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基于工业以太网的列车通信网络实时调度算法研究
| 论文题名： | 基于工业以太网的列车通信网络实时调度算法研究 |
| 关键词： | 列车通信网络;实时调度算法;传输特性;时延控制 |
| 摘要： | 伴随着列车技术的飞速发展，作为当代轨道交通系统的关键技术之一，列车通信网络(Train Communication Network,TCN)已成为研究热点。尤其是随着列车对安全性、舒适性要求的提高，现有MVB等网络无法满足需求，于是高宽带的工业以太网被应用于列车通信。但由于传统工业以太网不能直接应用于列车复杂工况，特别是其无法保障控制等信息实时传输，因此本文开展实时调度算法研究，以提高列车工业以太网的可靠性、实时性和高效率传输特性，减小端到端时延，提高链路利用率。具体研究内容如下： 首先，分析了当前列车通信网络及工业以太网研究背景及意义，以及未来的发展趋势，引出研究对象，为后续展开的相关实时调度提供了背景支持。 其次，对列车通信网络的网络拓扑结构、数据类型和模型进行了分析，并对现有的调度算法进行了创新性分类，分析了现有实时调度算法存在的问题，总结了网络性能参数指标，指出了解决问题的方法。 然后，提出了一种基于改进烟花算法的工业以太网通信链路调度方法。在传统烟花算法的基础上，将其连续解空间映射到实时周期序列调度问题的离散解空间内；并在高斯变异过程中引入了变异系数；采用基于中位数锦标赛的选择策略代替欧氏距离选择策略。通过和其他改进的烟花算法进行仿真对比，证明了所提方法在降低网络时延，提高全局搜索效率方面的有效性。 最后，提出了一种在M/M/1排队模型下的基于拥塞控制的工业以太网队列调度方法。该方法在M/M/1排队模型传输过程出现拥塞的基础上，以节点的输出速率和输出速率的比值作为网络是否拥塞的标志，且以一个概率值来表示降低拥塞的程度，对拥塞故障状态进行队列重排和调整。通过与传统排队模型下的拥塞时延的仿真相比，所提算法能够更好的改善工业以太网在出现拥塞问题时的队列调度问题，保障工业以太网的传输实时性。 本文通过对工业以太网的列车通信网络实时调度算法优化以达到提高通信链路传输实时性和降低网络传输时延的目的，为列车工业以太网实时调度优化提供了理论支持，对提高列车通信网络实时性能，保障列车安全可靠运行具有现实意义。 |
| 作者： | 郭嫚嫚 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 王宏志;胡艳君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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