矿山通信网络控制系统实时调度算法研究

摘要

通信的实时性决定着矿山监控系统的安全等级，高的实时性能够起到及时检测事故的发生和及时避免的作用，国家对煤矿安全也投入了巨大的人力财力。随着科技的发展，监控系统在不断的升级，这20多年来，硬件传输速率已经能够达到千兆级，但是很多情况下不能更大程度的提高系统的实时性。针对上述问题，通过改进网络调度算法降低消息的传输时延，提高通信的实时性。 针对网络控制系统中网络诱导时延是网络时延的重要组成部分，网络时延使系统实时性降低，从而造成对信息流的分配不公平问题，本文研究了两种不同的队列调度算法来保证信息流的公平性、实时性和吞吐量。1、混合调度算法，该算法结合优先级、队列长度和信息帧的平均等待时延来确定队列的输出顺序，文中详细介绍了优先级的划分方式，即通过信息帧的信息周期、截止期和信息到达时间来动态分配优先级。实验结果表明该算法能够通过设置参数来调节各队列的带宽，且队列中信息帧的实时性提高，丢包率降低。2、非可加测度队列调度算法，该算法使用非可加测度的方法实现队列调度控制，详细介绍了得到准则集中子集的偏好关系或评价值，即通过层次分析法、最大熵原则和 2 序可加测度相结合的技术来求出各个准则的测度值。 基于总线型以太网的网络控制系统中使用CSMA/CD协议出现系统的不稳定性和碰撞率高、信道利用率低、吞吐量小的特点。本文建立了以太网总线时间响应模型并研究了一种改进的CSMA/CD协议—动态参数的Logistic映射CSMA/CD协议，协议利用Logistic映射在不同的参数Mu下函数呈现动态变化的趋势，该趋势能够动态调节动态参数 p 使信道利用率增加。该协议利用不同的负载条件下使用不同的调度方式：高负载条件下使用轮询的形式实现节点调度；低负载条件下使用动态参数p的Logistic映射CSMA/CD算法来实现节点调度。

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