收藏本站
《北京交通大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

列车控制网络实时性能分析及调度策略研究

聂晓波  
【摘要】:摘要:随着嵌入式技术以及计算机网络技术的发展,现代列车控制系统已从集中式的直接数字控制系统发展成为基于网络的分布式列车控制系统。将计算机网络技术引入列车控制系统,系统结构简洁,功能强自动化程度高,但由于网络通信的延迟以及其不确定性,可能会对列车控制系统的安全性及稳定性带来影响。因此对列车控制网络系统的实时通信调度策略及性能进行研究具有重要意义。列车控制网络种类较多,按照实时调度原理分类,可将其分为时间驱动式,令牌式和优先级驱动式。本文在对几种典型列车控制网络系统-时间驱动式MVB网络,令牌式ARCNET网络和优先级驱动式CAN网络系统的研究基础上,对控制网络实时通信调度策略及性能展开研究,所完成的主要工作及获得的创新性成果如下: 1.建立实时通信模型,对时间驱动式,令牌式,优先级驱动式列车控制网络的通信原理进行分析,并建立层次化仿真模型。 2.在对不同列车控制网络实时调度原理分析的基础上,指出可在数据链路层之上添加实时调度层对网络通信进行控制。并给出两种带宽分配策略:带宽预留模式和带宽不预留模式的带宽分配策略。带宽不预留模式中可采用通用典型实时调度算法对控制网络进行调度,在带宽预留模式中,采用本文提出的实时通信方法进行信息调度。 3.对周期信息调度表规模进行研究。在典型周期信息调度表算法中,采用最小公倍数/最大公约数法确定调度表的宏周期和基本周期,当信息周期较长且互为质数时,调度表规模将非常庞大,针对此问题,本文研究减小调度表规模的约束条件,并给出新的建立周期信息调度表的方法。 4.在对静态调度和动态调度特性研究的基础上,给出定时调度算法,可以满足调度的灵活性,同时相比较动态调度减小了运行开销。在列车控制网络系统中,主要包含两类信息,周期信息和非周期信息。周期信息实时性要求较强,如控制命令和控制决策需要的设备状态信息等,可采用静态调度和动态调度两种方式进行通信调度,静态调度方式对周期信息通过离线建立实时调度表进行通信,这样每条信息的时限可得到满足,但调度灵活性较差,当网络中信息量或信息参数改变时,需要重新离线建立调度表。动态调度在信息量变化或信息参数改变时,可以及时的更改调度表,但是其运行开销增大,调度器需要实时检测信息集合的改变。因此本文提出定时调度方法,定时在非周期相内对系统状态进行查询,更新调度表,可以在满足调度灵活性的同时减小运行开销。 5.典型事件搜索仲裁算法在并发事件数较多时,仲裁延迟将大大增加。论文给出基于事件搜索的非周期信息仲裁优化算法。通过对非周期信息的研究发现其在传输层会将长的非周期消息数据分解成便于传送的固定长度的包,设备在传输消息数据时可能会连续发送。优化算法通过对搜索事件的记忆减小事件搜索次数,从而减小事件平均仲裁延迟。 6.建立不同列车控制网络通信延迟的数学模型,对列车控制网络实时性能进行研究。分别从周期通信量和非周期信息到达率对实时性能的影响进行分析。对本文提出的定时调度算法的运行开销建立数学模型,进行定量分析。当周期通信量增加时,相应非周期带宽减少,文中给出不同类型报文增加时,允许并发事件数的变化曲线。在非周期带宽一定时,非周期信息到达速率不同的情况下,平均仲裁延迟不同。文中给出平均仲裁延迟和到达速率以及并发事件数的关系。 7.列车制动控制系统对实时性的要求很高。为了对本文给出的列车控制网络实时调度及其优化算法进行验证,在对列车制动控制系统研究的基础上,建立列车制动控制网络实时性能测试平台。开发电子制动控制模拟单元,MVB通信模块,ARCNET通信模块和CAN通信模块。搭建基于CAN网络的制动控制内部子网,基于MVB总线的车辆级网络以及基于ARCNET的列车级网络。在搭建的列车制动控制网络平台中对文中给出的实时调度策略运行开销及实时性能进行测试与分析。 最后在对全文研究内容总结和思考的基础上,提出需要进一步深入研究的问题。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP273.5

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王永翔;王立德;;基于广义随机Petri网的MVB网络吞吐性能分析[J];北京交通大学学报;2008年05期
2 罗志强,许红军,张其善;一般高速数据总线网络的吞吐量分析[J];北京航空航天大学学报;1997年02期
3 周悦,于海斌,王天然,苑明哲;Profibus和FF现场总线的性能分析与评价[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
4 谢维达,邵德荣;城市地铁与轻轨列车的微机控制系统[J];电力机车技术;2001年03期
5 严云升;国产交直传动电力机车微机控制技术的发展[J];电力机车与城轨车辆;2003年01期
6 常振臣,牛得田,王立德,田永洙;列车通信网络研究现状及展望[J];电力机车与城轨车辆;2005年03期
7 李兰英;高俊锋;;UPFC控制系统的SOPC设计[J];电机与控制学报;2007年01期
8 张玉萍;佟为明;李辰;;Profibus单主站系统实时性研究[J];低压电器;2009年11期
