随着云边端异构融合网络和人工智能技术的发展,边端嵌入式设备产生的数据规模剧增,网络传输存在高吞吐量、低时延和高可靠性的差异化需求,多路径传输技术是一种有效的解决方案,并且多接口设备的普遍现象为该技术提供了硬件基础。但在工业领域,边端嵌入式设备常使用实时操作系统,目前,多路径传输技术在实时系统上的研究尚少,并且现有多路径传输技术在通用非实时操作系统中并未取得理论上应用的效果。针对上述问题,本文在分析嵌入式设备网络传输机理的基础上,深入研究多路径传输内核实时化技术,主要工作内容及创新点如下:首先,针对多路径传输受限于底层系统软硬件能力约束的问题,分析了多路径传输在异构融合网络中效果受限的原因,研究线程调度、中断处理和时间管理等关键技术,对实时调度、中断线程化和高精度时钟做恰当改进,提出多路径传输内核实时化方法。然后,以多路径传输控制协议(Multipath Transmission Control Protocol,MPTCP)为例,基于多路径传输内核实时化的需求分析,给出嵌入式ARM板系统改造的整体设计方案:详细阐述系统定制模块、多路径传输模块和性能测试模块的具体设计以及模块之间的联系;并通过对线程调度、中断处理和时间管理的改进,实现定制软实时系统,旨在探讨对MPTCP聚合传输的影响。其中,设计多线程多负载类型测试算法用于实时性测试,设计业务数据传输算法用于通信双方的MPTCP传输。最后,搭建嵌入式系统多路径传输实验平台,进行实时性测试和数据传输测试。结果表明:与传统的非实时方案相比,本文提出的多路径传输内核实时化方案使进程时延平均降低9ms;稳定传输时吞吐量提高3倍;聚合带宽利用率增加12.4%;随着数据量的增加,其在传输时间上的优势越来越明显。本文方案一定程度上满足了异构融合网络边端传输实时性和吞吐量需求,为提高边端设备算力资源利用率提供了一种新的思路和可能性。
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