[發(fā)明專利]一種基于遺傳算法的MVB周期信息實時調(diào)度優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810337426.4
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108632167B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡黃水;楊興旺;鄭曼;趙思遠(yuǎn);卿金暉
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04L47/50
• 分類號: H04L47/50;G06N3/12;H04L12/40
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本發(fā)明涉及一種MVB周期信息調(diào)度的算法，特別是一種基于遺傳算法的MVB周期信息實時調(diào)度優(yōu)化算法。本發(fā)明主要應(yīng)用于列車MVB網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，包括MVB通信過程模型及其調(diào)度優(yōu)化算法。在通信過程模型的基礎(chǔ)上中，根據(jù)IEC61375?1國際標(biāo)準(zhǔn)確定約束條件及優(yōu)化目標(biāo)并采用遺傳算法進(jìn)行求解，對周期調(diào)度表的寬度和梯度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)調(diào)度實時性及總線利用率的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種MVB周期信息調(diào)度的方法，特別是一種基于遺傳算法的MVB周期信息實時調(diào)度優(yōu)化方法。該方法根據(jù)IEC61375-1國際標(biāo)準(zhǔn)確定約束條件及優(yōu)化目標(biāo)并采用遺傳算法進(jìn)行求解，對周期調(diào)度表的寬度和梯度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)調(diào)度實時性及總線利用率的目的。

背景技術(shù)

多功能車輛總線MVB(Multifunction Vehicle Bus)是列車通信網(wǎng)絡(luò)(TrainCommunication Network-TCN)國際標(biāo)準(zhǔn)之一，因其結(jié)構(gòu)簡單、實時性、安全性和可靠性高而在普通軌道列車、動車以及高鐵上得到了廣泛應(yīng)用。雖然IEC61375標(biāo)準(zhǔn)明確了MVB數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求，但如何進(jìn)一步提高其通信實時性能一直是其面臨的主要挑戰(zhàn)。

對于一般的現(xiàn)場總線，構(gòu)建周期調(diào)度表的算法主要有最小截止期優(yōu)先算法、單調(diào)速率算法、延遲釋放算法、逐步填空算法，對于特殊的現(xiàn)場總線如MVB，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究也提出了一些更優(yōu)化的算法。有人提出了多粒子群優(yōu)化算法，但該算法更適用于處理連續(xù)問題，而對于離散問題的調(diào)度優(yōu)化則存在一定的缺陷；也有人提出Pareto蟻群算法，雖然該算法適合處理離散問題，但不能兼顧具體的通信指標(biāo)，且算法的參數(shù)設(shè)定嚴(yán)重依賴于人的經(jīng)驗，因而難以使算法性能達(dá)到最優(yōu)；也有人提出采用模擬退火算法進(jìn)行周期表的優(yōu)化調(diào)度，但是算法的收斂速度較慢，難以滿足實際調(diào)度過程中周期信息實時性需求。

可見，現(xiàn)有的MVB調(diào)度方法很難滿足MVB周期數(shù)據(jù)實時通信，且其數(shù)據(jù)的傳輸能力和總線利用率也較低，這對列車MVB網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實時調(diào)度算法提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對目前已有多功能車輛總線調(diào)度方法中數(shù)據(jù)傳輸能力不足及總線利用率較低的問題，提出了一種基于遺傳算法的MVB周期信息實時調(diào)度優(yōu)化方法，將遺傳算法用在MVB總線周期信息調(diào)度優(yōu)化的問題上，根據(jù)約束條件及優(yōu)化目標(biāo)對周期調(diào)度表的寬度和梯度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)調(diào)度實時性及總線利用率的目的，從而解決上述問題。

本發(fā)明一種基于遺傳算法的MVB周期信息實時調(diào)度優(yōu)化方法包括MVB通信過程模型及其調(diào)度優(yōu)化算法。MVB通信過程模型是在一個輪回周期中，MVB主設(shè)備通過事先生成的周期調(diào)度表在MVB基本周期內(nèi)按照表中報文發(fā)送的先后順序向MVB從設(shè)備發(fā)送報文的一種通信模型。MVB周期信息調(diào)度優(yōu)化算法是采用遺傳算法對周期信息調(diào)度的實時性進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)約束條件及優(yōu)化目標(biāo)，對周期調(diào)度表的寬度和梯度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使周期掃描表的分布更加均勻，從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)調(diào)度實時性及總線利用率的目的。

所述的MVB通信過程模型是在一個輪回周期內(nèi)，MVB由單一的總線主設(shè)備控制，總線主設(shè)備是發(fā)起通信的唯一設(shè)備，其他所有設(shè)備都是從設(shè)備，從設(shè)備不能自發(fā)引起通信過程，整個MVB通信過程由總線主設(shè)備協(xié)同管理。總線主設(shè)備將一個輪回周期分成若干個固定的時間片段，即基本周期，基本周期包括四個相：周期相、監(jiān)視相、事件相及保護(hù)相，周期相用于發(fā)送過程數(shù)據(jù)，此時總線主設(shè)備執(zhí)行過程數(shù)據(jù)的周期輪詢，以保證對實時性要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)可以及時更新；事件相、監(jiān)視相和保護(hù)相統(tǒng)稱為偶發(fā)相，主要用于設(shè)備進(jìn)行消息數(shù)據(jù)的傳送，由于此類消息是按需發(fā)送，所以對網(wǎng)絡(luò)的實時性要求一般不高。