Модели и алгоритмы обработки трафика реального времени в системах управления компьютерными сетями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.15, кандидат наук Никишин Кирилл Игоревич

• Никишин Кирилл Игоревич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Никишин Кирилл Игоревич

ВВЕДЕНИЕ

1. СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДАЧИ ТРАФИКА В СИСТЕМАХ ЖЕСТКОГО РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

1.1 Множественный доступ с временным разделением TDMA

1.2 Организация сети по технологии ТТЕ

1.3 Виды трафика и формат кадра

1.3.1 Конфликты между кадрами

1.4 Защитник системы

1.5 Методы и системы моделирования компьютерных систем

1.5.1 Цели моделирования

1.5.2 Анализ систем имитационного моделирования

1.6 Постановка задачи дальнейших исследований

1.7 Выводы по главе

2. ПОСТРОЕНИЕ МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ КАДРОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ ТТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТА СЕТЕЙ ПЕТРИ

2.1 Описание метода передачи кадров согласно расписанию Б ТТЕ

2.1.1 Формализация методов передачи кадров по ТТЕ и БТТЕ

2.1.2 Отличительные особенности метода передачи кадров по БТТЕ

2.2 Алгоритмы работы компонентов при передаче кадров по ТТЕ и STTE

2.3 Формализация алгоритмов с использованием цифровых автоматов

2.4 Выводы по главе

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ТТЕ И БТТЕ

3.1 Моделирование систем, использующих технологию ТТЕ

3.2 Метод передачи кадров по классической технологии ТТЕ

3.3 Метод передачи кадров по расписанию БТТЕ

3.4 Результаты моделирования имитационных моделей

3.4.1 Генератор трафика коммутатора Ethernet

3.4.2 Результаты имитационной модели передачи кадров по ТТЕ

3.4.3 Результаты имитационной модели передачи кадров по STTE

3.5 Выводы по главе

4. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ КАДРОВ

4.1 Разработка выходного порта коммутатора Ethernet

4.2 Обмен информацией с использование интерфейса Ethernet и ТТЕ

4.3 Передача кадров по STTE с использованием сети из нескольких FPGA

4.4 Аппаратная структура, реализующая метод передачи кадров по STTE

4.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы обработки трафика реального времени в системах управления компьютерными сетями»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Среди сетевых технологий обработки трафика на сегодняшний день наиболее востребованной остается технология Ethernet. Значимым для Ethernet понятием является качество обслуживания (Quality of Service QoS), в соответствии с которым передаваемый трафик сортируется по приоритетам в коммутаторе и обслуживается в зависимости от типа приоритета. Однако Ethernet с поддержкой QoS не обеспечивает быстрой передачи трафика реального времени, что приводит к задержке кадров. Дальнейшим этапом в развитии технологий компьютерных сетей в распределенных системах реального времени стало появление технологии Time-Triggered Ethernet (ТТЕ), позволяющей передавать трафик жесткого реального времени (управляющая информация, авионика, система сетевой синхронизации) контролируемой задержкой кадров (джиттером). В результате критичным параметром в системах реального времени становится понятие задержки кадров при передаче кадра по сети (H. Kopetz, W. Steiner, K. Steinhammer, A. Ademaj, R. Obermaisser, G. Brau, Z. Zhang). ТТЕ сочетает в себе простоту передачи трафика стандартными средствами Ethernet с поддержкой QoS и достоинства передачи трафика реального времени с контролируемой задержкой кадров. Недостатками технологии ТТЕ являются:

- необходимость аппаратных вычислений константной задержки в формате кадра;

- затраты на подключение аппаратного «защитника системы»;

- снижение пропускной способности сети в случае временного конфликта между разнородным трафиком или повторной передачи кадра по вине «защитника системы».

Для выявления путей повышения эффективности компьютерных сетей используют имитационное моделирование общей архитектуры сетевых технологий, протоколов, передачи трафика по сети (J. Billington, B. Brahimi). Моделирование ставит целями верификацию новых алгоритмов и методов

передачи трафика по сети, а также сравнительную оценку эффективности разработанных алгоритмов.

Среди прочих задач моделирования особого внимания заслуживает моделирование алгоритмов в тех случаях, когда отсутствуют полные данные о поведении компонентов коммутатора в условиях, отличных от нормальной работы. Моделирование при этом проводится с целью установления соответствия алгоритмов поставленным требованиям.

Хотя наиболее эффективным инструментом имитационного моделирования компьютерных сетей является, де-факто, аппарат сетей Петри (C.A. Petri, K. Jensen, D. Marttmez, Д. А. Зайцев), технология ТТЕ ранее не исследовалась с помощью этого аппарата. Это обусловливает актуальность исследований в области моделирования процессов передачи трафика с использованием сетей Петри, учитывающих специфику технологии ТТЕ и направленных на повышение ее эффективности.

Целью работы диссертационной работы является повышение скорости передачи разнородного трафика в компьютерных сетях, совершенствование технических и эксплуатационных характеристик компьютерных сетей.

Основные задачи, решение которых необходимо для достижения цели исследования:

1. разработать метод передачи трафика в коммутаторах с поддержкой ТТЕ, обеспечивающего снижение задержки и доли потерянных пакетов, а также повышение пропускной способности сети в условиях возможных временных конфликтов между передачей разнородных кадров;

2. разработать модель компьютерной сети, отражающую обмен и взаимодействие основных устройств по технологии ТТЕ;

3. разработать модель процесса передачи трафика в коммутаторах с поддержкой ТТЕ;

4. разработать модель процесса передачи трафика на основе нового метода;

5. разработать модель генератора трафика для анализа работы коммутатора с поддержкой QoS, ТТЕ, STTE;

6. разработать аппаратную реализацию ядра коммутатора Ethernet на ПЛИС типа FPGA, использующей новый метод передачи трафика с применением при синтезе ядра методики перехода от формализации на основе сетей Петри к его описанию на языке VHDL.

Объектом исследования являются компьютерные сети Ethernet с технологией Time-Triggered Ethernet.

Предмет исследования - алгоритмы и технические средства передачи трафика жесткого реального времени в коммутаторах компьютерных сетей Ethernet.

Соответствие паспорту научной специальности. Область исследований соответствует паспорту специальности 05.13.15 - «Вычислительные машины, комплексы и компьютерные сети» по пунктам: 2 «Теоретический анализ и экспериментальное исследование функционирования вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей с целью улучшения их технико -экономических и эксплуатационных характеристик»; 5 «Разработка научных методов и алгоритмов создания структур и топологий компьютерных сетей, сетевых протоколов и служб передачи данных в компьютерных сетях, взаимодействия компьютерных сетей, построенных с использованием различных телекоммуникационных технологий, мобильных и специальных компьютерных сетей, защиты компьютерных сетей и приложений».

Область исследований соответствует паспорту специальности 05.13.05 -«Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления» по пункту: 3 «Разработка принципиально новых методов анализа и синтеза элементов и устройств вычислительной техники и систем управления с целью улучшения их технических характеристик».

Методы исследования основаны на математическом аппарате цветных временных иерархических функциональных сетей Петри, математической статистике, а также имитационном моделировании предлагаемых алгоритмов.

Научная новизна:

1. Разработан метод передачи трафика по расписанию в коммутаторах Schedule Time-Triggered Ethernet (STTE), отличающийся от известного метода TTE тем, что осуществляет доставку получателю кадров реального времени по заранее назначенному для каждого выходного порта коммутатора расписанию, и позволяющий обеспечить возможность передачи обычного кадра до момента передачи кадра реального времени, полностью исключить риск потери кадров без повышения загрузки коммутатора, упростить структуру пользовательской аппаратуры и устранить временные конфликты разнородного трафика (05.13.15, пункт 2).