9 侯维岩;张海峰;费敏锐;;现场总线PROFIBUS系统的实时性能分析[J];电子测量与仪器学报;2004年02期
10 张大波;李红;邱志坚;;MVB1类设备控制器的FPGA设计[J];电子技术应用;2007年02期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 范兴刚;网络控制系统若干通信网络实时特性研究[D];浙江大学;2004年
2 陈磊;从现场总线到工业以太网的实时性问题研究[D];浙江大学;2004年
3 王晓欣;交换式工业以太网与时间触发CAN总线系统的实时性研究[D];天津大学;2005年
4 杨业;网络控制系统的分析建模与控制研究[D];华中科技大学;2006年
5 朱琴跃;列车通信网络实时性理论与方法研究[D];同济大学;2008年
6 严怀成;网络控制系统的分析与综合[D];华中科技大学;2007年
7 张湘;分布式网络控制系统若干控制问题研究[D];西南交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘波;基于多功能车辆总线的列车网络关键技术的研究与应用[D];中南大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐欣圻,杨世海;基于UMAC的精密伺服控制系统[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年04期
2 丁鹏;周国荣;蒋复岱;;基于两级网络的远程设备监控系统[J];办公自动化;2006年15期
3 林立广,于兆和;基于ProfiBus-DP网络的火车运行模型[J];兵工自动化;2004年04期
4 何锋;宋丽茹;熊华钢;;航空电子双层任务分区调度设计[J];北京航空航天大学学报;2008年11期
5 孟祥;曹万科;林程;周逢君;;独立驱动电动汽车TTCAN调度策略与特性研究[J];北京理工大学学报;2011年06期
6 龙海南;王春;;基于干式变压器温控仪的监控中心人机界面系统的设计[J];变压器;2008年07期
7 周悦,于海斌,王天然,苑明哲;Profibus和FF现场总线的性能分析与评价[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
8 贾东时;;触摸屏在蓄电池充放电自动控制中的应用[J];蓄电池;2010年01期
9 郝加强,笪贤进,罗乐;三种典型的控制网络总线分析[J];承德石油高等专科学校学报;2005年03期
10 康金;甄玉杰;冯晓哲;黎懿萱;;13·56M射频卡控制器的设计[J];承德石油高等专科学校学报;2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴雪莲;王维佳;喻青;吴婷;;基于无线网络的起重机运行安全监控管理系统设计[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 刘怀;黄建新;曹弋;;基于令牌总线的网络控制系统中信息的优化调度[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 雷兆明;孙鹤旭;刘作军;梁涛;;一种基于QoS的控制网络介质访问控制方式[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 杨晓波;;高炉出铁场设备的优化控制[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年
5 李世雄;付晓霞;;基于CANalyzer的车辆CAN网络性能分析[A];农业机械化与全面建设小康社会——中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
6 宋雅琼;梁红影;;唐钢冷轧薄板厂2#镀锌卧式炉的自动控制系统[A];2009年河北省轧钢技术与学术年会论文集(下)[C];2009年
7 ;Research on Curing Monitoring System of a Variable Step Adaptive Algorithm of the CAN Bus[A];2009中国控制与决策会议论文集(3)[C];2009年
8 胥青青;杨世兴;;Aduc812与晶闸管控制模块在直流电机调速中的应用[A];第十五届全国煤矿自动化学术年会和中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会学术会议论文集[C];2005年
9 伍先达;龙飞;吴斌;;基于RS-485方式的测漏仪网络通信平台的实现[A];中国土木工程学会城市燃气分会应用专业委员会2010年年会论文集[C];2010年
10 韦安;刘国平;;工业实时TCP/IP协议栈的研究与开发[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李本亮;基于无线局域网的分布式测试系统实时性及时钟同步研究[D];电子科技大学;2011年
2 章涵;EPA实时可靠通信协同调度与优化研究[D];浙江大学;2010年
