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0AASRI Procedia 4(2013)110-11702212-6716 © 2013 The Authors. Published by Elsevier B.V.under responsibility of American Applied Science Research Institute doi:10.1016/j.aasri.2013.10.0180ScienceDirect02013年智能系统和控制AASRI会议0定时触发协议(TTP)的设计和仿真0使用代理0Sofiane Zaidi a,Fateh Boutekkouk a,*0阿尔及利亚Oum-El Bouaghi大学,BP358,040000摘要0在本文中,我们提出了基于代理的方法来设计和模拟时间触发协议(TTP)的基本服务,如启动算法、成员资格、消息发送和接收、错误检测和处理。所提出的架构被建模为一个多代理系统,并在JADE平台上实现,主要遵循所谓的O-MaSE方法。使用JADE,我们开发了一个本体,提供了对帧字段的自动解释。© 2013。由ElsevierB.V.负责选择和/或同行评审。美国应用科学研究所负责关键词:汽车分布式嵌入式系统,TTP,代理,O-MaSE方法,仿真01. 引言0汽车领域安全实时控制应用的增加导致了时间的创建0触发协议(TTP)[6]。后者是基于时间触发架构(TTA)的现场总线协议系列。TTA是一种开发分布式实时应用程序的框架。它提供了连接实施选定应用程序的主机计算机的逻辑总线,并提供一组服务以容错方式组织应用程序。每个主机计算机通过TTA控制器连接到系统;0*电话:+0-213-699-859663电子邮件地址:fateh_boutekkouk@yahoo.fr0在线提供:www.sciencedirect.com0© 2013 The Authors. Published by Elsevier B.V.responsibility of American Applied Science Research Institute0通过CC BY-NC-ND许可证开放访问。0通过CC BY-NC-ND许可证开放访问。 0111 So� ane Zaidi和Fateh Boutekkouk / AASRI Procedia 4(2013)110-1170一个主机及其控制器的组合称为节点。节点通过复制的共享介质(称为通道)进行通信。TTP使用时分多址(TDMA)技术来控制对通信介质的访问,以实现无冲突的总线分配。TDMA策略允许每个节点定期利用总线的全传输能力一段称为时隙的时间。TDMA轮定义为时隙的序列。不同TDMA轮的数量决定了一个簇周期的长度。通常,TTP包括一组基本服务,如启动、成员资格、时钟同步、消息发送、接收和错误检测和纠正。在本文中,我们研究了使用代理范例来设计和模拟TTP服务的想法。由于多代理系统与分布式嵌入式系统之间存在很大的相似性,将分布式嵌入式系统建模为多代理系统似乎非常合适。这样做的动机是利用代理范例的能力,特别是复杂性、智能性、规划性和适应性等方面。为了实现我们的目标,我们遵循了O-MaSE方法来设计多代理TTP系统,因为它提供了许多模型,涵盖了组织、功能、结构和行为等许多方面。当然,我们集成了本体方面,在O-MaSE方法中缺少本体方面。我们使用JADE平台来实现和模拟我们提出的系统。本文的结构如下:第二节简要回顾相关工作。第三节介绍TTA。第四节描述了使用O-MaSE方法的基本服务的概念模型。第五节介绍了我们在JADE平台上的实现,最后是结论。02. 相关工作0在本节中,我们试图简要介绍一些关于TTP建模和仿真的相关工作。[2]中的工作应用面向对象的范例设计和实现了一个用于官方TTP/C规范的软件模拟器。在开发该项目期间使用的主要方法和工具包括面向对象的开发过程、一系列工具(如JUnit单元测试套件)和有理roseUML建模工具。[5]中的作者介绍了SIDERA(可靠实时体系结构的仿真模型),用于模拟各种实时协议服务,如系统启动、通信、时钟同步、成员服务、协议错误检测和处理。他们提供了在分布式实时系统中的时钟同步的案例研究。根据文献,我们可以说,目前缺乏针对使用代理范例模拟TTP服务的工作。因此,我们在这项工作中试图展示如何有效地利用代理范例进行TTP基本服务的建模和仿真。03. 时间触发架构(TTA)0TTA由一个或多个簇组成,每个簇由一组通过复制的共享介质相互连接的节点组成,每个节点是一个执行分布式应用程序的自治实体,并与其他节点交换消息。