【摘 要】
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确定性时延边界是智能网联汽车行业中追求智能化持续发展的迫切需求,时间敏感网络（TSN）是为服务这些应用而引入的新框架,作为智能网联汽车中的通信骨干以太网,TSN需要处理大量的消息流。在最坏的情况下,将大量时间触发（TT）消息流分配给单个FIFO队列会导致较长的阻塞延迟。这需要分配多个用于TT消息流的FIFO队列。遵循IEEE 802.1标准协议[1],此时保留静态配置的门控制列表（GCL）可能受益
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确定性时延边界是智能网联汽车行业中追求智能化持续发展的迫切需求,时间敏感网络（TSN）是为服务这些应用而引入的新框架,作为智能网联汽车中的通信骨干以太网,TSN需要处理大量的消息流。在最坏的情况下,将大量时间触发（TT）消息流分配给单个FIFO队列会导致较长的阻塞延迟。这需要分配多个用于TT消息流的FIFO队列。遵循IEEE 802.1标准协议[1],此时保留静态配置的门控制列表（GCL）可能受益不大。如果GCL配置的时间窗口继续通过考虑其自身队列的流类别来确定,则同一流类别的多个FIFO队列之间将可能存在竞争,这破坏了定时保证和确定性发送,且需要对于该情况下的各个流类别进行复杂的时延边界分析。从本质上讲,GCL限制高优先级队列,支持低优先级队列。它必须经过明智的设计才能提升或至少不会损失性能。此外,GCL是一种非常呆板的机制,很难处理突发流量或抖动。为了解决这个研究挑战,我们计划对现有的TSN交换机制进行优化,并且对于优化后的TSN交换机中各个流类别进行时延边界分析。其对于TSN交换机的设计和实现具有一定的理论指导意义,使其能适配于智能网联汽车的网络环境。本文具体的创新工作如下:（1）提出了一种无GCL机制的TSN交换机制,其为TT流类别和音视频桥接（AVB）流类别分配多个FIFO队列,使得多个TT队列之间的争用被优先解决,此时每个端口的八个FIFO队列基于严格优先级竞争传输权。然后对多个TT队列（即所有TT流类别）进行时延边界分析用于确保其能确定性传输,且对于TT T2流类别的时延边界分析提出了时延可达技术,可得到安全的和悲观的时延边界。最后证明了提出的时延可达技术得到的时延边界是确定的、可预测的且安全的。（2）为了实现传输平衡,在每个AVB A/B队列中引入基于信用的整形器（CBS,Credit-based Shaper）机制,且优先于优先级,以解决AVB队列之间的争用问题。然后分析了在何种情况下AVB A流类别和AVB B流类别互相造成的干扰延时最大,最后基于时延可达技术对AVB A/B流类别分别进行了时延边界分析。（3）进行了三个实验,研究了不同的FIFO队列大小对各个流类别的时延边界的影响以及特征、AVB A/B流类别两者之间造成的干扰延迟的影响因素以及特征、信用函数中发送斜率和空闲斜率对AVB A/B流类别时延边界的影响以及规律。本文主要总结出了TT流类别的时延边界是固定的且可预测的。同时,验证了理想情况下改变信用函数可以得到AVB流的不同时延边界。
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