2. Разработана модель компьютерной сети, отражающая обмен и логическое взаимодействие основных устройств по технологии ТТЕ, отличающаяся применением аппарата цветных временных иерархических сетей Петри, и позволяющая верифицировать алгоритмы взаимодействия и контролировать работоспособность систем, использующих технологию ТТЕ (05.13.15, пункт 5).

3. Разработана модель процесса передачи трафика в коммутаторах с поддержкой ТТЕ, использующая аппарат цветных временных иерархических сетей Петри, отличающаяся от известных динамикой поведения модели с учетом задержки кадра в коммутаторе и позволяющая оценить вероятностно-временные характеристики обработки коммутаторами разнородного трафика по технологии ТТЕ (05.13.15, пункт 5).

4. Разработана модель передачи трафика на основе предложенного метода STTE, использующая аппарат цветных временных иерархических сетей Петри, отличающаяся от известных доставкой кадров реального времени по расписанию и позволяющая верифицировать алгоритм и оценить задержку трафика, долю потерянных кадров, быстродействие и эффективную пропускную способность сети (05.13.15, пункт 5).

5. Предложена модель генератора трафика для анализа работы коммутатора с поддержкой QoS, ТТЕ, STTE, использующая аппарат цветных временных

иерархических сетей Петри, отличающаяся от известных установкой параметров трафика различных классов и позволяющая имитировать поток разнородного трафика с заданными вероятностно -временными характеристиками (05.13.15, пункт 5).

6. Разработана аппаратная реализация ядра коммутатора Ethernet на ПЛИС типа FPGA, отличающаяся применением при синтезе ядра методом передачи STTE и методикой перехода от формализации на основе сетей Петри к его описанию на языке VHDL и позволяющая экспериментально подтвердить работоспособность метода STTE, оценить временные характеристики и сложность аппаратной реализации устройства (05.13.05, пункт 3).

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Использование на практике предложенного метода передачи по расписанию в коммутаторах STTE позволяет исключить временные конфликты между разнородным трафиком, полностью исключить риск потери кадров без повышения загрузки коммутатора, упростить структуру пользовательской аппаратуры, а также повысить быстродействие сети за счет досрочной передачи стандартного трафика.

2. Обмен и логическое взаимодействие основных устройств по технологии ТТЕ: клиента, коммутатора (мастера), блока синхронизации глобального времени и коммуникационного канала, позволяют верифицировать алгоритмы взаимодействия и контролировать работоспособность систем, использующих технологию ТТЕ.

3. Применение модели передачи трафика в коммутаторах с поддержкой ТТЕ позволяет оценить эффективность передачи трафика при общей потере кадров в сети и загрузке коммутатора.

4. Применение модели передачи трафика на основе предложенного метода STTE позволяет оценить быстродействие передачи разнородного трафика, количество потерянных кадров в сети, эффективную пропускную способность сети и загрузку коммутатора.

5. Предложенная модель генератора трафика для анализа работы коммутатора с поддержкой QoS, ТТЕ, STTE позволяет имитировать поток разнородного трафика с заданными вероятностно-временными характеристиками.

6. Использование FPGA как основы отдельных компонентов коммутатора, таких как выходной порт коммутатора Ethernet, блок интерфейса Ethernet с поддержкой ТТЕ, блок передачи трафика по расписанию STTE позволяет увидеть переход от формализации на основе сетей Петри к описанию на языке VHDL, экспериментально подтвердить работоспособность метода STTE, оценить временные характеристики и сложность аппаратной реализации устройства.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод передачи трафика в коммутаторах, учитывающий доставку кадров реального времени получателю в заранее назначенные моменты времени по расписанию STTE, позволяющий обеспечить возможность передачи обычного кадра до момента передачи кадра реального времени, полностью исключить риск потери кадров без повышения загрузки коммутатора, упростить структуру пользовательской аппаратуры и устранить временные конфликты разнородного трафика.

2. Модель компьютерной сети, отражающая обмен и логическое взаимодействие основных устройств по технологии ТТЕ, и позволяющая верифицировать алгоритмы взаимодействия и контролировать работоспособность систем, использующих технологию ТТЕ.

3. Модель процесса передачи трафика в коммутаторах с поддержкой ТТЕ, позволяющая оценить вероятностно-временные характеристики обработки коммутаторами разнородного трафика по технологии ТТЕ.

4. Модель передачи трафика на основе предложенного метода STTE, позволяющая верифицировать алгоритм и оценить задержку трафика, долю потерянных кадров, быстродействие и эффективную пропускную способность сети.

5. Модель генератора трафика для анализа работы коммутатора с поддержкой QoS, ТТЕ, STTE позволяющая имитировать поток разнородного трафика с заданными вероятностно-временными характеристиками.

6. Аппаратная реализация ядра коммутатора Ethernet на ПЛИС типа FPGA, использующая при синтезе ядра метод передачи STTE и методику перехода от формализации на основе сетей Петри к его описанию на языке VHDL, позволяющая экспериментально подтвердить работоспособность метода STTE, оценить временные характеристики и сложность аппаратной реализации устройства.

Реализация и внедрение. Результаты диссертации использованы в научно-исследовательской работе «Исследование ядра A^M-контроллера и периферийных устройств для использования в составе специализированного электронного модуля» № 06/19 (соглашение № 4/2019 от 15.02.2019). Результаты работы внедрены в учебном процессе Пензенского государственного университета в рамках дисциплин «Инфокоммуникации», «Системы на кристалле на основе ПЛИС» при подготовке магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались в форме докладов на следующих конференциях: I Международной научно-практической конференции «Современные проблемы компьютерных наук» (г. Пенза, 2013), 21-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2014» (г. Зеленоград, 2014), XXI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика» (г. Санкт-Петербург, 2014), III Международной научно-практической конференции «Информационные технологии. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2015), III Ежегодной межвузовской научно -практической конференции «Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы» (г. Пенза, 2016), 15th International Scientific Conference ITMM 2016 named after A.F. Terpugov (г. Томск, 2016), XIII - XV Международных научно-технических конференциях «Новые информационные технологии и

системы» (г. Пенза, 2016 - 2018), 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing ICIEAM (г. Санкт-Петербург, 2017), Всероссийской научно-технической конференции «Информационно-управляющие и телекоммуникационные системы специального назначения» (г. Пенза, 2018).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 25 работ, в том числе 4 работы в изданиях перечня ВАК, 3 работы в изданиях, индексируемых в наукометрических базах Scopus, Web of Scince и 2 свидетельствах о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора. Все результаты исследований, положенные в основу диссертационной работы, получены автором самостоятельно. Из работ, выполненных в соавторстве, в настоящей работе использованы материалы, подготовленные лично автором. Автор разработал модель процесса передачи трафика в коммутаторах с поддержкой ТТЕ, модель передачи трафика на основе предложенного метода STTE, модель генератора трафика для анализа работы коммутатора с поддержкой QoS, ТТЕ, STTE, модель компьютерной сети, отражающей обмен и логическое взаимодействие основных устройств по технологии ТТЕ, набор шаблонов сетей Петри для моделирования передачи трафика в Ethernet, аппаратную реализацию ядра коммутатора Ethernet на ПЛИС типа FPGA, использующей метод STTE. Подготовлены работы в соавторстве с научным руководителем Конновым Н.Н., которому принадлежат идея и постановка задачи исследования метода передачи трафика STTE. Подготовлены работы в соавторстве с научным руководителем Гуриным Е.И., которому принадлежат идея и реализация стандартного обмена информацией с использованием интерфейса Ethernet на основе FPGA.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 11 6 наименований и приложения. Объем работы: 173 страницы, 83 рисунка, 11 таблиц, приложение на 5 страницах.

1. СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДАЧИ ТРАФИКА В СИСТЕМАХ ЖЕСТКОГО РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

В настоящее время самой распространенной сетевой технологией по передаче данных является технология Ethernet [1-3]. Существует много вариаций стандарта Ethernet, в том числе с поддержкой QoS [4-5]. Однако Ethernet с поддержкой QoS не обеспечивает быстрой передачи трафика реального времени, что приводит к задержке кадров (джиттера) [6-8]. Развитием технологий компьютерных сетей в распределенных системах реального времени стало появление технологии ТТЕ [9-12], позволяющей передавать трафик жесткого реального времени (управляющая информация, авионика, система сетевой синхронизации) контролируемой задержкой кадров.

ТТЕ - это коммуникационная система, объединяющая в себе технологию Ethernet и протокол Time-Triggered Protocol (TTP) [13-16]. ТТЕ поддерживает обработку распределенных данных нереального и реального времени в одной и той же сетевой среде [17-19], при этом стандартные Ethernet данные передаются по ТТЕ формату в сеть без дополнительных аппаратных и программных средств [20]. Данные нереального времени характеризуются некритичностью доставки пользователю по времени [21-22].

Распределенная встраиваемая система (рис. 1.1) состоит из компьютерных узлов (узел node) [23-24]. Каждый узел состоит из аппаратных и программных подсистем, который взаимодействует с другими узлами через сеть временно-срабатывающей связи (Time-Triggered communication) [25-26]. Структура узла подразделяется на хост-компьютер и контроллер временно-срабатывающей связи. Контроллер функционирует на основе протокола TTP [27-28]. Хост-компьютер обрабатывает функции операционной системы и прикладного программного обеспечения. Границей между хост-компьютером и контроллером связи является коммуникационный интерфейс. Этот интерфейс обеспечивает передачу сообщений и осуществляет доступ к глобальному времени.

Топологии по ТТЕ: шина, звезда и кольцо [29]. Одиночный сетевой коммуникационный канал характерен для небезопасно-критических приложений. Резервирование коммуникационных каналов в случае возникновения ошибок используется в безопасно-критических системах [30-31]. Обычно используется двухканальная коммуникационная система, где один канал предназначен для дублирования основного канала.

Сенсоры и приводы

Рисунок 1.1 - Распределенная компьютерная система и структура узла

В случае возникновения ошибок в основном канале будет использоваться резервный коммуникационный канал. Наиболее распространённая и простая топология - шина, где каждый коммуникационный канал каждого узла соединяется с помощью отдельного кабеля [17] (рис. 1.2). Эта топология поддерживает широковещательный режим, каждый узел может передавать на шину сообщения.

Хост-компьютер

Коммуникационный интерфейс

Контроллер

Хост-компьютер

Коммуникационный интерфейс

Контроллер

Хост-компьютер

Коммуникационный интерфейс

Контроллер

Рисунок 1.2 - Топология шина

В звездной топологии каждый узел подключается через центральное устройство (рис. 1.3), обеспечивается связь точка-точка. Сообщение передается от узла, проходя через центральное устройство, которое перенаправляет сообщение к выбранным узлам приемникам [17]. Основное преимущество данной топологии - возможность многоадресной передачи к выбранному подмножеству узлов, эффективно используя полосу пропускания. Другим преимуществом является усовершенствованная изоляция от ошибок, поэтому в безопасно-критических системах используется резервирование по звездной топологии.

Рисунок 1.3 - Топология звезда

Основное свойство ТТЕ - надежность системы от ошибок, сильная изоляция от ошибок. Сбой происходит, когда система отклоняется от выполнения обычных действий. Ошибка является частью системного состояния, которое может привести к полному отказу системы. Защита от ошибок бывает разного рода: физическая ошибка узла (разрыв провода, ошибка микросхемы), программная ошибка, ошибка аппаратного обеспечения (сбой аппаратуры). Поэтому в ТТЕ закладывается набор ошибочных гипотез [32].

Ошибочная гипотеза является объединением типичных ошибок в узлах, которые могут привести к сбою системы. Ошибочная гипотеза используется в

безопасно-критических системах и является центральным понятием отказоустойчивых механизмов в ТТЕ [7,17]. Для ТТЕ ошибочные гипотезы подразделяются на ошибки, которые проверяют отказоустойчивые механизмы системы и внешние ошибки на уровне приложения (алгоритмическая избыточность, аварийное отключение при отказе).

Следующее свойство - глобальное время [10, 33]. Все локальные часы узлов строго синхронизированы с глобальным временем системы. Деление часов -микротики, которые высчитывают время. В системе предусмотрено смещение относительно вычисленного времени и точность П часов, с которой часы должны считать. Глобальное время отказоустойчиво. После выполнения шага инициализации синхронизации ТТЕ, все узлы должны работать с глобальным временем на протяжении всего времени.

Следующее свойство - различие срабатывания в случае передачи сообщений или выполнения задач в системе. Различают срабатывание по времени (time trigger ТТ) и срабатывание по событию (event trigger ЕТ) [12, 34-35]. Срабатывание по событию является управляющим сигналом, который возникает по событию в системе. Событие может возникнуть либо от деятельности в целой системе (создание/удаление задачи), либо от изменения состояния в контролируемом объекте (считывание информации об изменении с сенсоров).

Срабатывание по времени является управляющим сигналом, который создается в некоторой временной точке синхронизированного глобального времени. Срабатывание по времени возникает при изменении глобального времени, которое обеспечивается сервисом синхронизации часов.

1.1 Множественный доступ с временным разделением TDMA

Управление доступом к среде осуществляется на основе множественного доступа с временным разделением (TDMA Time Division Multiple Access). TDMA разделяется на количество слотов (таймслот), каждому узлу присваивается уникальный слот. Коммуникационная деятельность каждого узла контролируется

расписанием каждого узла. Набор слотов объединяются в TDMA-раунды [7,3637]. Последовательность TDMA-раундов объединяется, образуя цикл кластера (рис. 1.4).

Технология ТТЕ была разработана в Венском технологическом университете ученым Hermann Kopetz. ТТЕ позволяет передавать трафик реального времени (ТТ-сообщения) и нереального времени (ЕТ-сообщения) [7,17].

Другие

Другие

Другие

Другие

Канал А Канал В

Узел А пакеты 1 1 1 Узел А пакеты 1 1 1 Узел А пакеты 1 1 1 Узел А пакеты 1 1 1

ml, m2, m3 ml, тб, т8 ml, m2, гп4 ml, mS, тб

гп1, гп2, тЗ ml, тб, гп8 ml, m2, m4 ml, т5, тб

TDM/ 1 1 1 ^-роуид 1 1 1 Цикл кло л ер а 1 1 1 1 1 1

Время

Рисунок 1.4 - Множественный доступ с временным разделением TDMA

Все сообщения передаются по одной и той же физической среде Ethernet. ЕТ-сообщения не синхронизированы, они могут создавать временные конфликты с ТТ-сообщениями. ТТ-сообщения имеют идентификатор, который их отличает от других сообщений. Коммутатор ТТЕ определяет момент приема ТТ-кадра с помощью идентификатора в кадре и приостанавливает передачу всех ЕТ-кадров, до тех пор, пока не обслужиться ТТ-кадр. Таким образом, возникает следующее преимущество: минимальная константная задержка при передаче ТТ-кадра хранится в структуре кадра, и с ее помощью достигается минимальное отклонение задержки (джиттер) на выходе коммутатора. Для распределенных систем реального времени это преимущество является главным, поскольку доставка кадров реального времени может быть критична для работоспособности всей системы. ТТЕ обеспечивает гарантированную доставку информации жесткого реального времени с точностью до микросекунды [7, 38].