簇之间的通信通过网关实现。每个节点由运行应用程序的主机计算机和基于TTP协议的通信控制器组成,通信控制器部分由协议处理器、消息描述符列表(MEDL)和总线监护人组成,控制器与主机部分之间的接口是接口通信网络(CNI),控制器与通信总线之间的接口是逻辑线接口(LLI)[2]。 0112 So� ane Zaidi和Fateh Boutekkouk / AASRI Procedia 4(2013)110-11704. TTP基本服务的概念模型0TTP是一个复杂的协议,功能和面向对象的方法无法处理该协议的所有方面。如前所述,我们使用了O-MaSE(基于组织的多代理系统工程)方法论[3],它是MaSE的扩展版本,可以设计多代理组织。我们的MAS中使用的主要O-MaSE模型有目标模型、组织模型、角色模型、计划模型和协议模型。04.1. 目标模型0TTP协议的主要目标是为安全关键的实时汽车应用程序提供容错通信。这个整体目标被称为目标0。后者可以分为节点之间的通信(目标1),容错通信(目标2)和实时通信(目标3)。目标2可以进一步分为子目标:节点容错(目标2.1)和通信介质容错(目标2.2)。图1显示了TTP协议的目标模型。0图1. TTP协议的目标模型04.2. 组织模型0该模型的目的是识别系统(组织)与外部参与者的接口。在我们提出的仿真中,有两个组织的抽象层次:代表簇的宏组织;在这个层次中,外部参与者是主要的模拟器和代表微观组织的微观组织0<<目标>> 1节点间通信0<<目标>> 2容错通信0<<目标>> 3实时通信0<<目标>> 2.2通信介质容错0<<目标>> 2.1节点容错0<<目标>> 0为安全关键实时汽车应用程序提供容错通信保证0<<和>> <<和>>0<<和>> 0113 So� ane Zaidi 和 Fateh Boutekkouk / AASRI Procedia 4 ( 2013 ) 110 – 1170表示集群的节点;该层次中的外部参与者是通信介质、调度器和模拟器。图2显示了TTA节点的微观层次组织模型。0图2. TTA节点的微观层次组织模型04.3 角色模型0该图表示系统代理可以扮演的角色。目标模型中的每个叶子目标都必须分配给可以实现它的一个或多个角色。一个角色可以实现多个叶子目标。我们确定了七个角色:传输服务实现目标1,成员资格、时钟同步、启动系统和控制访问通信介质实现目标2.1,冗余机制实现目标2.1和目标2.2,确定性调度实现目标3。图3显示了TTP协议的角色模型。0发送和接收帧0<<组织>> 节点 <<实现>>目标1 <<实现>> 目标20创建通信介质代理0创建节点代理0创建调度器代理并通知它当新节点被创建时0模拟器主程序0<<实现>> 目标30发送TDMA表0通信介质 <<实现>>目标1 0114 So� ane Zaidi 和 Fateh Boutekkouk / AASRI Procedia 4 ( 2013 ) 110 – 1170图3. TTP协议的角色模型04.4 代理类模型0该模型表示系统代理类。在角色模型中,每个角色都必须分配给一个或多个可以扮演该角色的代理类。一个代理类可以扮演多个角色。我们确定了三个代理类来扮演传输服务角色:通信介质代理(我们提出通信介质为总线)、CNI接口代理和LLI接口代理。成员资格代理扮演成员资格角色,同步代理扮演时钟同步代理角色,协议处理器代理扮演启动系统角色,TDMA和总线守护代理扮演控制访问通信介质角色,调度器代理扮演确定性调度角色。冗余机制角色由实例化总线代理类和其他代理类的两个代理来扮演。在TTP协议的官方版本中,TDMA表由系统的开发者创建,它是一个预定义的静态表。在我们的模拟中,我们提出由调度器代理自动创建TDMA表。模拟器主程序在创建新节点时通知调度器代理。调度器代理必须将新节点添加到该表中,并通过通信总线代理将其发送给所有集群节点。调度器始终有第一个时隙来发送新的TDMA表。0<<目标>> 1节点间通信0<<目标>> 2.1节点容错0<<目标>> 2.2通信介质容错0<<目标>> 3实时通信0<<角色>> 传输服务0<<角色>> 成员资格服务0<<角色>> 时钟同步服务0<<角色>> 启动系统服务0<<角色>>控制访问通信介质服务0<<角色>> 冗余机制0<<角色>> 确定性调度0<<实现>>0<<实现>>0<<实现>>0<<实现>>0<<实现>>0<<实现>>0<<实现>>0<<实现>> 0115 So� ane Zaidi 和 Fateh Boutekkouk / AASRI Procedia 4 ( 2013 ) 110 – 11704.5 代理计划模型0计划代理代表了实现其特定目标的算法代理。