FlexRay动态段长度和消息窗口优化方法研究

摘要

本文是针对FlexRay汽车总线，为解决FlexRay网络利用率和消息响应时间的问题，分析了FlexRay协议的帧结构和媒体接入控制，重点分析了基于最小时间片的动态段消息传输机制，并在此基础上提出动态段长度和动态段网络利用率的计算方法。并在对FlexRay动态消息最坏响应时间和长度设计研究的基础上，进行系统建模，对动态段长度进行优化配置，并最大网络利用率为约束选择最优解。在优化后的动态段长度基础上，提出以最小消息响应时间目标的动态消息窗口分配算法。在CANoe和DaVinci Network Designer搭建的仿真系统平台上对调度算法进行评估。仿真结果表明该优化方法能够有效提高动态网络利用率并降低消息响应时间。
　　本文所做的工作和取得的成果有：
　　(1)对FlexRay的网络结构进行了解析；重点分析了FlexRay的通信流程和通信机制，尤其对媒体访问控制进行了详细的描述。从FlexRay动态段的消息传输规则研究入手，分析动态段的结构和时序，提出动态时间片和动态平均网络利用率的计算方法。然后分析网络配置参数对动态段时间性能的影响，对动态段时间长度的优化方法进行分析。最后对常用的FlexRay动态段的优化方法进行研究分析。
　　(2)对FlexRay的网络性能进行了分析，提出两项对于FlexRay性能评价的重要指标：网络利用率BU和传输延时tTx。并以最大网络利用率Umax和最小消息响应时间Wmin为优化目标，建立优化数学模型，提出动态段长度优化方法和相关的动态消息分配算法。并在数学模型下设计优化方法流程图。设计的优化方法在理论上可以提高网络利用率并减少消息响应时间，并以一个简单的实例对优化方法进行了说明。
　　(3)使用Davinci Network Designer FlexRay和CANoe软件设计了FlexRay网络仿真环境，并用真实节点和虚拟节点相结合的方法搭建网络通信节点，并分别建立了优化前后的数据库，并导入CANoe中进行仿真验证，保证仿真结果的可靠性。通过仿真系统进行实验，对优化方法使用前后的实验数据的分析。验证结果表明动态段长度优化配置和相关动态消息窗口分配算法能够有效性的提高消息的网络利用率，减少消息总体响应时间，并减少网络带宽。