TrueTime的一些认识.pptx

TrueTime Network A Network Simulation Library for Modelica,对这篇文章的一些认识,Introduction,网络系统和网络控制被越来越多的运用到自动化系统。由网络协议带来的一些网络延时或多或少的是可以确定的 本文提出的Modelica network protocol library就是为了精确仿真由网络协议带来的网络延时，来辅助设计网络控制系统,Introduction一些网络延时的原因,网络接口延时（network interface delays） 传输延时（transmission delays） 传波延时（propagation delays） 冲突（collisions）,Introduction仿真效率,精确仿真网络工作的状态的关键在于在怎样一个级别上仿真重现工作过程 一些过于细节的仿真（甚至于精确到每个bit位传输情况）导致仿真速度过慢 但过于粗略的（设定同一延时）有会导致仿真失败,IntroductionModelica network protocol library,The Department of Automatic Control, Lund University ITEA2 project EUROSYSLIB 旨在应用于实时网络中（ real-time networking ） 这个库是基于Matlab/Simulink工具箱TrueTime而来的， TrueTime也是有上述团队开发的 在次基础上修改使其可以模仿不同协议的标量和数组发送 库是用C实现的，Modelica通过外部函数接口使用,IntroductionISO/OSI,在这系统中， ISO/OSI 较高层的网络协议通常是用不到的,IntroductionISO/OSI,Introduction数据链路层,这个Modelica库重点在于解决各种有线和无线数据链路层协议的MAC介质访问机制 两个 物理上连接的 设备:主机-路由器, 路由器-路由器, 主机-主机 数据单元: frame（帧）,帧结束,帧首部,IP 数据报,帧的数据部分,帧尾部, MTU,数据链路层的帧长,开始 发送,帧开始,Introduction数据链路层,局域网,广域网,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,电话网,局域网,链路层,应用层,运输层,网络层,物理层,链路层,应用层,运输层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,R1,R2,R3,H1,H2,仅从数据链路层观察数据的流动,TrueTime,TrueTime 1 is a Matlab/Simulink-based simulation tool that has been developed at Lund University since 1999 它提供多任务实时内核和本地有线/无线网络，可用于仿真网络嵌入式控制系统,TrueTime支持六种网络模型,CSMA/CD (Ethernet) CSMA/AMP (CAN) Round Robin (Token Bus) FDMA TDMA (TTP) Switched Ethernet 无线网络协议IEEE802.11b/g (WLAN) 和802.15.4 (ZigBee),TrueTime信道共享技术分类,TrueTime本质,TrueTime被模拟为一个输入FIFO队列和一个FIFO输出队列 这些队列模仿的是网络节点中的输入输出缓冲器 一个将要从一个节点传输到另一个节点的信息将被置于这个队列中 信息将被一个取决于仿真网络协议的命令传入输入FIFO队列，进入网络，进入输出FIFO队列。而且信息将根据不同的网络协议在数个不同的队列中传输,TrueTime延迟仿真机制,传输时间取决于每个信息各自的长度 冲突和重传将取决于协议本身,TrueTime延迟仿真机制,采用无线方式传输的网络也加入了路径损耗的因素，所以两个传输节点的位置将影响仿真效果,实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）,发送信号波形,接收信号波形,TrueTime考虑因素,传播延时是不考虑的，因为一般这个因素影响很小 TrueTime仅支持包极仿真，假设高层协议已经把一段很长的信息分解为仅数据链路成可见的信息。,Modelica Library,TrueTime Network library支持在同于仿真工程中基于模块的不同网络仿真,Modelica Libraryblock,这里有一些相应的图形仿真模块用于实现不同协议 不同的设置可以改变模块封装 输入输出模块用来引起网络包的发送和接收 库里还有一些其他的用于组成接收和发送模块的模块,Modelica Libraryblock,PortIn:产生数据输入； PortOUt:产生数据输出； Receiver：标量接收； ArrayReceiver：数组接收； NoReceiver：无接收； PeriodicSender：周期性标量发送； PeriodicArraySender：周期性数组发送； NoSender：无发送；,Modelica Library设置,网络协议还有一些设置，有些是通用的，有些是针对个别协议的,Modelica Library设置,network ID：每个网络独一无二的标识 Number of nodes：网络内，仿真时必须用户指定 frame size & the speed of the network：随意 loss probability ：决定数据在传输过程中丢失的可能，这些丢失的数据占用带宽却到达不了目的地。通过设定01之间的一个数来达到计算随机丢失信息的目的。这种方法也有使用Monte-Carlo方法的意思,Modelica Library无线设置,无线协议的网络必须设定网络结点的位置。 可以在开始设，也可以仿真过程中不断改变（有些是无线移动结点） 传输能量 信号阈值 发送/接收超时（timing out）,Modelica LibraryExample,通过网络的模拟PID闭环控制,Implementation,原Simulink中的TrueTime模块是通过变步长求解器求解C+写的S函数实现的 每个模块包含一个网络结构指针和一个离散事件仿真器 零交叉功能是用来强制求解器在每个内部（暂定）或外部（触发）事件中产生“主要激励”（字面，不理解） 这些事件包括发送和接受信息 使用0和1之间切换的触发信号来完成模块之间的沟通,Implementation,在一个事件中，网络运行并且网络包在FIFO队列中移动 有C+语言实现的TrueTime可以移植到C语言中，所以Modelica语言可以通过外部函数接口使用TrueTime 外部对象用于代表网络对用不同网络协议 由于外部对象不允许成员函数，辅助外部函数用来运行网络，发送和接收网络数据包 这使得实现细节对用户隐藏,Implementation,Modelica目前不支持外部状态。这意味着一旦网络开始运行，它将不会返回原来的状态。 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仿真器集成了丰富的接口，帮助TrueTime在Simulink环境下解决问题。 在Modelica环境下通过小心应用when-结构实现,ImplementationExternal Network Objects,在dymola中用外部对象代替每个网络协议 由外部C语言实现网络模型 主要用networkZC和runNetwork这两个函数实现,ImplementationExternal Network Objects,networkZC & runNetwork 当一个包通过网络传送，网络没有收到包本身。相反，它会读取一个布尔信号，并在它的侧面触发。当输入信号被接收，标志着一个新的网络包的到来，便调用runNetwork运行网络。通过调用networkZC函数查询网络，可知道网络下一次运行时间。如果它返回零，一个when语句触发，那么触发包不是已被送达目的地就是还在FIFO队列中传送 丢包就是在简单的在网络中删除,ImplementationSending,在触发一个发送端口前，发送结点必须构建一个网络包并将它置于外部网络数据结构队列中排队。当一个信息发送时，调用外部函数sendReal来建立信息结构并将其插入FIFO队列中 访问该网络是通过查找的网络ID号实现的,ImplementationSending,在调用sendReal外部函数的同时，Modelica端通过一个布尔量模拟输入端的触发信号，当触发信号来临时，网络将通过调用runNetwork运行 数据在网络中通过一些队列传播。发送和接受信息是基于事件的。 当网络运行时，它检查是否有任何消息在FIFO队列之间的转输。网络也计算下一个触发信号的来