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列车通信网络时间触发调度模型的等价化简技术
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作者 朱广超 聂晓波 +3 位作者 李洋涛 李宗辉 聂晨浩 马可 《铁道学报》 北大核心 2025年第3期73-80,共8页
时间敏感网络因其高确定性及低时延特性逐步成为列车通信网络的下一步发展方向。它通过时间触发调度精确地指定数据流在网络节点中的发送时间,从而保障数据流端到端的确定性实时传输。时间触发调度模型通常形式化为可满足性约束模型,由... 时间敏感网络因其高确定性及低时延特性逐步成为列车通信网络的下一步发展方向。它通过时间触发调度精确地指定数据流在网络节点中的发送时间,从而保障数据流端到端的确定性实时传输。时间触发调度模型通常形式化为可满足性约束模型,由于调度模型数据流数量庞大,且参数不同,造成当前约束规模冗余而庞大,严重影响调度性能。针对该问题,挖掘时间触发传输机制的特点,提出时间触发调度模型的两个化简条件,并证明该化简是等价化简,即化简前后可行解空间不变;给出计算化简模型的算法,并基于可满足性求解器Z3实现了时间触发的增量调度工具;基于列车通信网络拓扑及流配置,对提出的时间触发调度模型等价化简技术进行性能评估。试验结果表明:相比于传统的时间触发调度模型,本文提出的等价化简技术缩小约束规模7.9%,缩小变量规模21%,提升调度性能26.1%。 展开更多
关键词 列车通信网络 确定性实时传输 时间触发 调度模型 等价化简
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基于时间敏感网络的列车通信网络实时流量调度优化 被引量:6
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作者 梁晨 贺德强 +2 位作者 任子阳 靳震震 杨卫峰 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期58-69,共12页
随着轨道交通智能化的发展,列车控制与监测产生的高带宽实时数据对列车通信网络提出了更高的要求。时间敏感网络可作为兼具高传输速率、高确定性和高兼容性的下一代列车通信网络解决方案。然而,实现时间敏感网络确定性通信机制的流量门... 随着轨道交通智能化的发展,列车控制与监测产生的高带宽实时数据对列车通信网络提出了更高的要求。时间敏感网络可作为兼具高传输速率、高确定性和高兼容性的下一代列车通信网络解决方案。然而,实现时间敏感网络确定性通信机制的流量门控调度设计难以拓展到实际场景规模。因此,针对车载网络流量特性,提出一种基于改进增量式调度策略和改进灰狼优化算法的列车通信网络流量门控调度生成方法。首先,基于列车通信网络流量和拓扑结构建立门控调度系统模型。然后,为提高调度生成效率,提出了基于增量式调度的单帧简易调度(Single Frame Simple Scheduling,SFSS)策略,弥补了门控调度模型在计算速度方面的不足。其次,为提高灰狼优化算法的寻优性能,引入了粒子群优化算法、Logistic混沌映射策略和反正切函数,提出了改进灰狼优化(Improved Grey Wolf Optimization,IGWO)算法,改善了实时周期性流量的实时性能和带宽占用。最后,利用SFSS策略和IGWO算法对列车通信网络门控调度系统模型进行测试和求解,通过实验验证所提出调度生成方法的可行性和有效性。实验结果表明,与其他方法相比,提出的门控调度生成方法在计算精度和计算速度方面具有更大的优势,流量调度的平均端到端时延降低为57μs。研究成果能够满足列车通信网络流量调度的需求,可有效地实现时间敏感网络确定性通信在列车中的应用和改善。 展开更多
关键词 列车通信网络 时间敏感网络 流量调度 增量式调度 改进灰狼优化算法
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基于时间敏感网络的列车通信网络研究及应用 被引量:1
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作者 齐玉玲 黄涛 +5 位作者 张军贤 贾焱鑫 徐龙 熊伟 朱海龙 彭开来 《城市轨道交通研究》 北大核心 2024年第5期184-189,共6页