同样,由于代理类模型中定义了九个不同的代理,我们必须开发至少九个代理计划模型;每个代理对应一个。在本段的接下来的内容中,我们仅介绍总线通信代理、启动代理和成员资格代理的计划模型。通信介质代理必须等待接收帧。当接收到帧时,该代理将帧广播到所有集群节点。图4显示了通信介质代理的计划模型。启动代理的计划模型表示了一般的启动系统策略。图5显示了启动代理的计划模型。成员资格代理的计划模型表示了成员资格服务的各个阶段。0图4. 通信介质代理计划模型0图5. 启动代理计划模型04.6 协议模型0该模型以节点和外部节点代理之间传递的消息来定义协议。我们提出了两个协议模型:发送协议和接收协议模型。在本段的接下来的内容中,我们仅介绍总线通信代理、启动代理和成员资格代理的计划模型。通信介质代理必须等待接收帧。当接收到帧时,该代理将帧广播到所有集群节点。图4显示了通信介质代理的计划模型。启动代理的计划模型表示了一般的启动系统策略。图5显示了启动代理的计划模型。成员资格代理的计划模型表示了成员资格服务的各个阶段。0<<状态>>等待接收帧0<<状态>>广播帧0接收新帧0<<状态>>集成0<<状态>> 启动帧0<<状态>>发送启动帧0超时后没有接收到任何帧0超时后没有接收到任何冷启动帧0接收帧 接收到启动帧 0116 So� ane Zaidi 和 Fateh Boutekkouk / AASRI Procedia 4 ( 2013 ) 110 – 1170本段中,我们仅介绍发送协议模型。该协议在TDMA代理通知协议处理器和总线守护代理当前时隙已分配给其节点以开始发送帧时开始。当协议处理器接收到此消息时,它会向CNI接口代理发送请求消息并等待接收到的消息。当接收到后者时,协议处理器会向成员资格代理发送请求成员资格向量消息,并等待成员资格向量。当接收到后者时,协议处理器会向同步代理发送时钟同步消息并等待当前时钟值。当接收到该消息时,协议处理器将此控制信息与帧的数据集成,并将其发送给LLI接口代理。后者再向总线守护代理发送请求授权消息并等待。最后,当接收到授权消息时,LLI接口代理向通信介质代理发送帧。05. 实现0我们使用JADE(Java Agent DevelopmentFramework)[1]平台来实现我们的多代理TTP协议服务。我们选择JADE是因为它很好地符合了O-MaSE方法论的方面,比如代理的行为、创建新的通信协议的可能性以及定义新本体的可能性。我们将Jade与JavaEclipse集成以创建我们的图形界面,并利用JADE平台的标记来实现TTP集群组织,以及利用JADE容器来实现节点组织。我们提出了定义新本体的建议,该本体提供了对帧字段的自动解释,并使用JADE语言来自动转换代理之间交换的消息的格式。06. 结论与展望0在本文中,我们研究了使用代理模式来建模和模拟基于时间触发架构(TTA)的TTP协议的基本服务的想法。在我们的案例中,我们遵循了O-MaSE方法论,建立了目标、组织、角色、计划和协议模型。我们使用JADE平台来定义框架本体论并模拟我们的TTP多代理系统。展望未来,我们计划使用代理模式来建模一些基于事件触发架构(ETA)和混合架构(例如FlexRay)的汽车协议(例如CAN)。 0117 So� ane Zaidi 和 Fateh Boutekkouk / AASRI Procedia 4 ( 2013 ) 110 – 1170参考文献0[1] Bellifemine F,Caire G,Trucco T,Rimassa G. JADE程序员指南. JADE 2.44,2001年9月. [2] BradburyD. 时间触发协议的仿真. 悉尼大学计算机科学系,2000年. [3] DeLoach S. A.使用O-MaSE过程框架开发多代理会议管理系统.AOSE'07代理导向软件工程国际会议论文集VIII,2007年,第168-181页. [4] Godary K.用于验证汽车中关键和可靠嵌入式网络的时间验证. 法国里昂国立应用科学研究所博士论文,2004年11月. [5]Hanzlik A. SIDERA - 用于时间触发分布式实时系统的仿真模型. 国际计算机软件评论(IRECOS),2006年. [6]Kopetz H,Grünsteidl G. TTP - 一种容错实时系统协议. IEEE Computer,1994年1月,第14-23页.
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