TrueTime的一些認(rèn)識(shí).pptx

TrueTime Network A Network Simulation Library for Modelica,對(duì)這篇文章的一些認(rèn)識(shí),Introduction,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制被越來(lái)越多的運(yùn)用到自動(dòng)化系統(tǒng)。由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議帶來(lái)的一些網(wǎng)絡(luò)延時(shí)或多或少的是可以確定的 本文提出的Modelica network protocol library就是為了精確仿真由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，來(lái)輔助設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),Introduction一些網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的原因,網(wǎng)絡(luò)接口延時(shí)（network interface delays） 傳輸延時(shí)（transmission delays） 傳波延時(shí)（propagation delays） 沖突（collisions）,Introduction仿真效率,精確仿真網(wǎng)絡(luò)工作的狀態(tài)的關(guān)鍵在于在怎樣一個(gè)級(jí)別上仿真重現(xiàn)工作過(guò)程 一些過(guò)于細(xì)節(jié)的仿真（甚至于精確到每個(gè)bit位傳輸情況）導(dǎo)致仿真速度過(guò)慢 但過(guò)于粗略的（設(shè)定同一延時(shí)）有會(huì)導(dǎo)致仿真失敗,IntroductionModelica network protocol library,The Department of Automatic Control, Lund University ITEA2 project EUROSYSLIB 旨在應(yīng)用于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中（ real-time networking ） 這個(gè)庫(kù)是基于Matlab/Simulink工具箱TrueTime而來(lái)的， TrueTime也是有上述團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的 在次基礎(chǔ)上修改使其可以模仿不同協(xié)議的標(biāo)量和數(shù)組發(fā)送 庫(kù)是用C實(shí)現(xiàn)的，Modelica通過(guò)外部函數(shù)接口使用,IntroductionISO/OSI,在這系統(tǒng)中， ISO/OSI 較高層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常是用不到的,IntroductionISO/OSI,Introduction數(shù)據(jù)鏈路層,這個(gè)Modelica庫(kù)重點(diǎn)在于解決各種有線和無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的MAC介質(zhì)訪問(wèn)機(jī)制 兩個(gè) 物理上連接的 設(shè)備:主機(jī)-路由器, 路由器-路由器, 主機(jī)-主機(jī) 數(shù)據(jù)單元: frame（幀）,幀結(jié)束,幀首部,IP 數(shù)據(jù)報(bào),幀的數(shù)據(jù)部分,幀尾部, MTU,數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng),開(kāi)始 發(fā)送,幀開(kāi)始,Introduction數(shù)據(jù)鏈路層,局域網(wǎng),廣域網(wǎng),主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,電話網(wǎng),局域網(wǎng),鏈路層,應(yīng)用層,運(yùn)輸層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,鏈路層,應(yīng)用層,運(yùn)輸層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,R1,R2,R3,H1,H2,僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察數(shù)據(jù)的流動(dòng),TrueTime,TrueTime 1 is a Matlab/Simulink-based simulation tool that has been developed at Lund University since 1999 它提供多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核和本地有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可用于仿真網(wǎng)絡(luò)嵌入式控制系統(tǒng),TrueTime支持六種網(wǎng)絡(luò)模型,CSMA/CD (Ethernet) CSMA/AMP (CAN) Round Robin (Token Bus) FDMA TDMA (TTP) Switched Ethernet 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11b/g (WLAN) 和802.15.4 (ZigBee),TrueTime信道共享技術(shù)分類,TrueTime本質(zhì),TrueTime被模擬為一個(gè)輸入FIFO隊(duì)列和一個(gè)FIFO輸出隊(duì)列 這些隊(duì)列模仿的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的輸入輸出緩沖器 一個(gè)將要從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的信息將被置于這個(gè)隊(duì)列中 信息將被一個(gè)取決于仿真網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的命令傳入輸入FIFO隊(duì)列，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入輸出FIFO隊(duì)列。而且信息將根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在數(shù)個(gè)不同的隊(duì)列中傳輸,TrueTime延遲仿真機(jī)制,傳輸時(shí)間取決于每個(gè)信息各自的長(zhǎng)度 沖突和重傳將取決于協(xié)議本身,TrueTime延遲仿真機(jī)制,采用無(wú)線方式傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)也加入了路徑損耗的因素，所以兩個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的位置將影響仿真效果,實(shí)際的信道 （帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）,發(fā)送信號(hào)波形,接收信號(hào)波形,TrueTime考慮因素,傳播延時(shí)是不考慮的，因?yàn)橐话氵@個(gè)因素影響很小 TrueTime僅支持包極仿真，假設(shè)高層協(xié)議已經(jīng)把一段很長(zhǎng)的信息分解為僅數(shù)據(jù)鏈路成可見(jiàn)的信息。