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城轨列车安全监测网络实时性分析与优化
| 论文题名： | 城轨列车安全监测网络实时性分析与优化 |
| 关键词： | 城轨列车;安全监测;实时性;优先级;排队论;网络演算;网络优化 |
| 摘要： | 城轨列车安全监测网络能够实时感知列车运行状态，为列车安全运行提供有效保证。本文以基于以太网的城轨列车安全监测网络为研究对象，深入研究了监测网络系统的功能及数据传输实时性，并在此基础上对网络实时性进行了优化。本文的研究内容具体如下: (1)研究了基于以太网的城轨列车安全监测网络结构特点与功能，将网络结构分为监测层、接入层、传输层，各层通过检测数据交互。同时，对网络中传输的数据流进行了分析，并根据其特点与重要程度划分了优先级。根据网络传输的实时性要求，研究了复合节点的数据队列调度策略、网络传输协议、数据优先级的实现方式，为网络的实时性提供了软硬件基础。 (2)建立了城轨列车安全监测网络实时性分析模型。首先本文通过分析实时性与时延的关系，利用实时性与时延的函数关系式，将实时性通过时延进行定量描述。然后利用排队理论知识，将每节车厢的数据看作有优先级的M/M/1队列，建立了基于优先级的数据队列传输平均时延模型。最后利用网络演算理论，建立了监测网络数据传输时延上界模型，得到最差情况下的数据传输时延。 (3)建立了城轨列车安全监测网络实时性优化模型。从实际工程出发，将列车安全监测网络实时性优化问题分解为物理结构优化和逻辑结构优化两个子问题。物理结构优化问题求解在费用、对称性约束下可靠性最高的物理拓扑，并利用PSO算法进行求解。逻辑优化问题基于物理优化得到的网络拓扑，求解各节车厢数据的最优传输路径，使得网络整体时延最小，本文利用最短路支撑树算法进行求解。 (4)通过具体计算实例对本文建立的网络实时性分析与优化模型进行验证。首先，本文用实时性分析模型求解得到了网络的平均传输时延和最大时延，并与OPNET仿真结果对比，验证了时延计算模型的有效性。同时实例表明，基于以太网的城轨列车安全监测网络具有良好的实时性能，能够满足监测网络的需求。在此基础上，通过网络优化模型，对安全监测网络进行优化，并通过网络演算方法对比优化前网络数据传输实时性，验证了优化后的网络实时性、可靠性得到了大幅度提升。 |
| 作者： | 夏贤鹏 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 董宏辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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