关连接节点;数据链路数据传输速率是100 mbit / s。仿真实验的时间是10年代。在这个实验中,两个TT周期,C1和C2,定义,C1的时期是100年美国,C2的时期是1000年美国,有偏见的30人(也就是说,每个C2时期从(+ 30,= 2…)我们)。如果C1和C2的最小公倍数为一个完整的周期从一个数据链路的角度,TT交通占用数据链路可以得到如图。此外,配置文件还定义了缓冲队列的长度不应该超过2500。的大型数据流,很可能由于缓冲队列大小的限制则会导致更高的丢包率。

图9显示的结果将两个TT周期集成到整个网络。它可以注意到网络中最小的间隔发生在1000年的间隔我们增量(0,30和1000年我们,1030美元)。如果数据大小的数据链路传播TT周期的最小数据单元(46字节),即,the smallest Ethernet frame (64 Bytes), the maximum data frame transmitted in this interval is about 375 Bytes in size (which should be less than 375 Bytes in actuality). Similarly, in the interval (100us, 200us) and other increments of 1000us, the maximum size of the data is about 1250 Bytes (actually less than 1250 Bytes).

表6描述了TT交通的应用部署在这个实验室。TT的终端节点数据流在分布式机器人控制系统主要控制信号实时性能和高确定性信号等。

本实验主要验证RC交通分包策略的性能,所以本文比较了三个应用程序的性能。RC交通的应用部署在节点2和RCSource RCSource_frag对应RC交通应用程序没有碎片策略和分散策略,分别。除了两个应用程序有或没有分裂策略,其他参数都是相同的。表7列出了三个应用场景比较。的主要区别在于,根据负载流量是有区别。其他参数都是相同的。这三个环境的交通量遵循均匀分布。参数设计是根据最大和最小剧增数据帧大小在上述整体TT循环。

表8显示的平均延迟RC交通在三个场景。从数据可以看出,在这三个场景的平均延迟RC交通与分散策略优于原始模型。从仿真结果可以看出,最大实验延迟与分散策略在场景1是107.37,最低19.59,和87.78的区别。最大实验延迟没有分裂策略是135.03,最低19.59,和115.44的区别。在场景1中,从平均延迟的角度来看,可以得出的结论是,分散性能的策略是与nonfragmented策略相比提高了4.5%。

#南的出现在表中表明,仿真平台不检测相关的交通;场景2和场景3中,钢筋混凝土的应用程序数据流没有碎片策略无法到达目标节点。它可以发现通过仿真平台,在日志文件中,作为数据生成的钢筋混凝土应用在TT的开始时期差距不能成功发送(即。大于最大剧增的数据帧大小,约1250个字节),缓冲队列的数据帧被堵塞。因此,以下不能发送数据帧。

从数据的现场场景2和3,它可以发现原始模型的钢筋混凝土应用在TTEthernet并不健壮的较大的RC数据帧,导致数据链路带宽的浪费。这也提出了RC数据碎片策略的原因。

表9显示的平均抖动RC交通在三个场景。从数据可以看出,在这三个场景中,钢筋混凝土的平均抖动时间交通应用程序与分散策略是由于钢筋混凝土应用程序的原始模型。在场景1中,平均是20.89 RC抖动的原始模型μ年代,钢筋混凝土的应用程序与分散策略是18.76μRC模型的年代,碎片策略是10.2%高于原始模型的抖动性能。同样,由于缓冲队列的拥塞问题,没有原始模型RC的RC交通应用程序成功地收到。

利用仿真节点3接收频道的网络图所示10。节点3是唯一节点接收RC模拟的交通网络。信道利用率的原始模型和改进模型可以分析通过检查接收节点的信道利用率。可以从场景1,原始模型的信道的利用率为6.12%,改进模型的信道利用率是6.10%,这被认为是一致的。在场景2和场景3中,原始模型的信道利用率大幅降至5.76%,由于失败发送RC交通。在场景2和3中,信道利用率的改进模型是6.12%和6.20%,分别。场景3中信道利用率高的原因在于,发送数据的大小主要集中在大的数据帧(1232字节,1500字节)。此外,由于使用substrategy,信道利用率提高。

最后,我们获得了丢包通过检查模拟网络,在表所示10。场景1和场景2,结果表明,两个模型没有包丢失。然而,在场景3中,包丢失发生在应用程序使用片段的策略,占总数的16.02%数据帧发送。包丢失的原因是,大数据帧分为几个数据帧由于碎片策略。如果缓冲区队列长度短,数据发生丢失包的情况。因此,使用片段的策略需要考虑缓冲区的大小和传输数据用更少的必然要求。

6。结论

本文提供了一个框架为总线智能机器人系统和设计的调度算法,使TTEthernet扮演的调度框架。TTEthernet提出了系统的传输协议,提高了实时性和确定性系统中的性能。TTEthernet克服问题的低速度和传输距离短、有一定的实时性能和可靠性。

提出一个总线智能机器人系统的框架和调度算法的设计。框架可以实现实时性和确定性分布式机器人系统的性能。此外,由于利率限制交通的问题导致延迟,一个片段策略提出了解决这一问题。

实验结果表明,改进后的方案基于分裂策略提出了可以提高RC交通的实时性能在一定程度上,但由于网络节点缓冲区队列限制会导致分裂策略包丢失时,是一个大型的数据流的问题;应用确定性不适用。此外,最初的仿真模型不适合虚拟链路的路由。对于大型网络的仿真,可以改善TTEthernet虚拟链路的路由问题。这些问题需要进一步分析和解决。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这部分工作是由中国国家自然科学基金(没有。61602182),广州,中国的科技计划项目(没有。201604046029)、广东省自然科学基金杰出青年学者(2017 a030306015),广州珠江科技新星计划(201710010059),广东特殊项目(2016 tq03x824),中央大学和基础研究基金(没有。2017 jq009)。

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