• ISSN 0258-2724
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列车通信以太网周期数据时态约束调度方法

简捷 王立德 聂晓波 申萍

简捷, 王立德, 聂晓波, 申萍. 列车通信以太网周期数据时态约束调度方法[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(5): 1113-1120. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180006
引用本文: 简捷, 王立德, 聂晓波, 申萍. 列车通信以太网周期数据时态约束调度方法[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(5): 1113-1120. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180006
JIAN Jie, WANG Lide, NIE Xiaobo, SHEN Ping. Temporal Constraint Scheduling Algorithm for Periodic Data of Ethernet-Based Train Communication Network[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(5): 1113-1120. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180006
Citation: JIAN Jie, WANG Lide, NIE Xiaobo, SHEN Ping. Temporal Constraint Scheduling Algorithm for Periodic Data of Ethernet-Based Train Communication Network[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(5): 1113-1120. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180006

列车通信以太网周期数据时态约束调度方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180006
基金项目: 中国铁路总公司科技研究开发计划课题(2017J008-K)
详细信息
    作者简介:

    简捷(1989—),男,博士研究生,研究方向为列车通信网络,E-mail:13117365@bjtu.edu.cn

    通讯作者:

    王立德(1960—),男,教授,博士生导师,研究方向为列车通信网络,E-mail:ldwang@bjtu.edu.cn

  • 中图分类号: V221.3

Temporal Constraint Scheduling Algorithm for Periodic Data of Ethernet-Based Train Communication Network

  • 摘要: 针对工业以太网调度方法以报文截止期为唯一约束的局限,提出了一种基于时态约束的列车通信网络周期数据调度表生成方法.首先基于时间触发机制改造列车以太网的通信与消息模型;其次利用网络设备通信参数与数据报文参数,提出周期数据通信的时态约束有向图量化模型;最后设计了基于可满足性模理论的调度表生成算法,求解单播及广播业务的周期数据调度表以验证算法有效性,并在实际列车通信网络的拓扑条件下进行调度性能测试及分析.实验结果表明:该调度算法能够解决部分传统算法不能调度的通信任务,满足更细化的周期数据调度需求并提升调度灵活性;调度性能测试中最大链路负载超过80%,可调度周期数据业务量达到1 000项.

     

  • 图 1  以太网车辆编组网拓扑

    Figure 1.  Topology of Ethernet Consist Network

    图 2  基于宏周期的全局通信调度模型

    Figure 2.  Communication model based on macro cycle

    图 3  基于时态约束的任务调度表有向图

    Figure 3.  Directed graph of task scheduling chart based on temporal constraints

    图 4  调度任务间的时态约束

    Figure 4.  Temporal constraints between schedule tasks

    图 5  算法流程

    Figure 5.  Algorithm flow chart

    图 6  过程数据调度

    Figure 6.  Process data scheduling

    图 7  算法测试拓扑

    Figure 7.  Topology for performance test

    图 8  算法性能测试结果

    Figure 8.  Algorithm performance test results

    表  1  网络设备通信参数

    Table  1.   Communication parameters of network equipments

    设备型号TTxD/μsTRxD/μsTBD/μs
    CNN1~3CP-16161.1920.3631.720
    ED1~3S1201.2120.418
    ED4~5IM151-30.1580.350
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    表  2  链路传输时延

    Table  2.   Delay times of transmission link

    物理链路TLD/μs物理链路TLD/μs
    l14.795l93.040
    l24.795l103.040
    l34.795l114.775
    l44.775l124.775
    l54.775l134.775
    l64.775l143.110
    l73.714l153.110
    l83.714l163.110
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    表  3  过程数据任务与约束条件

    Table  3.   Tasks and temporal constraints of PD messages

    过程
    数据
    源设备/
    目的设备
    任务
    组成
    释放
    时间/μs
    绝对截
    止期/μs
    端到端
    截止期/μs
    链路占
    用时间/μs
    周期/
    μs
    M1ED1−ED5${l_1} \to \;{l_5} \to {l_9}$1.00040.00017.0006.88032.000
    M2ED3−ED5${l_3} \to \;{l_6} \to {l_9}$13.00030.00019.0006.88064.000
    M3ED1−ED2${l_1} \to \;{l_{15}}$8.000**6.88032.000
    M4ED1−ED3${l_1} \to {l_4} \to \;{l_{14}}$20.00035.000*6.88064.000
    M5
    (广播)
    ED2−{ED1,ED3,ED5,ED4}$ {l_2} \to {l_{16}}, {l_2} \to {l_4} \to {l_{14}}, $${l_2} \to {l_5} \to {l_9}, {l_2} \to {l_5} \to {l_{10}}$5.000{*,*,*,45.000}{*,24.000,24.000,22.000}11.840128.000
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-17
  • 修回日期:  2018-05-30
  • 网络出版日期:  2018-06-06
  • 刊出日期:  2019-10-01

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