【摘 要】
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准动态平台卫星链路的建立有利于卫星之间分布式协作,但是星间链路的动态变化会对整个分布式卫星协作系统产生不利影响。为了避免这种不利影响,可以将时间敏感网络(Time Sensitive Network,TSN)技术引入准动态卫星网络中。TSN作为有效的确定性网络在新兴无线通信技术、车载网、工业物联网和航空航天领域都大有作为。TSN通过时间同步、业务调度与流量整形等技术保证系统中数据传输的低时延、高可
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准动态平台卫星链路的建立有利于卫星之间分布式协作,但是星间链路的动态变化会对整个分布式卫星协作系统产生不利影响。为了避免这种不利影响,可以将时间敏感网络(Time Sensitive Network,TSN)技术引入准动态卫星网络中。TSN作为有效的确定性网络在新兴无线通信技术、车载网、工业物联网和航空航天领域都大有作为。TSN通过时间同步、业务调度与流量整形等技术保证系统中数据传输的低时延、高可靠和高吞吐量。本文针对准动态平台上分布式协作系统,研究并实现了通信设备之间利用两个以太网口进行数据的路由转发功能。同时,基于准动态平台上改进的TSN调度算法,设计并实现了一种准动态平台上的TSN网络测试原型系统。本文首先对准动态平台上卫星通信背景和TSN技术发展背景进行了介绍,阐述了TSN应用于准动态平台上分布式协作系统的必要性与积极意义。接下来,进一步介绍TSN流量调度与整形技术,并提出了在研究TSN调度技术过程中遇到的TSN系统上层业务与底层端口的传输队列之间的映射问题。在此基础上,深入研究网络协议栈与网络设备驱动程序以及新型网络架构技术,并通过Petalinux开发工具实现ZYNQ开发板上双网口不同网段之间的路由转发功能。最后,以Petalinux移植的嵌入式系统作为操作系统,并以Vivado作为底层硬件开发工具,设计和实现准动态平台上TSN测试系统中的各个功能模块,达到验证TSN调度算法以及测试系统传输时延和时延抖动的目的。文中重点介绍了ZYNQ开发板上双网口之间进行路由转发功能的研究与实现和TSN测试系统的设计与实现。通过修改网络设备驱动程序和Petalinux中的设备树文件,成功使能ZYNQ上两个以太网口。再通过配置Petalinux中的相关参数以及使用iptables工具将开发板从设备终端转变为路由器装置,实现双网口之间路由转发功能,PC主机与IP电话机可以经过ZYNQ板卡进行不同网段间的数据转发,并将实验中相关结果进行展示与分析。然后在上述开发基础上,借助Vivado主要开发了准动态平台上用于TSN测试系统的数据产生模块和验证与测试模块,并分别将不同调度算法场景下系统传输时延与时延抖动结果进行展示与分析,测试结果符合设计要求。
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