1.2 Организация сети по технологии ТТЕ

ТТЕ стандартизован SAE. Стандарт SAE AS6802 был разработан в 2010 году [39]. В распределённых конечных системах и коммутаторах отказоустойчивость осуществляется по концепции ТТЕ. На сегодняшний день механизмы функционирования сетей ТТЕ находят широкое применение в современных бортовых системах управления мобильными объектами (авиация, автомобили, спутники) [40-42]. Поэтому ТТЕ был стандартизирован объединением инженеров американской автомобильной индустрии SAE, поскольку затрагиваются вопросы разработки новых механизмов и повышения быстродействия в бортовых системах управления.

ТТЕ сеть состоит из конечных пользовательских систем, коммутаторов и двунаправленных коммуникационных связей, направленных к каждому устройству. Конечная пользовательская система и коммутатор могут объединяться, образуя отдельное устройство. В ТТЕ используются три различные роли для синхронизации: синхронизированный мастер (СМ), синхронизированный клиент (СК) и мастер сжатия задержки (СЗМ) [9, 43]. СЗМ вычисляет глобальное время. СМ запускает процесс инициализации системы. СК принимает полученное глобальное время. Синхронизация устройств зависит от обмена информацией между этими устройствами. Обмен кадров с параметрами синхронизации обеспечивается протоколом кадров управления (Protocol Control Frames PCF) [7,9]. Протокол кадров управления представляет собой многоступенчатый алгоритм, и в конечном итоге посылается сообщение о новом глобальном времени всем СК и СМ. Схематично работа протокола кадров управления представлена на рис. 1.5.

Глобальное время вычисляется по алгоритму: каждый СМ отправляет PCF-кадр к СЗМ в начале цикла кластера, СЗМ собирает все PCF-кадры с параметром глобального времени и вычисляет новое глобальное время, по которому устанавливаются все локальные часы устройств, СЗМ отправляет широковещательную рассылку PCF-кадра с новым глобальным временем. В

моделях диссертации этот протокол не рассматривается и считается, что требуемое глобальное время известно коммутатору.

Рисунок 1.5 - Работа протокола кадров управления

1.3 Виды трафика и формат кадра

ТТЕ предусматривает работу с различными видами трафика. ТТЕ различает следующие виды трафика: трафик реального времени (ТТ-трафик), обычный (эластичный) трафик Ethernet (ЕТ-трафик) и ограниченный по скорости трафик. ТТ-кадры отличаются типом в формате кадра, имеют поле глобального времени/задержки в формате кадра [7, 44]. ТТ-кадры жестко синхронизированы. Они имеют минимальную задержку. ТТ-кадры оптимально подходят для обработки трафика жесткого реального времени в распределенных системах.

ЕТ-трафик является стандартным трафиком по Ethernet. Здесь не гарантируется передача с минимальной задержкой, тем самым на выходе коммутатора может наблюдаться большой разброс задержек. ЕТ-трафик имеет меньший приоритет по сравнению с ТТ-трафиком. Передача ЕТ-трафика может привести к временным конфликтам в коммутаторе. Ограниченный по скорости трафик является разновидностью трафика по ARINC 664 (продолжением развития QoS) [45-46]. Поэтому ЕТ-трафик и ограниченный по скорости трафик в

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Никишин Кирилл Игоревич, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Олифер, В.Г., Олифер, Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - 4-е изд. - СПб.: Питер, 2010. - 943 с.

2. Кучерявый, Е.А. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет / Е.А. Кучерявый. - СПб.: Наука и Техника, 2004. - 336 с.

3. Олифер, В.Г., Олифер, Н.А. Базовые технологии локальных сетей [Электронный ресурс] / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. Режим доступа: http://citforum.ru/nets/protocols2/index.shtml. Дата доступа: 31.01.2019.

4. Яновский, Г.Г. Качество обслуживания в сетях IP. / Г.Г. Яновский. // Вестник связи. №1, 2008. - С. 65-74.

5. Vegesna, S. IP Quality of Service / S. Vegesna. Cisco press, 2001 - 368 p.

6. Ishak, M. H., Herrmann, G., Pearson, M. Reducing delay and jitter for realtime control communication in Ethernet / M. H. Ishak, G. Herrmann, M. Pearson // Transactions on Advanced Communications Technology. - 2013. - p. 162-168.

7. Kopetz, H. Real-time systems design principles for distributed embedded applications / H. Kopetz. - New York: Springer, 2011. - 396 р.

8. Laplante, P. A. Real-time systems design and analysis / P. A. Laplante. -IEEE Press, 2004. - 499 р.

9. Kopetz, H., Bauer, G. The Time-Triggered architecture / H. Kopetz, G. Bauer // In Proceedings of the IEEE. - 2003. - p. 112-126.

10. Kopetz, H., Ademaj, A., Grillinger, P., Steinhammer K. The Time-Triggered Ethernet (TTE) design/H. Kopetz, A. Ademaj, P. Grillinger, K. Steinhammer //International Symposium on Object-oriented Real-time Distributed Computing. -2005. - P. 22-33.

11. Разработки и продукты Time-Triggered Ethernet [Электронный ресурс] - Режим доступа: //https://www.tttech.com. Дата доступа: 31.01.2019.

12. Steinhammer, K., Grillinger, P, Ademaj, A., Kopetz H. A Time-Triggered Ethernet (TTE) switch /K. Steinhammer, P. Grillinger, A. Ademaj, H. Kopetz // In Proc. of the Conference on Design, Automation and Test in Europe. - 2006. - p. 794-799.

13. Elmenreich, W., Ipp, R. Introduction to TTP/C and TTP/A / W. Elmenreich, R. Ipp // In Proceedings of the Workshop on Time-Triggered and RealTime Communication. - Switzerland. - 2003. - p. 1-9.

14. Elmenreich, W., Haidinger, W., Kirner, R., Losert, T., Obermaisser, R., T^dhandl, C.TTP/A smart transducer programming - A beginner's guide / W. Elmenreich, W. Haidinger, R. Kirner, T. Losert, R. Obermaisser, C. T^dhandl // Research Report 1-3/182-1, 1040, Vienna, Austria, 2005.

15. Elmenreich, W. Time-triggered fieldbus networks - state of the art and future applications / W. Elmenreich // Proc. IEEE on Object Oriented Real-Time Distributed Computing. - Orlando: USA. - 2008. - p. 436-442.

16. Steiner, W. Synthesis of static communication schedules for mixed criticality systems / W. Steiner // 14th IEEE International Symposium on Object/Component/Service-Oriented Real-Time Distributed Computing Workshops. -2011. - p. 11-18.

17. Obermaisser, R. Event-triggered and time-triggered control paradigms / R. Obermaisser // Boston: Springer. - 2005. - 164 p.

18. Pedreiras, P., Gai, P., Almeida, L., Buttazzo G. C. FTT-Ethernet: a flexible real-time communication protocol that supports dynamic QoS management on Ethernet-based systems / P. Pedreiras, P. Gai, L. Almeida, G. C. Buttazzo // IEEE Transactions on industrial informatics. - 2005. - Vol. 1. - №3. - p. 162-172.

19. Steiner, W., Bauer, G., Hall, B., Paulitsch, M., Varadarajan, S. TTEthernet dataflow concept / W. Steiner, G. Bauer, B. Hall, M. Paulitsch, S. Varadarajan // Eighth IEEE International Symposium on Network Computing and Applications. - 2009. - p. 319-322.

