TrueTime的一些認(rèn)識.pptx

TrueTime Network A Network Simulation Library for Modelica,對這篇文章的一些認(rèn)識,Introduction,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制被越來越多的運用到自動化系統(tǒng)。由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議帶來的一些網(wǎng)絡(luò)延時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)議帶來的網(wǎng)絡(luò)延時，來輔助設(shè)計網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),Introduction一些網(wǎng)絡(luò)延時的原因,網(wǎng)絡(luò)接口延時（network interface delays） 傳輸延時（transmission delays） 傳波延時（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)鍵在于在怎樣一個級別上仿真重現(xiàn)工作過程 一些過于細(xì)節(jié)的仿真（甚至于精確到每個bit位傳輸情況）導(dǎo)致仿真速度過慢 但過于粗略的（設(shè)定同一延時）有會導(dǎo)致仿真失敗,IntroductionModelica network protocol library,The Department of Automatic Control, Lund University ITEA2 project EUROSYSLIB 旨在應(yīng)用于實時網(wǎng)絡(luò)中（ real-time networking ） 這個庫是基于Matlab/Simulink工具箱TrueTime而來的， TrueTime也是有上述團隊開發(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 庫是用C實現(xiàn)的，Modelica通過外部函數(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Modelica庫重點在于解決各種有線和無線數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的MAC介質(zhì)訪問機制 兩個 物理上連接的 設(shè)備:主機-路由器, 路由器-路由器, 主機-主機 數(shù)據(jù)單元: frame（幀）,幀結(jié)束,幀首部,IP 數(shù)據(jù)報,幀的數(shù)據(jù)部分,幀尾部, MTU,數(shù)據(jù)鏈路層的幀長,開始 發(fā)送,幀開始,Introduction數(shù)據(jù)鏈路層,局域網(wǎng),廣域網(wǎng),主機 H1,主機 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,運輸層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,鏈路層,應(yīng)用層,運輸層,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,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)實時內(nèi)核和本地有線/無線網(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被模擬為一個輸入FIFO隊列和一個FIFO輸出隊列 這些隊列模仿的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的輸入輸出緩沖器 一個將要從一個節(jié)點傳輸?shù)搅硪粋€節(jié)點的信息將被置于這個隊列中 信息將被一個取決于仿真網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的命令傳入輸入FIFO隊列，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入輸出FIFO隊列。而且信息將根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在數(shù)個不同的隊列中傳輸,TrueTime延遲仿真機制,傳輸時間取決于每個信息各自的長度 沖突和重傳將取決于協(xié)議本身,TrueTime延遲仿真機制,采用無線方式傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)也加入了路徑損耗的因素，所以兩個傳輸節(jié)點的位置將影響仿真效果,實際的信道 （帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）,發(fā)送信號波形,接收信號波形,TrueTime考慮因素,傳播延時是不考慮的，因為一般這個因素影響很小 TrueTime僅支持包極仿真，假設(shè)高層協(xié)議已經(jīng)把一段很長的信息分解為僅數(shù)據(jù)鏈路成可見的信息。,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 輸入輸出模塊用來引起網(wǎng)絡(luò)包的發(fā)送和接收 庫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：無接收； PeriodicSender：周期性標(biāo)量發(fā)送； PeriodicArraySender：周期性數(shù)組發(fā)送； NoSender：無發(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，有些是針對個別協(xié)議的,Modelica Library設(shè)置,network ID：每個網(wǎng)絡(luò)獨一無二的標(biāo)識 Number of nodes：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，仿真時必須用戶指定 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。通過設(shè)定01之間的一個數(shù)來達(dá)到計算隨機丟失信息的目的。這種方法也有使用Monte-Carlo方法的意思,Modelica Library無線設(shè)置,無線協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)必須設(shè)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的位置。 可以在開始設(shè)，也可以仿真過程中不斷改變（有些是無線移動結(jié)點） 傳輸能量 信號閾值 發(fā)送/接收超時（timing out）,Modelica LibraryExample,通過網(wǎng)絡(luò)的模擬PID閉環(huán)控制,Implementation,原Simulink中的TrueTime模塊是通過變步長求解器求解C+寫的S函數(shù)實現(xiàn)的 每個模塊包含一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指針和一個離散事件仿真器 零交叉功能是用來強制求解器在每個內(nèi)部（暫定）或外部（觸發(fā)）事件中產(chǎn)生“主要激勵”（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)信號來完成模塊之間的溝通,Implementation,在一個事件中，網(wǎng)絡(luò)運行并且網(wǎng)絡(luò)包在FIFO隊列中移動 有C+語言實現(xiàn)的TrueTime可以移植到C語言中，所以Modelica語言可以通過外部函數(shù)接口使用TrueTime 外部對象用于代表網(wǎng)絡(luò)對用不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 由于外部對象不允許成員函數(shù)，輔助外部函數(shù)用來運行網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包 這使得實現(xiàn)細(xì)節(jié)對用戶隱藏,Implementation,Modelica目前不支持外部狀態(tài)。這意味著一旦網(wǎng)絡(luò)開始運行，它將不會返回原來的狀態(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)境下解決問題。 在Modelica環(huán)境下通過小心應(yīng)用when-結(jié)構(gòu)實現(xiàn),ImplementationExternal Network Objects,在dymola中用外部對象代替每個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 由外部C語言實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模型 主要用networkZC和runNetwork這兩個函數(shù)實現(xiàn),ImplementationExternal Network Objects,networkZC & runNetwork 當(dāng)一個包通過網(wǎng)絡(luò)傳送，網(wǎng)絡(luò)沒有收到包本身。相反，它會讀取一個布爾信號，并在它的側(cè)面觸發(fā)。當(dāng)輸入信號被接收，標(biāo)志著一個新的網(wǎng)絡(luò)包的到來，便調(diào)用runNetwork運行網(wǎng)絡(luò)。通過調(diào)用networkZC函數(shù)查詢網(wǎng)絡(luò)，可知道網(wǎng)絡(luò)下一次運行時間。如果它返回零，一個when語句觸發(fā)，那么觸發(fā)包不是已被送達(dá)目的地就是還在FIFO隊列中傳送 丟包就是在簡單的在網(wǎng)絡(luò)中刪除,ImplementationSending,在觸發(fā)一個發(fā)送端口前，發(fā)送結(jié)點必須構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)包并將它置于外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隊列中排隊。當(dāng)一個信息發(fā)送時，調(diào)用外部函數(shù)sendReal來建立信息結(jié)構(gòu)并將其插入FIFO隊列中 訪問該網(wǎng)絡(luò)是通過查找的網(wǎng)絡(luò)ID號實現(xiàn)的,ImplementationSending,在調(diào)用sendReal外部函數(shù)的同時，Modelica端通過一個布爾量模擬輸入端的觸發(fā)信號，當(dāng)觸發(fā)信號來臨時，網(wǎng)絡(luò)將通過調(diào)用runNetwork運行 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中通過一些隊列傳播。發(fā)送和接受信息是基于事件的。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運行時，它檢查是否有任何消息在FIFO隊列之間的轉(zhuǎn)輸。網(wǎng)絡(luò)也計算下一個觸發(fā)信號的來