基于以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)實時調(diào)度優(yōu)化及應(yīng)用

1　基于以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)實時性概述 001
1.1 以太網(wǎng)在列車通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用現(xiàn)狀 003
1.2 列車通信網(wǎng)絡(luò)的實時性需求分析 006
1.2.1 列車通信網(wǎng)絡(luò)的特點 007
1.2.2 數(shù)據(jù)分類與實時性需求 008
1.3 以太網(wǎng)的實時性 010
1.3.1 確定性和實時性問題 010
1.3.2 實時性評價方法 014
1.4 交換式以太網(wǎng)的實時性研究現(xiàn)狀 015
1.4.1 交換式以太網(wǎng)的特點 015
1.4.2 交換式以太網(wǎng)的實時性問題 016
1.4.3 交換式以太網(wǎng)的實時性研究現(xiàn)狀 016
1.5 實時以太網(wǎng)的研究現(xiàn)狀 021
1.5.1 實時以太網(wǎng)協(xié)議 021
1.5.2 時間敏感網(wǎng)絡(luò) 022
2　基于交換式以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)時延分析 023
2.1 概述 023
2.2 列車通信網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計需求 024
2.2.1 一般列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成 025
2.2.2 列車通信網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計需求總結(jié) 026
2.3 列車通信網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計 027
2.3.1 以太網(wǎng)交換機的結(jié)構(gòu)和工作原理 027
2.3.2 交換式以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)幀的端到端時延構(gòu)成 028
2.3.3 基于交換式以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計 030
2.4 列車通信網(wǎng)絡(luò)及時可靠性分析 033
2.4.1 及時可靠性模型 034
2.4.2 基于二元決策圖的及時可靠性 035
2.4.3 及時可靠性的仿真測試與分析 038
2.5 列車通信網(wǎng)絡(luò)的最大端到端時延分析 041
2.5.1 網(wǎng)絡(luò)演算理論 042
2.5.2 FCFS 調(diào)度方式下的數(shù)據(jù)幀端到端時延 043
2.5.3 實時數(shù)據(jù)幀的最大端到端時延計算實例 045
2.5.4 實時數(shù)據(jù)幀的最大端到端時延分析 046
2.5.5 端到端時延的仿真測試與分析 048
2.6 本章小結(jié) 055
3　基于相對時延的終端設(shè)備到交換機的優(yōu)化分配 056
3.1 概述 056
3.2 終端設(shè)備到交換機的分配優(yōu)化問題描述 057
3.2.1 遺傳算法基礎(chǔ) 057
3.2.2 數(shù)據(jù)流的端到端相對時延 060
3.2.3 列車設(shè)備到交換機的分配模型 060
3.2.4 設(shè)備分配約束條件 060
3.2.5 基于相對時延的設(shè)備分配目標函數(shù) 061
3.2.6 目標函數(shù)的仿真測試與分析 062
3.3 基于混合交叉的遺傳算法 065
3.3.1 編碼方式 065
3.3.2 適應(yīng)度函數(shù) 065
3.3.3 選擇算子 066
3.3.4 混合交叉遺傳算法設(shè)計 066
3.4 優(yōu)化結(jié)果測試與分析 067
3.4.1 對標準測試函數(shù)的優(yōu)化結(jié)果及分析 067
3.4.2 對列車設(shè)備分配的適應(yīng)度函數(shù)優(yōu)化結(jié)果分析 070
3.5 本章小結(jié) 072
4　交換機兩級調(diào)度算法研究 073
4.1 概述 073
4.2 實時調(diào)度算法研究現(xiàn)狀 074
4.2.1 實時調(diào)度算法在控制網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用 074
4.2.2 優(yōu)先級調(diào)度方法在交換機調(diào)度中的應(yīng)用 076
4.3 交換機兩級調(diào)度算法 077
4.3.1 一級調(diào)度——優(yōu)先級-時間片調(diào)度 078
4.3.2 二級調(diào)度——最小截止期優(yōu)先 079
4.4 采用網(wǎng)絡(luò)演算計算實時數(shù)據(jù)幀的最大端到端時延 081
4.5 采用排隊論計算數(shù)據(jù)的平均端到端時延 082
4.5.1 交換機數(shù)據(jù)的G/D/1 排隊模型 082
4.5.2 G/D/1 排隊模型中的交換機排隊時延 085
4.5.3 基于G/D/1 排隊模型的交換機排隊時延實例計算 086
4.6 仿真測試與分析 088
4.6.1 仿真配置 088
4.6.2 仿真分析 088
4.7 本章小結(jié) 091
5　基于FQPSO 和SMT 理論的實時周期業(yè)務(wù)調(diào)度優(yōu)化 093
5.1 概述 093
5.2 周期任務(wù)調(diào)度優(yōu)化建模 094
5.2.1 時間觸發(fā)通信機理 094
5.2.2 列車通信網(wǎng)絡(luò)建模 097
5.2.3 任務(wù)調(diào)度約束條件 100
5.2.4 抖動與負載均衡目標 103
5.3 模糊控制量子粒子群算法 106
5.3.1 量子粒子群算法 107
5.3.2 收縮-擴張系數(shù)與勢阱長度關(guān)系 108
5.3.3 基于模糊控制的量子粒子群自適應(yīng)優(yōu)化算法 110
5.4 基于可調(diào)度性排序SMT的時間觸發(fā)調(diào)度 114
5.4.1 可滿足性模塊理論 114
5.4.2 周期業(yè)務(wù)可調(diào)度性排序 115
5.5 調(diào)度表性能評估 116
5.5.1 算法流程 116
5.5.2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 118
5.5.3 算例分析 119
5.6 本章小結(jié) 122
6　實時非周期業(yè)務(wù)調(diào)度與分析優(yōu)化方法 124
6.1 概述 124
6.2 實時非周期數(shù)據(jù)融合調(diào)度模型 125
6.2.1 實時非周期數(shù)據(jù)傳輸特征 125
6.2.2 實時非周期數(shù)據(jù)融合傳輸機制 126
6.2.3 動態(tài)平滑加權(quán)輪詢-最小截止期優(yōu)先兩級調(diào)度 130
6.3 基于隨機網(wǎng)絡(luò)演算的實時非周期數(shù)據(jù)時延計算 135
6.3.1 隨機網(wǎng)絡(luò)演算理論 135
6.3.2 TCN 實時非周期數(shù)據(jù)到達與服務(wù)過程 136
6.3.3 TCN 實時非周期數(shù)據(jù)積壓與時延邊界計算 139
6.4 基于貝葉斯規(guī)則的實時非周期業(yè)務(wù)時延估計方法 144
6.4.1 業(yè)務(wù)端到端時延測試 144
6.4.2 數(shù)據(jù)幀延誤先驗與后驗概率分布 145
6.4.3 基于目標置信度的端到端數(shù)據(jù)延誤率估計算法 147
6.5 算例仿真與分析 149
6.5.1 隨機網(wǎng)絡(luò)演算算例分析 149
6.5.2 DSRR-EDF 調(diào)度仿真 153
6.5.3 貝葉斯時延測試方法分析 160
6.6 本章小結(jié) 162
參考文獻 164
附錄　專業(yè)術(shù)語中英文對照 169