20. Kopetz, H. Communication method and system for the transmission of time-driven and event-driven Ethernet messages / H. Kopetz // Patent Application Publication No.: US 2005/0117596A1. Pub. date: June 2, 2005.

21. Huber, B., Obermaisser, R. Platform modeling in safety-critical embedded systems / B. Huber, R. Obermaisser // In ntelligent Technical Systems, Series: Lecture Notes in Electrical Engineering. - 2009. - Vol. 38. - p. 145-158.

22. Peti, P., Obermaisser, R. A diagnostic framework for integrated time-triggered architectures / P. Peti, R. Obermaisser // In Proceedings of the 9th IEEE International Symposium on Object-oriented Real-time distributed Computing. - 2006.

- p. 539-549.

23. Leen, G., Heffernan, D. TTCAN: a new time-triggered controller area network / G. Leen, D. Heffernan // Microprocessors and microsystems. - 2002. -26(2). - p. 77-94.

24. Heiner, G., Thurner, T. Time-triggered architecture for safety-related distributed real-time systems in transportation systems / G. Heiner, T. Thurner // In Proc. of the Twenty-Eighth Annual Int. Symposium on Fault-Tolerant Computing. -1998. - p. 402-407.

25. Paulitsch, M., Schmidt, E., Gs^ttenbauer, B., Scherrer, C., Kantz, H. Time-triggered communication (industrial applications) / M. Paulitsch, E. Schmidt, B. Gs^ttenbauer, C. Scherrer, H. Kantz // In Time-Triggered Communication: CRC Press.

- 2011. - p. 121-152.

26. Kopetz, H., Steiner, W., Bauer, G., Wachter, M., Hall, B., Paulitsch, M. Communication method and apparatus for the efficient and reliable transmission of TTEthernet messages / H. Kopetz, W. Steiner, G. Bauer, M. Wachter, B. Hall, M. Paulitsch // Patent Application Publication No.: US 8396934B2. Pub. date: Mar. 12, 2013.

27. Steinhammer, K., Ademaj, A. Hardware implementation of the Time-Triggered Ethernet controller / K. Steinhammer, A. Ademaj // In Embedded System Design: Topics, Techniques and Trends. IFIP. - 2007. - Vol. 231 - p. 325-338.

28. Brau, G., Pagetti, C. TTEthernet-based architecture simulation with Ptolemy II / G. Brau, C. Pagetti // 6th Junior Researcher Workshop on Real-Time Computing. - 2012. - p. 29-32.

29. Cen, F., Xing, T., Wu, K.-T. Real-time performance evaluation of line topology switched Ethernet / F. Cen, T. Xing, K.-T. Wu // International Journal of Automation and Computing 05(4). - 2008. - p. 376-380.

30. Tamas-Selicean, D., Pop, P., Steiner, W. Synthesis of communication schedules for TTEthernet-based mixed-criticality systems / D. Tamas-Selicean, P. Pop, W. Steiner // Proceedings of the eighth IEEE/ACM/IFIP international conference on Hardware/software codesign and system synthesis. - 2012. - p. 473-482.

31. Wurmbach, C., Schmidt, M., Obermaisser R. Dynamic Resource Allocation of Switched Ethernet Networks in Embedded Real-Time Systems / C. Wurmbach, M. Schmidt, R. Obermaisser // Information Technology in Biomedicine. -2019. - p.353-364.

32. Obermaisser, R., Peti, P. A fault hypothesis for integrated architectures / R. Obermaisser, P. Peti // In Proceedings of the 4th International Workshop on Intelligent Solutions in Embedded Systems. - 2006. - p. 47-64.

33. Steiner, W., Dutertre, B. SMT-based formal Verification of a TTEthernet synchronization function / W. Steiner, B. Dutertre // Springer FMICS. - 2010. - p. 148163.

34. Nahas, M., Bautista-Quintero, R. Implementing adaptive time-triggered cooperative scheduling framework for highly-predictable embedded systems / M. Nahas, R. Bautista-Quintero // American Journal of Embedded Systems and Applications. -2014. - 2(4). - p.38-50.

35. Suethanuwong, E. Scheduling time-triggered traffic in TTEthernet systems / E. Suethanuwong // In Emerging Technologies Factory Automation. - 2012. - p. 1-4.

36. Федюкин В., .Бондарев Л., Клепиков В. Распределенная архитектура перспективных встроенных систем управления / В. Федюкин, Л. Бондарев, В. Клепиков // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - 2007. - № 6. - С.60 - 65.

37. Никишин, К.И. Перспективность использования технологии Time-Triggered Ethernet / К.И. Никишин // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - Воронеж, 2015. - Том 3. - № 8-1 (191). - С. 90-92.

38. Steiner, W., Dutertre, B. Automated formal Verification of the TTEthernet synchronization quality /W. Steiner, B. Dutertre // Springer NFM. - 2011. - p. 375-390.

39. SAE Standard AS 6802: Time-Triggered Ethernet - SAE International. -2011. - P. 108.

40. Zhang, Z., Eyisi, E., Koutsoukos, X., Porter, J., Karsai, G., Sztipanovits, J. A co-simulation framework for design of time-triggered automotive cyber physical systems / Z. Zhang, E. Eyisi, X. Koutsoukos, J. Porter, G. Karsai, J. Sztipanovits // Simulation Modelling Practice and Theory 43. - 2014. - P. 16-33.

41. Eramo, V., Lavacca, F. G., Valente, F., Pisculli, A., Caporossi, S. Simulation and experimental evaluation of a flexible Time Triggered Ethernet architecture applied in satellite nano/micro launchers / V. Eramo, F. G. Lavacca, F. Valente, A. Pisculli, S. Caporossi// Aerospace. - 2018. - 5, 84. - p. 1-19.

42. Hamadou, S., Gherbi, A., Mullins, J., Beji, S. A time-triggered constraint-based calculus for avionic systems / S. Hamadou, A. Gherbi, J. Mullins, S. Beji // Proceedings of the 2015 IEEE International Symposium on Object/Component/Service-Oriented Real-Time Distributed Computing Workshops. - 2015. - p. 58-65.

43. Tamas-Selicean, D., Pop, P., Steiner, W. Design optimization of TTEthernet-based distributed real-time systems / D. Tamas-Selicean, P. Pop, W. Steiner // Real-time systems. Springer - 2015. - p. 1-35.

44. Craciunas, S.S., Oliver, R.S., Ecker, V. Optimal static scheduling of realtime tasks on distributed time-triggered networked systems / S.S. Craciunas, R.S. Oliver, V. Ecker // Proceedings of the 2014 IEEE Emerging Technology and Factory Automation (ETFA). - 2014. - p. 1-8.

45. Zhang, S., Li, Z., Wang, N., Wan, H. An offline equivalence scheduling technique for Time-Triggered Ethernet /S. Zhang, Z. Li, N. Wang, H. Wan// International Conference on Communications and Broadband Networking. - 2018. - p. 65-70.

46. Xiang, Y., Wang, W., Zhang, X., Li, Z. Performance research on time-triggered Ethernet based on network calculus / Y. Xiang, W. Wang, X. Zhang, Z. Li // Journal on Wireless Communications and Networking. - 2014. - p. 1-9.

47. Описание стандарта IEEE 802.1q [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/IEEE 802.1Q. Дата доступа: 31.01.2019.

48. Никишин, К.И. Моделирование сетями Петри коммуникационного оборудования Time-Triggered Ethernet / К.И. Никишин, Н.Н. Коннов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2017. - № 2 (22). - C. 222-236.