,Modelica Library,TrueTime Network library支持在同于仿真工程中基于模塊的不同網(wǎng)絡(luò)仿真,Modelica Libraryblock,這里有一些相應(yīng)的圖形仿真模塊用于實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議 不同的設(shè)置可以改變模塊封裝 輸入輸出模塊用來(lái)引起網(wǎng)絡(luò)包的發(fā)送和接收 庫(kù)里還有一些其他的用于組成接收和發(fā)送模塊的模塊,Modelica Libraryblock,PortIn:產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸入； PortOUt:產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出； Receiver：標(biāo)量接收； ArrayReceiver：數(shù)組接收； NoReceiver：無(wú)接收； PeriodicSender：周期性標(biāo)量發(fā)送； PeriodicArraySender：周期性數(shù)組發(fā)送； NoSender：無(wú)發(fā)送；,Modelica Library設(shè)置,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還有一些設(shè)置，有些是通用的，有些是針對(duì)個(gè)別協(xié)議的,Modelica Library設(shè)置,network ID：每個(gè)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)一無(wú)二的標(biāo)識(shí) Number of nodes：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，仿真時(shí)必須用戶指定 frame size & the speed of the network：隨意 loss probability ：決定數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中丟失的可能，這些丟失的數(shù)據(jù)占用帶寬卻到達(dá)不了目的地。通過(guò)設(shè)定01之間的一個(gè)數(shù)來(lái)達(dá)到計(jì)算隨機(jī)丟失信息的目的。這種方法也有使用Monte-Carlo方法的意思,Modelica Library無(wú)線設(shè)置,無(wú)線協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)必須設(shè)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的位置。 可以在開(kāi)始設(shè)，也可以仿真過(guò)程中不斷改變（有些是無(wú)線移動(dòng)結(jié)點(diǎn)） 傳輸能量 信號(hào)閾值 發(fā)送/接收超時(shí)（timing out）,Modelica LibraryExample,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的模擬PID閉環(huán)控制,Implementation,原Simulink中的TrueTime模塊是通過(guò)變步長(zhǎng)求解器求解C+寫(xiě)的S函數(shù)實(shí)現(xiàn)的 每個(gè)模塊包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指針和一個(gè)離散事件仿真器 零交叉功能是用來(lái)強(qiáng)制求解器在每個(gè)內(nèi)部（暫定）或外部（觸發(fā)）事件中產(chǎn)生“主要激勵(lì)”（字面，不理解） 這些事件包括發(fā)送和接受信息 使用0和1之間切換的觸發(fā)信號(hào)來(lái)完成模塊之間的溝通,Implementation,在一個(gè)事件中，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行并且網(wǎng)絡(luò)包在FIFO隊(duì)列中移動(dòng) 有C+語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的TrueTime可以移植到C語(yǔ)言中，所以Modelica語(yǔ)言可以通過(guò)外部函數(shù)接口使用TrueTime 外部對(duì)象用于代表網(wǎng)絡(luò)對(duì)用不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 由于外部對(duì)象不允許成員函數(shù)，輔助外部函數(shù)用來(lái)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包 這使得實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)用戶隱藏,Implementation,Modelica目前不支持外部狀態(tài)。這意味著一旦網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始運(yùn)行，它將不會(huì)返回原來(lái)的狀態(tài)。 Care must be taken when updating the network, so that we do not run the network in the “future”. This could happen, depending on the implementation, prior to event detection when the integrator tries to step Simulink仿真器集成了豐富的接口，幫助TrueTime在Simulink環(huán)境下解決問(wèn)題。 在Modelica環(huán)境下通過(guò)小心應(yīng)用when-結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),ImplementationExternal Network Objects,在dymola中用外部對(duì)象代替每個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 由外部C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模型 主要用networkZC和runNetwork這兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn),ImplementationExternal Network Objects,networkZC & runNetwork 當(dāng)一個(gè)包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送，網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有收到包本身。相反，它會(huì)讀取一個(gè)布爾信號(hào)，并在它的側(cè)面觸發(fā)。當(dāng)輸入信號(hào)被接收，標(biāo)志著一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)包的到來(lái)，便調(diào)用runNetwork運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)調(diào)用networkZC函數(shù)查詢網(wǎng)絡(luò)，可知道網(wǎng)絡(luò)下一次運(yùn)行時(shí)間。如果它返回零，一個(gè)when語(yǔ)句觸發(fā)，那么觸發(fā)包不是已被送達(dá)目的地就是還在FIFO隊(duì)列中傳送 丟包就是在簡(jiǎn)單的在網(wǎng)絡(luò)中刪除,ImplementationSending,在觸發(fā)一個(gè)發(fā)送端口前，發(fā)送結(jié)點(diǎn)必須構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包并將它置于外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隊(duì)列中排隊(duì)。當(dāng)一個(gè)信息發(fā)送時(shí)，調(diào)用外部函數(shù)sendReal來(lái)建立信息結(jié)構(gòu)并將其插入FIFO隊(duì)列中 訪問(wèn)該網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)查找的網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)實(shí)現(xiàn)的,ImplementationSending,在調(diào)用sendReal外部函數(shù)的同時(shí)，Modelica端通過(guò)一個(gè)布爾量模擬輸入端的觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)來(lái)臨時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將通過(guò)調(diào)用runNetwork運(yùn)行 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)一些隊(duì)列傳播。發(fā)送和接受信息是基于事件的。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，它檢查是否有任何消息在FIFO隊(duì)列之間的轉(zhuǎn)輸。網(wǎng)絡(luò)也計(jì)算下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)的來(lái)