3 王苏敬;大功率机车柴油机时间控制式燃油喷射控制系统研究[D];北京交通大学;2011年
4 梅樱;城轨车辆新型网络控制系统的调度、建模及优化[D];北京交通大学;2011年
5 李宏;自升式海洋石油钻井平台监控关键技术研究[D];东北石油大学;2011年
6 高守婉;具有随机时滞与丢包的网络控制系统分析与设计研究[D];中国海洋大学;2011年
7 陈曦;CAN总线实时性和可靠性若干问题的研究[D];天津大学;2010年
8 吉顺平;网络控制系统的控制器与通信协议的研究与设计[D];南京航空航天大学;2009年
9 郑书朋;飞行模拟器的计算机系统实时调度与通信关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 王敏;基于图像的工业控制网络调度与协议的研究[D];天津大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苗晋玲;基于ARM的三自由度直升机嵌入式控制系统设计[D];南昌航空大学;2010年
2 刘易;船用柴油机监控系统CAN总线协议设计与研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 孙宏敏;基于OPC技术的柴油机网络化测控系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 朱俊超;基于多处理器的双优化级调度算法改进与实现[D];大连理工大学;2010年
5 王诗源;基于排队论的以太网实时通信技术的研究[D];大连理工大学;2010年
6 朱晓琪;基于MVB消息通信的数字广播设计与实现[D];大连理工大学;2010年
7 宋健军;基于USB总线的MVB网卡设计与实现[D];大连理工大学;2010年
8 张君艳;基于PROFIBUS现场总线的PLC自动装配系统研制[D];苏州大学;2010年
9 廖志刚;基于PLC的高炉自动化控制系统设计[D];合肥工业大学;2009年
10 李旭;基于ATL的OPC数据访问技术研究与应用[D];天津理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨柳,卢清萍;嵌入式系统与Nios[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年02期
2 许红军,罗志强,张其善;一般令牌网络的性能分析[J];北京航空航天大学学报;1995年01期
3 罗志强,许红军,张其善;一般高速数据总线网络的吞吐量分析[J];北京航空航天大学学报;1997年02期
4 C.Kundmann,王渤洪;新型ICE3和ICE T电动车组的控制技术(一)[J];变流技术与电力牵引;2001年02期
5 C.Kundmann,王渤洪;新型ICE3和ICET电动车组的控制技术(二)[J];变流技术与电力牵引;2001年04期
6 M.Studer,王渤洪;铁道机车车辆控制技术的革新[J];变流技术与电力牵引;2003年01期
7 周悦,于海斌,王天然,苑明哲;Profibus和FF现场总线的性能分析与评价[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
8 徐步伟,彭云峰,陆旸,金耀辉,胡卫生;链路管理协议的一致性测试[J];电讯技术;2005年04期
9 邱占芝,张庆灵,杨春雨;基于广义系统的网络控制系统的分析与建模[J];东北大学学报;2005年05期
10 施一明,冯冬芹,金建祥;现场总线的标准发展[J];电工技术杂志;2000年09期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 陈武华;时滞动态系统稳定与控制研究[D];华中科技大学;2004年
2 黄剑;网络控制系统的建模、稳定与控制研究[D];华中科技大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨丽丽;;现场总线在列车控制网络中的应用[J];铁道运营技术;2009年04期
2 聂晓波;王立德;申萍;覃兴琨;;ARCNET网络系统实时性能分析与研究[J];铁道学报;2011年01期
3 江守亮;胡鹏飞;;基于ARM的ARCNET网接口设计[J];铁道运营技术;2010年04期
4 李云峰,王立德;高速试验列车控制系统通信节点机的研究[J];北方交通大学学报;1999年03期
5 王利锋;何鸿云;王玉松;宋红霞;;基于ARCnet的高速列车分级控制系统[J];工业控制计算机;2007年10期
6 王利锋;何鸿云;王玉松;况长虹;;基于ARCnet列车网络控制系统的安全性和可靠性分析[J];机车电传动;2007年06期
7 涂碧波,李胜利;一种增强Linux实时性能的技术[J];华中科技大学学报(自然科学版);2001年12期
8 李冬梅,王正欧;提高前向神经网络泛化性能和实时性能的新算法[J];电机与控制学报;2002年03期
9 侯维岩,费敏锐,汪敏,陈伯时;基于RFieldbus的Token-Passing协议实时性能建模[J];系统仿真学报;2005年02期
