总线是下一代智能制造、物联网的基石。目前国内高端总线技术受到禁运。另一方面,信息化技术的发展对工业领域总线提出了更高的要求。由山西省新型工业总线工程技术研究中心（中北大学）自主研发的沙克总线在此背景下应运而生。沙克总线是一种无主型网络,采用存储交换机制,具备高动态网络自动重构、多路径网状冗余、自动时间同步、时间触发、流量管制等功能,是一种适用于军用、工业领域的高可靠性网络。沙克总线拥有自动重构、高速率、高可靠性、强实时等诸多优良性能,其中高可靠性与强实时性是用户最为关注的应用特性,但是在具体应用中,这些指标的性能只能通过实测获得,无法与其他总线进行定量的对比。因此,通过理论研究和仿真来系统评估沙克总线指标的性能,同时与其他总线进行量化的对比分析就具有重要的意义,可为沙克总线相关性能提供量化依据。本文对沙克总线的连通可靠性、优化部署方案以及时间同步精度开展了系统研究,对比分析了沙克总线的拓扑可靠性和时间同步精度。主要研究内容有如下几个方面:（1）为了对比评估沙克总线与其他几种主流总线拓扑架构的连通可靠性,提出了虚拟节点法,将连通可靠性算法的应用范围拓展到总线型网络,解决了现有算法不适用于评估总线型网络的问题。对沙克总线、AFDX、无冗余总线型网络、有冗余总线型网络、星型网络、环型网络和树型网络七种网络开展了抗毁性和生存性的对比评估。此外,研究了终端节点的数量、链路的可靠度以及运行时间对网络连通可靠性的影响。结果表明,与其他总线相比,沙克总线具有更高的结构鲁棒性,网络更健壮、更稳定。无论是在网络挂接终端节点数量较多的情况下,还是在链路可靠度较低的情况下,又或者是在网络运行时间较长的情况下,沙克总线都具有较好的性能。（2）为了指导沙克总线网络的应用部署,研究了交换机和终端设备的不同部署方案和不同数量对网络连通可靠性的影响,提出了提升沙克总线连通可靠性的优化部署方案。结果表明,网络节点的数量越少,网络的连通可靠性越高;在交换机多层级联的部署方案下,最后一层交换机的数量越少,网络的连通可靠性越高;终端设备越靠近底层,网络的连通可靠性越高;交换机的不同部署方案、不同数量、终端设备的不同部署方案均可以保证连通可靠性的稳定性,但是网络挂接终端设备的不同数量对连通可靠性的影响较大。本研究内容为沙克总线网络的应用部署提供了重要的指导原则。（3）研究了晶振频率、晶振精度、通信路径不对称分别对时间同步精度的影响。为了实现主从节点之间较高的时间同步精度,提出了单周期比例补偿算法。从仿真和硬件实测两方面评估了沙克总线的时间同步精度。结果表明,主从节点之间可以实现±1个时钟周期的时间同步精度。与现有文献提出的方法相比,沙克总线的时间同步方法可以用较低的开销达到较高的时间同步性能。本文的研究成果对沙克总线的应用与推广具有重要意义,为下一代智能制造产业提供了技术支持。