检索结果-内蒙古大学图书馆

铁道学报 2025年第3期47卷 73-80页

作者：朱广超聂晓波李洋涛李宗辉聂晨浩马可中国铁道科学研究院集团有限公司动车组和机车牵引与控制国家重点实验室北京100081 北京交通大学电气工程学院北京100044 北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044

时间敏感网络因其高确定性及低时延特性逐步成为列车通信网络的下一步发展方向。它通过时间触发调度精确地指定数据流在网络节点中的发送时间,从而保障数据流端到端的确定性实时传输。时间触发调度模型通常形式化为可满足性约束模型,由... 详细信息

时间敏感网络因其高确定性及低时延特性逐步成为列车通信网络的下一步发展方向。它通过时间触发调度精确地指定数据流在网络节点中的发送时间,从而保障数据流端到端的确定性实时传输。时间触发调度模型通常形式化为可满足性约束模型,由于调度模型数据流数量庞大,且参数不同,造成当前约束规模冗余而庞大,严重影响调度性能。针对该问题,挖掘时间触发传输机制的特点,提出时间触发调度模型的两个化简条件,并证明该化简是等价化简,即化简前后可行解空间不变;给出计算化简模型的算法,并基于可满足性求解器Z3实现了时间触发的增量调度工具;基于列车通信网络拓扑及流配置,对提出的时间触发调度模型等价化简技术进行性能评估。试验结果表明:相比于传统的时间触发调度模型,本文提出的等价化简技术缩小约束规模7.9%,缩小变量规模21%,提升调度性能26.1%。

关键词：列车通信网络确定性实时传输时间触发调度模型等价化简

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时间触发传输机制的快速调度技术研究

时间触发传输机制的快速调度技术研究

引用

作者：张浩明北京交通大学

学位级别：硕士

时间敏感网络(Time-Sensitive Networking,TSN)作为一种新型的工业通信技术,既能保障工业控制中数据的实时性和确定性传输,又能完全兼容现有的以太网体系,是支撑工业物联网发展的重要通信平台。TSN通过时间触发的调度精确地指定业务流... 详细信息

时间敏感网络(Time-Sensitive Networking,TSN)作为一种新型的工业通信技术,既能保障工业控制中数据的实时性和确定性传输,又能完全兼容现有的以太网体系,是支撑工业物联网发展的重要通信平台。TSN通过时间触发的调度精确地指定业务流在网络节点中的发送时间,从而保障业务流端到端的确定性实时传输,传统的TSN主要采用静态离线的策略来对业务流进行调度,尽管可以取得非常好的效果,但其缺乏对动态环境的适应能力,如网络拓扑或业务流需求发生变化,都将可能导致静态调度策略失效,而目前的调度算法时间复杂度普遍过高,重新调度需要耗费大量的时间,严重制约着TSN网络的实时通信性能,如何在动态变化的生产环境下保证数据的实时性和确定性传输,是TSN目前亟需解决的重要问题。因此,本文首先针对现有TSN网络中调度算法时间复杂度高,算法求解时间长等问题,提出一种多项式时间复杂度的快速调度规划算法,可以对周期性时间触发(Time-Triggered,TT)业务流进行动态实时调度,且在任意网络拓扑中均表现出较为优秀的调度性能。其次,为了减少TT业务流调度对突发性音视频桥接(Audio/Video Bridging,AVB)流量的影响,本文在对TT业务流进行快速调度的基础上,对AVB业务流进行增量调度,并通过AVB流重路由、TT时隙调整和TT流重路由三种策略对不可调度的AVB流进行优化,设计了一种突发与多周期业务流的混合调度优化算法,实现对突发性AVB流量的动态实时调度,从而优化网络的资源利用率,保障混合业务流的高质量协同传输。最后,为了验证所提方法的有效性,本文与典型的约束求解算法和启发式算法(如Tabu-ITP)进行实验对比,并分别在不同的网络拓扑上进行了性能评估。针对快速调度规划算法,实验结果表明,本文所设计的快速调度规划算法具有更好的调度性能,算法所能调度的业务流数量和调度时间均优于约束求解算法,可以在亚秒级的时间调度1000条业务流,同时,尽管快速调度规划算法的平均调度数量要比Tabu-ITP算法少7.15%,但相比于Tabu-ITP算法,快速调度规划算法的调度时间缩短了30.87倍,可以满足工业控制网络中动态变化场景的需求。针对混合调度优化算法,实验结果表明,采取优化策略可以有效地降低不可调度的AVB流数量,相比于优化前,将三种优化策略进行混合使用,不可调度的AVB流数量平均降低了32.4%。

关键词：时间敏感网络确定性实时传输时间触发在线调度算法

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