基于IEEE1588網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的軟硬件體系設(shè)計(jì)的開題報(bào)告

基于IEEE1588網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的軟硬件體系設(shè)計(jì)的開題報(bào)告一、選題背景網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步技術(shù)是保證分布式系統(tǒng)的時(shí)間準(zhǔn)確性的重要手段，可以廣泛應(yīng)用于各類數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)集群等系統(tǒng)中。而IEEE1588協(xié)議是當(dāng)前最主流、最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步協(xié)議，具有高精度、高穩(wěn)定性等優(yōu)秀特性。基于IEEE1588協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器是一個(gè)重要的應(yīng)用，也是網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要功能是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接受來(lái)自Master時(shí)鐘的時(shí)間信號(hào)并與本地時(shí)鐘進(jìn)行同步，維護(hù)整個(gè)分布式系統(tǒng)各時(shí)鐘之間的一致性。因此，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)高可靠性、高性能的基于IEEE1588網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的軟硬件體系對(duì)于現(xiàn)代分布式系統(tǒng)的應(yīng)用十分關(guān)鍵。二、研究目的和意義本項(xiàng)目的研究目的是針對(duì)IEEE1588協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的硬件與軟件進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能、高可靠性的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器。具體實(shí)現(xiàn)目標(biāo)包括：1.設(shè)計(jì)硬件方案，包括設(shè)備主板的設(shè)計(jì)、硬件電路的布局與選型等。2.設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，包括系統(tǒng)內(nèi)核程序、應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序等，并實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制和驅(qū)動(dòng)。3.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與測(cè)試，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器方案的準(zhǔn)確性、性能和可靠性。本項(xiàng)目的意義在于：1.拓展了現(xiàn)代分布式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器作為分布式系統(tǒng)的核心設(shè)備，對(duì)保證分布式系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用，本項(xiàng)目的研究成果將有助于推動(dòng)分布式系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)。2.提高了系統(tǒng)時(shí)間同步精度。IEEE1588協(xié)議是一種高精度的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步協(xié)議，其時(shí)間同步精度可以達(dá)到微秒級(jí)甚至納秒級(jí)，采用IEEE1588協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器可以大幅提高同步精度，縮小各分布式節(jié)點(diǎn)的時(shí)間差距。3.為我國(guó)自主研發(fā)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步技術(shù)提供支持。目前，網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，但國(guó)內(nèi)相關(guān)研究還存在一定的不足。本項(xiàng)目的研究成果有助于填補(bǔ)國(guó)內(nèi)相關(guān)科研的空白，推動(dòng)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步技術(shù)的發(fā)展。三、研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線研究?jī)?nèi)容：1.硬件設(shè)計(jì)：網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器主板的設(shè)計(jì)與開發(fā)。2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)內(nèi)核程序、應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)開發(fā)。3.對(duì)硬件的控制和驅(qū)動(dòng)：通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制與驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。4.實(shí)驗(yàn)與測(cè)試：驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器方案的準(zhǔn)確性、性能和可靠性。技術(shù)路線：1.硬件設(shè)計(jì)：（1）選用高性能的處理器和主頻，增加處理器的帶寬和緩存容量，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率；（2）選用高速穩(wěn)定的時(shí)鐘源，確保硬件模塊穩(wěn)定，降低誤差產(chǎn)生；（3）根據(jù)IEEE1588協(xié)議，設(shè)計(jì)硬件各模塊之間的通信接口，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：（1）借助RTOS技術(shù)，搭建微內(nèi)核系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步模塊與網(wǎng)絡(luò)通信模塊，并添加驅(qū)動(dòng)程序；（2）設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，通過(guò)程序控制硬件實(shí)現(xiàn)各種功能，例如時(shí)鐘校準(zhǔn)、時(shí)鐘同步等；（3）調(diào)試和優(yōu)化軟件程序，保證系統(tǒng)的功能穩(wěn)定與正常運(yùn)行。3.對(duì)硬件的控制和驅(qū)動(dòng)：（1）設(shè)計(jì)控制程序，通過(guò)調(diào)用已有的硬件接口實(shí)現(xiàn)硬件的控制與驅(qū)動(dòng)；（2）實(shí)現(xiàn)硬件的基本操作，例如讀寫芯片寄存器、打開和關(guān)閉硬件模塊等。4.實(shí)驗(yàn)與測(cè)試：（1）搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，用UDP數(shù)據(jù)包傳播測(cè)試來(lái)檢查網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的性能。（2）測(cè)試網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。四、預(yù)期成果1.硬件設(shè)備：設(shè)計(jì)、制造并測(cè)試基于IEEE1588網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器主板。2.軟件程序：設(shè)計(jì)、編寫并測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)核程序、應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序等，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步功能。3.測(cè)試結(jié)果：根據(jù)精度測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并提供測(cè)試報(bào)告。四、研究進(jìn)度計(jì)劃第一年：調(diào)研分析和軟硬件性能要求分析，選擇合適的開發(fā)環(huán)境、分析設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器所需的主控芯片和電路板等硬件設(shè)備。第二年：系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件的開發(fā)、系統(tǒng)功能測(cè)試、軟硬件的調(diào)試、性能評(píng)估、測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。第三年：對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能進(jìn)行優(yōu)化、完善系統(tǒng)功能、對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行改善、系統(tǒng)的性能進(jìn)一步評(píng)估。最終完成論文的撰寫及答辯。五、參考文獻(xiàn)[1]《IEEE1588:2008》。官方標(biāo)準(zhǔn)文檔。[2]楊啟元,劉傳良.RTP/RTCP協(xié)議性能影響因素及測(cè)試.網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)報(bào),2008,15(5):20-30。[3]何國(guó)泰,田坤,陳常新.IEEE1588時(shí)鐘同步協(xié)議在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的研究.通信