49. Suethanuwong, E. Message fragmentation of event-triggered traffic in TTEthernet systems using the Timely Block method / E. Suethanuwong // International Conference on Computational Techniques in Information and Communication Technologies. - 2016. Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org/document/7514623. Дата доступа: 31.01.2019.

50. Никишин, К.И. Разработка защитника системы Time-Triggered Ethernet / К.И. Никишин // Новые информационные технологии и системы : сб. науч. тр. XIII Междунар. науч.-техн. конф. : - Пенза : Изд-во ПГУ, 2016. - С. 176179.

51. Heilmann, F., Fohler, G. Impact of time-triggered transmission window placement on rate-constrained traffic in TTEthernet networks / F. Heilmann, G. Fohler // ACM SIGBED. - 2018. - Vol. 15. - Issue 3. p. 7-12.

52. Заборовский, В.С., Ильяшенко, А.С., Мулюха, В.А. Имитационное моделирование телематических систем. Учебное пособие / В.С. Заборовский, А.С. Ильяшенко, В.А. Мулюха - СПб: Изд-во СПбГПУ, 2013. - 58 c.

53. Винтураль, К. П., Пономарев, Д.Ю. Анализ вероятностно-временных характеристик сети по доставке контента. / К.П. Винтураль, Д.Ю. Пономарев // Вестник СибГУ им. М.Ф. Решетнева. - Красноярск: СибГУ им. М.Ф. Решетнева, 2009. - С. 64-68.

54. Packet Tracer Network Simulator / A. Jesin. Packt Publishing Ltd, 2014. -

134 p.

55. Молочков, В.П. Работа в программе Cisco Packet Tracer [Электронный ресурс]/ В.П. Молочков - М.: Национальный Открытый Университет

"ИНТУИТ", 2016. Режим доступа:

http://www.intuit.ru/studies/courses/3549/791/info. Дата доступа: 31.01.2019.

56. Steinbach, T., Dieumo Kenfack, H., Korf, F., Schmidt, T. C. An extension of the OMNeT++ INET framework for simulating real-time Ethernet with high accuracy / T. Steinbach, H. Dieumo Kenfack, F. Korf, T. C. Schmidt // Proceedings of the 4th International ICST Conference on Simulation Tools and Techniques. - 2011. -p. 375-382.

57. Бражник, А.Н. Имитационное моделирование: возможности GPSS World / А.Н. Бражник - СПб.: Реноме, 2006. - 439 с.

58. Алиев, Т.И. Погрешности моделирования высоконагруженных систем в GPSS World / Т.И. Алиев // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. №1 (83). - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2013 - С. 70-75.

59. Ammar, M., Ouchani, S., Ait Mohamed, O. Symmetry reduction of Time-Triggered Ethernet protocol / M. Ammar, S. Ouchani, O. Ait Mohamed // Procedia Computer Science 19. - 2013. - p. 273-280.

60. Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в MatLab, SimPowerSystems и Simulink. / И.В. Черных. - М.: ДМК Пресс, 2014. -288 с.

61. Дьяконов, В. Simulink 4. Специальный справочник / В. Дьяконов. -СПб.: Питер, 2002. - 528 с.

62. Apte A. Modeling System Architecture and Resource Constraints Using Discrete-Event Simulation [Электронный ресурс]/ A. Apte. Режим доступа: www.mathworks.com/company/newsletters/articles/modeling-system-architecture-and-resource-constraints-using-discrete-event-simulation.html. Дата доступа: 31.01.2019.

63. Гулиус, В.А. Интеллектуальная модель системы массового обслуживания с очередью типа D/D/1 в среде SimEvents (MATLab/SimuLink) [Электронный ресурс]/ В.А. Гулиус. Режим доступа: http://model.exponenta.ru/cl_gva_02.html. Дата доступа: 31.01.2019.

64. Гулиус, В.А. Имитационная модель коммутатора [Электронный ресурс]/ В.А. Гулиус. Режим доступа: http://model.exponenta.ru/cl gva 03.html. Дата доступа: 31.01.2019.

65. Вашкевич, Н.П. Синтез микропрограммных управляющих автоматов: Учеб. пособие / Н.П. Вашкевич. - Пенза: Пенз. политехн. ин-т, 1990. - 115 с.

66. Вашкевич, Н.П. Недетерминированные автоматы в проектировании систем параллельной обработки: учебное пособие / Н.П. Вашкевич. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2004 г. - 280 с.

67. Вашкевич, Н.П., Бикташев, Р.А. Недетерминированные автоматы и их использование для реализации систем параллельной обработки информации: Монография - Пенза: Ид-во ПГУ, 2016, - 394 с.

68. Дубинин, В.Н., Зинкин, С.А. Сетевые модели распределенных систем обработки, хранения и передачи данных: Монография / В.Н. Дубинин, С.А. Зинкин - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2013. - 452 с.

69. Jensen, K. An Introduction to the Practical Use of Coloured Petri Nets / K. Jensen // Lectures on Petri Nets II: Applications - Berlin: Springer, 1998. - pp. 237-292.

70. Jensen, K., Kristensen, L.M. Coloured Petri Nets. Modelling and Validation of Concurrent Systems / K. Jensen, L.M. Kristensen. - Berlin: Springer, 2009. - 384 р.

71. Описание программы CPN Tools [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://cpntools.org/. Дата доступа: 31.01.2019.

72. Зайцев, Д.А. Сети Петри и моделирование систем. Метод. указания к практическим занятиям и лаб. работам / Д.А. Зайцев - Одесса: ОНАС им. А.С. Попова, 2007. - 42 с.

73. Зайцев, Д.А., Шмелева, Т.Р. Моделирование телекоммуникационных систем в CPN Tools / Д.А. Зайцев, Т.Р. Шмелева - Одесса: ОНАС им. А.С. Попова, 2009. - 72 с.

74. Воробиенко, П.П., Гуляев, К.Д., Зайцев, Д.А., Шмелева, Т.Р. Оценка эффективности технологии PBB с помощью раскрашенных сетей Петри / П.П.

Воробиенко, К.Д. Гуляев, Д.А. Зайцев, Т.Р. Шмелева // Зв'язок, 4 (88), 2009. - С. 39-44.

75. Zaitsev, D.A., Shmeleva, T.R. Switched Ethernet Response Time Evaluation via Colored Petri Net Model / D.A. Zaitsev, T.R. Shmeleva // Proc. of International Middle Eastern Multiconference on Simulation and Modelling. -Alexandria, 2006. - pp. 68-77.

76. Никишин, К.И. Механизм управления трафиком реального времени в коммутаторе Ethernet / К.И. Никишин // Вестник компьютерных и информационных технологий». - 2015. - №10. - С. 32-37.

77. Nikishin, K. Scheduling queues in the Ethernet switch, considering the waiting time of frames / E. Kizilov, N. Konnov, K. Nikishin, D. Pashchenko, D. Trokoz // MATEC Web of Conferences. - 2016. - Vol. 44. - P. 01011-p.1-01011-p 5.

78. Никишин, К.И. Учет времени поступления кадров для управления очередями в коммутаторе / Е. А. Кизилов, Н. Н. Коннов, В. Б. Механов, К. И. Никишин // Телематика-2014» : тр. XXI Всерос. науч.-метод. конф. (Санкт-Петербург, 23-24 июня 2014 г.). - СПб. : СПбГУ ИТМО, 2014. - С. 134-136.

79. Никишин, К.И. Разработка устройства диспетчеризации очередей для телекоммуникационных систем / К.И. Никишин // Вестник Пензенского государственного университета. - 2016. - № 1 (13). - C. 41-43.

