基于跳数的空间TTE控制网络确定性算法

赵琪旻，刘 波，彭 宇，周丽艳，李旭东

(北京控制工程研究所 北京 100190)

0 引言

时间触发以太网(time-triggered ethernet，TTE)发展迅速，被广泛应用于车辆控制[1-2]、航空控制[3]和无线通信等领域[4]。该技术所表现的安全性、实时性和灵活性等特点，符合工业网络的未来发展方向。

目前，空间网络采用分布式网络架构，如图1所示。网络中每个节点都是对等个体，网络采用了主从双控制器模式和交换机冗余设计，以保障网络的可靠性和信息传输的实时性。由于基于CSMA/CD传输机制的标准以太网无法保证网络设备的“无冲突通信”，空间网络需要引入一种实时通信技术。TTE[5]根据网络中统一的全局时钟进行设备间的通信交互，在遵循IEEE802.3协议的同时兼容SAE AS6802标准，同时支持时间触发通信和事件触发通信。因此，搭载TTE的空间网络有望成为星载系统的主干网络。

图1 航天器控制网络模型

1 相关工作

网络物理拓扑结构由交换机(switch，Sw)、终端系统(end-system，Es)和物理链路(physical link，Pl)组成。TTE支持三种关键性数据流的传输[7]：时间触发(time-triggered,TT)流、速率受限(rate-constrained,RC)流和尽力传输(best effort,BE)流，其中TT流对抖动和延迟的要求最高。

TTE根据离线生成的调度表进行数据流的转发。调度表时间跨度为矩阵周期(matrix cycle,MC)[8]，该周期由多个基本周期(basic cycle,BC)组成。数值上MC等于所有TT流传输周期的最小公倍数，BC等于所有TT流传输周期的最大公约数。合理设计的时间调度表可以实现物理链路上无冲突传输。

目前，调度表的生成方法主要分成两类。第一类是基于可满足模理论[6,9]的非确定性算法，该算法主要利用随机化思想，通过优化损失函数来生成满足条件的调度表生成解。……