• 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

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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]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 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]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 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/μs TRxD/μs TBD/μs
      CNN1~3 CP-1616 1.192 0.363 1.720
      ED1~3 S120 1.212 0.418
      ED4~5 IM151-3 0.158 0.350
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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
      l1 4.795 l9 3.040
      l2 4.795 l10 3.040
      l3 4.795 l11 4.775
      l4 4.775 l12 4.775
      l5 4.775 l13 4.775
      l6 4.775 l14 3.110
      l7 3.714 l15 3.110
      l8 3.714 l16 3.110
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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
      M1 ED1−ED5 ${l_1} \to \;{l_5} \to {l_9}$ 1.000 40.000 17.000 6.880 32.000
      M2 ED3−ED5 ${l_3} \to \;{l_6} \to {l_9}$ 13.000 30.000 19.000 6.880 64.000
      M3 ED1−ED2 ${l_1} \to \;{l_{15}}$ 8.000 * * 6.880 32.000
      M4 ED1−ED3 ${l_1} \to {l_4} \to \;{l_{14}}$ 20.000 35.000 * 6.880 64.000
      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} 11.840 128.000
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    • 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
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      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.

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    • 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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