10 方安平,肖强;μC/OS-II的实时性能分析[J];单片机与嵌入式系统应用;2005年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李燕;;实时性能监控技术及应用[A];两化融合与物联网发展学术研讨会论文集[C];2010年
2 黄文华;常弘;茹锋;黄伟;薛钧义;;符合IEC61850标准的变电站通信网络实时性能仿真研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
3 吴讯;王峰俊;马媛;董勤鹏;;实时操作系统实时性能测试技术研究[A];全国第22届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2011)暨全国第3届安全关键技术与应用(SCA·2011)学术会议论文摘要集[C];2011年
4 阮冬茹;谢东光;;工业以太网架构中交换技术的选择[A];全国先进制造技术高层论坛暨制造业自动化、信息化技术研讨会论文集[C];2005年
5 尚利宏;林琦;金惠华;;CANaerospace协议实时性评估与比较[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年
6 曾小清;;基于通信的自律列车控制系统与在线过渡(英文)[A];盛世岁月——祝贺孙钧院士八秩华诞论文选集[C];2006年
7 刘杰;彭晓源;;飞行器动力学虚拟样机技术研究[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
8 李少雪;吾守尔·斯拉木;郭凯敏;;嵌入式Linux2.6的实时性能研究与优化[A];2010年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集[C];2010年
9 路现立;胡国平;李军;;Solaris实时性能测试与分析[A];全国计算机网络应用年会论文集(2001)[C];2001年
10 林静然;彭启琮;李玉柏;唐小军;;局部频谱细化算法的实时效率[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 龚杰;OSIsoft升级实时性能管理软件[N];计算机世界;2004年
2 诸玲珍;泰克新型DPO闪亮登场[N];中国电子报;2000年
3 本报记者 郭宇;列车控制系统集体失语 供应商遭信任危机[N];中国工业报;2011年
4 早报记者 葛佳;南车与北车“赛跑”:列车控制系统都有待完善[N];东方早报;2011年
5 本报记者 刘晓军 韩义雷;中国信号[N];科技日报;2010年
6 陈红;泰克实时示波器TDS7000系列再上层楼[N];通信产业报;2000年
7 王蔚;外资“争食”中国轨道交通[N];文汇报;2004年
8 李治国;实时管理提升企业信息化水平[N];经济日报;2007年
9 田爱国;铁路跨越式发展对国防交通运输的影响[N];中国国防报;2005年
10 周倩;庞巴迪公司——家族企业也常青[N];经济日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 聂晓波;列车控制网络实时性能分析及调度策略研究[D];北京交通大学;2011年
2 宋娟;列车通信系统信道复用技术的研究[D];北京交通大学;2012年
3 侯维岩;无线现场总线RFieldbus的实时性能分析和研究[D];上海大学;2004年
4 方晓柯;现场总线网络技术的研究[D];东北大学;2005年
5 王晓欣;交换式工业以太网与时间触发CAN总线系统的实时性研究[D];天津大学;2005年
6 王剑;基于GNSS的列车定位方法研究[D];北京交通大学;2007年
7 朱琴跃;列车通信网络实时性理论与方法研究[D];同济大学;2008年
8 易勇;分布式测控系统建模及其系统实时性研究[D];电子科技大学;2008年
9 高丰;基于SOC的实时操作系统的研究[D];浙江大学;2002年
10 邹勇;开放式实时系统的调度方法研究[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨子亮;列车控制网络的实时性与可靠性研究[D];西南交通大学;2008年
2 崔毅;基于LPC3250的高速列车控制网络半实物仿真研究[D];西南交通大学;2012年
3 蒋瑾;列车控制网络多功能车辆总线配置[D];西南交通大学;2011年
4 陈冬;工业控制领域的嵌入式系统实时性研究[D];武汉理工大学;2006年
5 康葆荣;共享式工业以太网的实时性研究[D];太原科技大学;2007年
6 童洪亮;无线传感器网络实时传输技术的研究与实现[D];国防科学技术大学;2006年
7 张帆;基于嵌入式以太网的变电站自动化网络通信研究[D];兰州理工大学;2009年
8 吴瑞强;控制系统的实时性研究与优化[D];浙江大学;2006年
9 张蕾;基于RTX的全软件数控系统的研究[D];燕山大学;2006年
10 靳玮玮;基于OPNET的IEC61850性能仿真研究[D];华北电力大学(河北);2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026