80. Кизилов, Е.А., Коннов, Н.Н., Патунин, Д.В. Анализ алгоритмов динамической диспетчеризации очередей в коммутаторах c поддержкой QoS / Е. А. Кизилов, Н. Н. Коннов, Д. В. Патунин // Новые информационные технологии и системы : сб. науч. ст. XIII Междунар. науч. -техн. конф. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2016. - С. 166-169.

81. Никишин, К.И. Моделирование алгоритмов виртуального тайм слота в коммутаторе Ethernet / М.Н. Коннов, В.Б. Механов, К.И. Никишин // Современные проблемы компьютерных наук: тр. I Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - С. 49-52.

82. Villapol, M.E., Billington, J. Modelling and Initial Analysis of the Resource Reservation Protocol using Coloured Petri Nets / M.E. Villapol, J.

Billington, 2000. Режим доступа:

http://www.ciens.ucv.ve/mvillap/Papers/RSVPModel.pdf. Дата доступа: 31.01.2019.

83. Brahimi, B., Aubrun, C., Rondeau, E. Integrated Approach based on High Level Petri Nets for Evaluating Networked Control System / B. Brahimi, C. Aubrun, E. Rondeau // Control and Automation. - 2008. - pp. 1118 - 1123.

84. Brahimi, B., Aubrun, C., Rondeau, E. Modelling and Simulation of Scheduling Policies Implemented in Ethernet Switch by Using Coloured Petri Nets / B. Brahimi, C. Aubrun, E. Rondeau // 11th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, 2006. - pp. 667 - 674.

85. Brahimi, B. Aubrun, C., Rondeau, E. Network calculus based FDI approach for switched Ethernet architecture [Электронный ресурс] / B. Brahimi,

C. Aubrun, E. Rondeau // 6th IFAC Symposium on Fault Detection «Supervision and Safety of Technical Processes». - 2006. Режим доступа: https://arxiv.org/ftp/cs/papers/0610/0610024.pdf. Дата доступа: 31.01.2019.

86. Martrmez, D.,Gonzarlez, A.,Blanes, F., Aquino, R., Simo, J.,Crespo, A. Formal Specification and design techniques for wireless sensor and actuator networks /

D. Martrmez, A. Gonzarlez, F. Blanes, R. Aquino, J. Simo, A. Crespo // Sensors. -

2011. - 11. - p. 1059-1077.

87. Никишин, К.И. Усовершенствованный механизм передачи трафика жесткого реального времени в сети ETHERNET / К.И. Никишин, Н.Н. Коннов,

E.И. Гурин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2018. - № 4. - С. 28-38.

88. Механов, В.Б., Кизилов, Е.А., Коннов, Н.Н. Преобразование конечного автомата в цветную сеть Петри /В.Б. Механов, Е.А. Кизилов, Н.Н. Коннов//ХУШ Всерос.науч.-метод. конф.- СПбГУ ИТМО, 2011. - С. 238-240.

89. Механов, В.Б., Коннов, Н.Н., Кизилов, Е.А. Моделирование поведения недетерминированного конечного автомата средствами пакета CPN Tools / В. Б. Механов, Н. Н. Коннов, Е. А. Кизилов // Новые информационные технологии и системы : тр. X Между-нар. науч.-техн. конф. Пенза : Изд-во ПГУ,

2012. - Ч. 2. - С. 283-286.

90. Nikishin, K. Modelling of systems using Time-Triggered Ethernet / K. Nikishin, N. Konnov, D. Pashchenko // Springer Information Technologies and Mathematical Modelling - Queueing Theory and Applications. - 2017. - Vol. 638 of the series Communications in Computer and Information Science. - P. 303-314.

91. Никишин, К.И. Моделирование систем на базе технологии Time -Triggered Ethernet / К.И. Никишин, Н.Н. Коннов, Д.В. Пащенко // Информационные технологии и математическое моделирование: материалы XV Междун. конф. имени А. Ф. Терпугова. - Томск : Изд-во Том. ун-та, 2016. - Ч. 2. -C. 117-122.

92. Никишин, К.И. Основные принципы сетевой технологии Time-Triggered Ethernet / К.И. Никишин // Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы: сб. ст. III ежегод. межвуз. науч.-практ. конф. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2016. - С. 166-169.

93. Никишин, К.И. Разработка системы Time-Triggered Ethernet / К.И. Никишин // Новые информационные технологии и системы : сб. науч. тр. XIII Междунар. науч.-техн. конф. : - Пенза : Изд-во ПГУ, 2016. - С. 174-176.

94. Nikishin, K. Implementation of Time-Triggered Ethernet using colored Petri net [Электронный ресурс] / K. Nikishin, N. Konnov, D. Pashchenko // Industrial Engineering, Applications and Manufacturing ICIEAM. - 2017. Режим доступа: //http://ieeexplore.ieee.org/ document/8076387/. Дата доступа: 31.01.2019.

95. Никишин, К.И. Генератор трафика Ethernet на основе цветных сетей Петри / К.И. Никишин, Н.Н. Коннов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2016. - № 1 (17). - C. 299-307.

96. Никишин, К.И. Моделирование трафика сети Ethernet цветными сетями Петри / Н.Н. Коннов, К.И. Никишин, А.Л. Домнин // Современные проблемы компьютерных наук: тр. I Междунар. науч. -практ. конф. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - С. 120-123.

97. Никишин, К.И. Моделирование сетевого трафика в пакете CPN Tools / Ю.Ю. Аладьев, К.И. Никишин// Новые информационные технологии и системы :

сб. науч. тр. XIV Междунар. науч.-техн. конф. : - Пенза : Изд-во ПГУ, 2017. - С. 128-132.

98. Петров, В.В. Структура телетрафика и алгоритм обеспечения качества обслуживания при влиянии эффекта самоподобия: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.12.13 / Петров Виталий Валерьевич. -М., 2004. - 198 с.

99. Гурин, Е.И. Системы на кристалле с процессорными ядрами на основе ПЛИС: Учеб. пособие / Е.И. Гурин. - Пенза: Пенз. гос. унив., 2009. - 175 с.

100. Гурин, Е. И. Построение систем на кристалле с подчиненным процессорным ядром Microblaze на ПЛИС фирмы Xilinx / Е.И. Гурин // Компоненты и технологии. - 2007. - -№ 9. - С. 115-118.

101. Зотов, В. Ю. Проектирование встраиваемых микропроцессорных систем на основе ПЛИС фирмы Xilinx / В. Ю. Зотов. - М.: Телеком, 2006. -520 с.

102. Гурин, Е.И. Использование логического анализатора Chipscope Pro для отладки цифровых устройств на плис фирмы Xilinx / Е.И. Гурин // Компоненты и технологии. - 2007. - № 7. - С. 108-112.

103. Описание работы с программными средами фирмы Xilinx [Электронный ресурс] - Режим доступа: http:// xilinx .com/. Дата доступа: 31.01.2019.

104. Никишин, К.И. Разработка выходного порта коммутатора Ethernet на базе ПЛИС / К.И. Никишин // Информационные технологии. Проблемы и решения: сб. материалов III Междунар. науч.-практ. конф. - Уфа : Изд-во Восточная печать, 2015. - Том 2. - C 201 - 204.

105. Еремин, В.В., Лапшин, М.В. Многопроцессорные системы на основе ПЛИС /В. В. Еремин, М. В. Лапшин // Вопросы радиоэлектроники. - 2017. - № 2. - С. 30-34.

106. Шагурин, И. И. Системы на кристалле. Особенности реализации и перспективы применения / И. И. Шагурин // Электронные компоненты. -2009. -№ 1. - С. 37-39.

