周期性PLCA：面向以太网多终端网络的确定性和带宽高效介质访问

《IEEE Access》：Periodic PLCA: Deterministic and Bandwidth Efficient Medium Access for Ethernet Multidrop Networks

　　摘要：近期，随着带宽需求的增加和向区域架构的转变，车载网络（IVN）中车载以太网的采用率不断提升。特别是，10BASE-T1S的使用正在扩展，将以太网从骨干网络扩展到边缘设备，从而实现"全以太网车辆"的构想。10BASE-T1S采用以太网多点拓扑结构，保留类似于传统CAN的总线结构，并通过物理层碰撞避免（PLCA）机制在多点环境中防止碰撞。然而，PLCA信标（BEACON）间隔的动态变化导致抖动波动，对实时车辆控制系统构成严重安全风险。为了解决这一问题，本文提出了周期性PLCA（P-PLCA）。与将标准PLCA与上层时间感知调度相结合，或其在其可变周期循环内进行访问优化的先前方法不同，P-PLCA直接在PLCA调整子层中的信标生成阶段强制执行周期性。这种独特的实现策略还通过剩余时间重用机制提高了信道利用率。数值分析表明，标准PLCA存在取决于消息生成时刻发送机会（TO）的延迟变化，而P-PLCA通过信标同步建立了确定性的抖动边界。在周期性流量与信标周期同步且所有先前TO的占用率在各周期中保持不变的受限条件下，该抖动边界降为零。此外，我们使用网络仿真器实现了仿真模型，并在各种负载条件下对四种协议进行了比较。结果表明，在本研究评估的同步单速率场景中，所提出的P-PLCA在所有测试的背景负载条件下均保持周期性流量的零抖动，并且在80%负载下仍能维持非周期性流量的吞吐量。