轨道车辆MVB网络实时性方法研究

摘要

随着轨道车辆网络通信技术和总线技术的发展，多功能车辆总线作为一种用于轨道车辆内部各功能设备之间实现互连的网络总线，在我国轨道车辆上的应用日益广泛，其实时性能受到更加广泛的关注，实时性对车辆各控制系统的性能具有至关重要的影响，对于保障列车的行驶安全也十分关键。MVB总线是国际电工委员会制定的列车通信网络标准IEC61375-1中明确介绍说明的一种总线，其主要功能是将轨道车辆中的标准设备连接到列车控制通信网络中。MVB总线主要应用于轨道车辆的控制，传输的数据主要包括周期性过程数据和非周期性消息数据。采用MVB总线传输数据，必须满足列车网络对所传输数据提出的实时性要求。所以本论文主要对列车控制网络的实时性进行了分析研究，并通过三方面对实时性进行分析。
　　首先，详细介绍了MVB总线的相关内容，着重对现有MVB总线传输实时性算法进行了分类总结。根据MVB总线数据类型，简述了周期数据和非周期数据的实时性算法，对其进行比较分析并指出各算法的特点，并归纳总结出MVB总线网络实时性算法设计需考虑的因素。
　　第二，主要对周期性过程数据的传输特性进行了详细说明。针对多功能车辆总线周期扫描表的设备扫描数据传输的规则，本文提出了一种利用差分进化算法的优化设计方法。在国际标准IEC61375-1中，明确介绍了周期扫描表生成规则和约束条件，并建立了基于差分进化算法的数学模型，以均匀度为目标函数，对周期扫描表进行生成和优化。同时与逐步填空法的均匀度对比，显示出差分进化算法的优势。
　　第三，主要针对非周期消息数据的特点进行了详细说明。依据列车通信网络标准实时协议结合时间片轮询算法，本文提出了一种动态优先级时间片轮询算法。MVB总线传输过程的延时主要包括数据在缓存器中发送等待延时、数据分组延时等。动态优先级时间片轮询算法根据非周期数据的优先级进行仲裁调度，通过优化算法复杂度、减小数据等待延时和阻塞延时，解决了MVB网络实时性的问题。对MVB总线非周期数据实时性、公平性等进行了仿真分析，结果表明算法能提高MVB总线非周期数据传输实时性与公平性，并满足列车通信网络实时协议与国际标准ICE61375-1中提出的实时性要求。
　　最后，对全文进行总结，阐述了MVB总线实时性的重要性。同时对于MVB总线的研究进行了展望。