107. Зотов, В.Ю. Реализация аппаратной платформы микропроцессорной системы, проектируемой на основе ядра MicroBlaze, в ПЛИС семейств FPGA фирмы Xilinx / В.Ю. Зотов // Компоненты и технологии. - 2004. - № 9.

108. Никишин, К.И. Аппаратная конфигурация ПЛИС типа FPGA с использованием интерфейса Ethernet для обмена информацией / К.И. Никишин // Новые информационные технологии и системы : сб. науч. тр. XIV Междунар. науч.-техн. конф. : - Пенза : Изд-во ПГУ, 2017. - С. 117-121.

109. Никишин, К.И. Обмен информацией с использованием интерфейса Ethernet на основе ПЛИС типа FPGA / К.И. Никишин // Новые информационные технологии и системы : сб. науч. тр. XIV Междунар. науч. -техн. конф. : - Пенза : Изд-во ПГУ, 2017. - С. 121-123.

110. Максфилд, К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца / K. Максфилд. -М.: ДОДЭКА, 2007. - 408 с.

111. Вашкевич, Н.П. Аппаратная реализация функций синхронизации параллельных процессов при обращении к разделяемому ресурсу на основе ПЛИС / Н.П. Вашкевич, Р.А. Бикташев, Е.И. Гурин // Известия вузов. Поволжский регион. Технические науки. - № 2. - 2007. - С. 3-12.

112. Никишин, К.И. Реализация Schedule Time-Triggered Ethernet с использованием ПЛИС / К.И. Никишин, Е.И. Гурин, Н.Н. Коннов // Новые информационные технологии и системы : сб. науч. тр. XV Междунар. науч. -техн. конф. : - Пенза : Изд-во ПГУ, 2018. - С. 200-203.

113. Никишин, К.И. Оценка характеристик трафика при передаче кадров по расписанию STTE в коммутаторах Ethernet / К.И. Никишин // Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы: сб. ст. VI всерос. межвуз. науч.-практ. конф. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2019. - С. 7476.

114. Никишин, К.И. Отладка ПЛИС способа STTE с использованием логического анализатора / К.И. Никишин, Е.И. Гурин // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : сб. науч. тр. XXXIII Междунар. науч.-техн. конф. : - Пенза : Изд-во ПГУ, 2019. - С. 288-293.

115. Petri, C.A. Nets, time and space / C.A. Petri // Theoretical Computer Science. - 1996. - 153. - p. 3-48.

116. Заявка на изобретение «Способ передачи Ethernet сообщений в распределенной системе жесткого реального времени» № 2018117363 от 10.05.2018 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Акты о внедрении результатов диссертационной работы

Проректа

УТВЕРЖДАЮ учебной деятельности ВО «Пензенский кый университет» .Б. Механов

2019 г.

ы на соискание

АКТ

о внедрении в учебный процесс результатов диссертг

ученой степени кандидата техническихТшук НИКИШИНА Кирилла Игоревича на тему: «МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ТРАФИКА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫМИ СЕТЯМИ»

Полученные в диссертационной работе НИКИШИНА Кирилла Игоревича (научные руководители - кандидат технических наук, профессор кафедры «Вычислительная техника» Коннов H.H., доктор технических наук, профессор кафедры «Вычислительная техника» Турин Е.И.) научные результаты внедрены в учебный процесс магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» по дисциплинам «Инфокоммуникации», «Системы на кристалле на основе ПЛИС».

Результаты диссертационной работы НИКИШИНА Кирилла Игоревича - модель генератора трафика для анализа работы коммутатора с поддержкой QoS, ТТЕ, модель телекоммуникационного оборудования, отражающая обмен и взаимодействие основных устройств по технологии ТТЕ, модель процесса передачи трафика в коммутаторах с поддержкой ТТЕ, модель передачи трафика кадров реального времени с доставкой по расписанию STTE, использующие аппарат цветных временных иерархических функциональных сетей Петри, применялись в лабораторном практикуме дисциплины «Инфокоммуникации» магистерской программы по направлению 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» на кафедре «Вычислительная техника».

Результаты диссертационной работы НИКИШИНА Кирилла Игоревича -аппаратная архитектура ядра коммутатора Ethernet, реализующая способ передачи трафика кадров реального времени с доставкой по расписанию STTE с использованием FPGA применялась при проведении лабораторных занятий по изучению принципов подключения контроллера Ethernet физического уровня на отладочной плате Spartan-3E Starter Kit и принципов обмена информацией в системах на базе процессорных ядер с применением интерфейса Ethernet в отладочных платах Spartan-6 Nexys 3, Artix 7 Nexys 4 в дисциплине «Системы на кристалле на основе ПЛИС» магистерской программы по направлению 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» на кафедре «Вычислительная техника».

Декан факультета вычислительной техники д.т.н., профессор

Зав. кафедрой «Вычислительная техника» д.т.н., профессор

Ведущий дисциплину «Инфокоммуникации» к.т.н., профессор Ведущий дисциплину «Системы на кристалле на основе ПЛИС» д.т.н., профессор

Л.Р. Фионова

Митрохин

H.H. Коннов

Е.И. Турин

УТВЕРЖДАЮ научной и ельности енский итет» темов

2019 г.

АКТ

о внедрении в НИР результатов диссертационной работы на соискание ученой степени

кандидата технических наук НИКИШИНА Кирилла Игоревича на тему: «МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ТРАФИКА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫМИ СЕТЯМИ»

Полученные в диссертационной работе НИКИШИНА Кирилла Игоревича (научные руководители - кандидат технических наук, профессор кафедры «Вычислительная техника» Коннов H.H., доктор технических наук, профессор кафедры «Вычислительная техника» Турин Е.И.) научные результаты внедрены в Пензенском государственном университете в рамках выполнения научно-исследовательской работы «Исследование ядра ARM-контроллера и периферийных устройств для использования в составе специализированного электронного модуля» № 06/19 (соглашение 4/2019 от 15.02.2019) заказчик АО «ПНИЭИ».

Результаты диссертационной работы НИКИШИНА Кирилла Игоревича - способ передачи трафика по расписанию STTE в контроллере Ethernet, принципы передачи и обмена информацией способа STTE в ПЛИС с использованием контроллера Ethernet применялись в исследовании передачи данных в контроллере Ethernet на основе ПЛИС.

Научный руководитель проекта д.т.н., профессор

Е.И. Гурин

РОССИИСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

RU

2018666574

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(12) ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ

Номер регистрации Авторы:

(свидетельства): Никишин Кирилл Игоревич (КЧ),

2018666574 Гурин Евгений Иванович

Коннов Николай Николаевич (КЧ)

Дата регистрации: 18.12.2018

Номер и дата поступления заявки: 201866400 7 05.12.2018 Правообладатель:

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

Дата публикации: 18.12.2018 образования «Пензенский государственный университет» (ЕЦ)

Контактные реквизиты:

нет

Название программы для ЭВМ:

СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ETHERNET СООБЩЕНИЙ ПО РАСПИСАНИЮ Реферат:

Программа позволяет передавать Ethernet сообщения по расписанию с использованием формата передачи сетевой технологии Time-Triggered Ethernet. Программа состоит из алгоритмов функционирования передатчика, генерирующего сообщения с учетом расписания и приемника, принимающего сгенерированные сообщения. Сообщения передаются двух видов: сообщение реального времени (ТТ) и стандартные сообщения по Ethernet (ЕТ). Программа демонстрирует работу передачи Ethernet сообщения по технологии Time-Triggered Ethernet и уменьшает задержку сообщений при передачи за счет доставки сообщений реального времени по расписанию.

Язык программирования: YHDL

Объем программы для ЭВМ: 1,01 Мб