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车载CAN-Ethernet混合网络的调度算法研究
| 论文题名： | 车载CAN-Ethernet混合网络的调度算法研究 |
| 关键词： | 车载CAN-Ethernet混合网络;车载网关;队列调度;调度算法 |
| 摘要： | 由于智能网联汽车的功能需求不断增加，使得整车电子电气架构发生演变，车载Ethernet的应用成为架构演变的核心之一，伴随着车载Ethernet逐渐成为车载骨干网络，车载网络架构逐渐成为混合异构的网络系统。车载Ethernet与CAN网络间存在大量的并发数据交互，导致大量的异构网络报文数据在车载网关处理过程中出现严重超时、丢包率高等问题，甚至出现了车辆驾驶功能的失效。因此研究车载CAN-Ethernet混合网络的调度对整车网络架构的发展具有重要意义。 本文针对智能汽车应用场景的网络信息传输需求，分析了车载Ethernet作为骨干网络的异构网络架构和混合网络的时延特点，建立了车载网关排队模型和车载网关队列调度模型，设计了一种车载CAN-Ethernet混合网络的调度算法。最后搭建车载CAN-Ethernet混合网络系统进行软硬件在环仿真，验证该调度算法。本文主要的内容如下： 1.首先分析了车载CAN-Ethernet混合网络的网络架构所存在的问题，对车载混合网络的时延构成进行了分析，确定车载网关是异构网络传输调度的主要研究对象，重点针对车载网关的调度问题进行了研究，对车载网络常用的调度算法进行分析，重点分析了调度算法的优点与不足。在分析的基础上，建立了车载网关报文排队模型和车载网关报文队列调度模型。 2.通过分析车载CAN-Ethernet网络的拥塞问题，设计了基于实车电子系统的车载CAN-Ethernet混合网络拓扑，对拓扑内的车载网关节点异构网络路由过程，按照报文排队模型进行仿真分析。设计车载网关缓冲区的缓存方式来减少丢包问题，在车载网关队列调度模型的基础上，优化传统调度算法，提出本文的队列长度动态加权轮询调度算法，对调度算法进行仿真分析。 3.针对设计的车载CAN-Ethernet混合网络拓扑中异构网络传输的报文类型和通信处理流程，对网关节点车载CAN-Ethernet异构网络下行传输方向和上行传输方向的调度策略进行了设计，同步设计了车载Ethernet针对异构网络路由的调度策略。 4.最后依照设计的混合网络拓扑，对车载CAN-Ethernet混合网络硬件测试系统进行搭建，包含多个实物节点软硬件及CANoe仿真节点的设计与实现。利用硬件在环仿真试验的方法，对设计的调度算法进行仿真验证，验证调度策略的可行性。结果表明该调度算法在满足实车车载网络数据通信的要求下，能有效降低透明传输平均时延34.3%，同时提升网络传输的稳定性。 |
| 作者： | 刘唐铭 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 程安宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆邮电大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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