• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV
  • 赵晋南,谭献海,张华等. 列车控制与服务网络流量监管研究[J]. 铁路计算机应用,2017,26(11): 49-53. doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2017.11.013

    ZHAO Jinnan, TAN Xianhai, ZHANG Hua, et al. Traffic monitoring of train control and service network[J]. Railway Computer Application, 2017, 26(11): 49-53. doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2017.11.013
    周洁琼. 基于交换式以太网的列车通信网络实时通信技术研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2014.
    International Electrotechnical Commission. Industrial communication networks − profiles part 2: additional fieldbus profiles for real-time networks based on ISO/IEC 8802-3: IEC 61784-2[S]. Gevena: IEC, 2014.
    SAE International. Time-triggered Ethernet: AS6802[S]. Warrendale: SAE, 2016.
    聂晓波,王立德,申萍. 轨道车辆MVB网络实时性能分析与优化研究[J]. 铁道学报,2011,33(9): 40-44. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2011.09.007

    NIE Xiaobo, WANG Lide, SHEN Ping. Real-time performance and optimization of MVB network of rail vehicle[J]. Journal of the China Society, 2011, 33(9): 40-44. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2011.09.007
    FERREIRA J, ALMEIDA L, FONSECA A, et al. Combining operational flexibility and dependability in FTT-CAN[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2006, 2(2): 95-102. doi: 10.1109/TII.2005.875508
    POP T, POP P, ELES P, et al. Timing analysis of the FlexRay communication protocol[J]. Real-Time Systems, 2008, 39(1/2/3): 205-235. doi: 10.1007/s11241-007-9040-3
    周洁琼,王立德,王涛等. 基于交换式以太网的列车通信网络的交换机排队时延分析[J]. 北京交通大学学报,2014,38(2): 95-100.

    ZHOU Jieqiong, WANG Lide, WANG Tao, et al. Switch queuing delay of train communication network based on switched Ethernet[J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2014, 38(2): 95-100.
    WISNIEWSKI L, SCHUMACHER M, JASPERNEITE J, et al. Fast and simple scheduling algorithm for PROFINET IRT networks[C]//IEEE International Workshop on Factory Communication Systems. [S.l.]: IEEE, 2012: 141-144.
    刘宁. EPA工业以太网实时性分析及调度方法的研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2010.
    耿晓晗. 基于实时以太网PowerLink的列车网络的实现研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2017.
    高鹏飞. 时间触发以太网交换机设计[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2014.
    STEINER W, STEINER W. Design optimization of TTEthernet-based distributed real-time systems[J]. Real-Time Systems, 2015, 51(1): 1-35. doi: 10.1007/s11241-014-9214-8
    徐晓飞,曹晨,郭骏,等. TT-RMS:时间触发网络通信表生成算法[J]. 北京航空航天大学学报,2015,41(8): 1403-1408.

    XU Xiaofeng, CAO Chen, GUO Jun, et al. TT-RMS:communication table generation algorithm of time-triggered network[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2015, 41(8): 1403-1408.
    International Electrotechnical Commission. Electronic railway equipment-train communication network (TCN),part 3-4: Ethernet consist network (ECN): IEC 61375-3-4[S], Geneva: IEC, 2014.
    王景波,王吉松,张鹏. 350 km/h中国标准动车组网络控制系统[J]. 机车电传动,2018(2): 12-15.

    WANG Jingbo, WANG Jisong, ZHANG Peng, et al. Network control system of 350 km/h CEMU[J]. Electric Drive for Locomotives, 2018(2): 12-15.
  • 加载中
图(8) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  368
  • HTML全文浏览量:  217
  • PDF下载量:  11
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回