[目的]TCN(列车通信网络)拓扑结构复杂而且对传输实时性要求较高,目前列车数据传输主要采用TRDP(列车实时数据协议)进行承载,但会存在网络时延不确定的问题,故研究采用TSN(时间敏感网络)保证数据传输的有界时延,来解决TCN面临的以上问题... [目的]TCN(列车通信网络)拓扑结构复杂而且对传输实时性要求较高,目前列车数据传输主要采用TRDP(列车实时数据协议)进行承载,但会存在网络时延不确定的问题,故研究采用TSN(时间敏感网络)保证数据传输的有界时延,来解决TCN面临的以上问题。[方法]提出了TTAM(一种TRDP与TSN自适应的方法),以实现TRDP与TSN的协议转换,保证列车数据在网络中传输的时间确定性。[结果及结论]通过搭建TSN测试台,对TSN网络功能及性能(IEEE 802.1 AS与IEEE 802.1 Qbv协议)进行测试,验证了TTAM在TSN技术应用中的有效性。 展开更多
关键词 列车通信网络 时间敏感网络 列车实时数据协议
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基于交换式以太网的列车通信网络实时性研究 被引量:23
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作者 王涛 王立德 +1 位作者 周洁琼 申萍 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期39-45,共7页
以太网技术具有通信速率高、成本低的优势,目前国内外轨道交通行业都在研究发展基于以太网的列车通信网络。本文以兼容传统以太网协议为前提,研究提高工业以太网实时性的方法。在对列车通信网络需求分析的基础上,提出一种基于交换式以... 以太网技术具有通信速率高、成本低的优势,目前国内外轨道交通行业都在研究发展基于以太网的列车通信网络。本文以兼容传统以太网协议为前提,研究提高工业以太网实时性的方法。在对列车通信网络需求分析的基础上,提出一种基于交换式以太网的列车通信网络的解决方案,为满足列车重要数据的实时性要求,提出列车级交换机采用混合调度算法,以降低列车实时数据在交换机缓冲队列中的排队时延。运用网络演算理论分析列车实时数据的端到端时延上界,并通过网络仿真技术验证本方案应用于列车通信网络这一特定场合的可行性和有效性。 展开更多
关键词 交换式以太网 列车通信网络 混合调度算法 网络演算 网络仿真
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基于交换式以太网的列车通信网络建模与性能分析 被引量:21
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作者 张玉琢 曹源 闻映红 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第9期181-187,共7页
为了满足未来大容量、高速率、硬实时性的信息传输需求,将交换式以太网技术引入列车通信网络(TCN,train communication network)。针对不同优先级消息,根据其通信调度方式对传输过程建立了TCN的确定与随机Petri网(DSPN,determined and s... 为了满足未来大容量、高速率、硬实时性的信息传输需求,将交换式以太网技术引入列车通信网络(TCN,train communication network)。针对不同优先级消息,根据其通信调度方式对传输过程建立了TCN的确定与随机Petri网(DSPN,determined and stochastic Petri nets)模型,比较了交换机不同调度算法对时延的影响,并分析了消息数目和产生周期,以及消息数目和吞吐量的关系。实验结果表明,采用优先级调度算法能在牺牲非实时数据时延的条件下降低实时数据的时延,验证了采用交换式以太网的TCN吞吐量远超过现有的TCN,并且能够为今后的设计和优化提供理论依据。 展开更多
关键词 列车通信网络 交换式以太网 确定与随机PETRI网 调度 吞吐量 延时
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基于虚拟链路交换式以太网的列车通信网络可靠性分析 被引量:14
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作者 周洁琼 王立德 +1 位作者 王涛 申萍 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期55-61,共7页
随着轨道交通技术的不断发展,列车通信网络中需要传输的数据类型和数据量日益增大,传统列车通信网络的带宽难以满足要求。本文提出一种基于虚拟链路的环形交换式以太网解决方案,通过流量整形和虚拟链路调度技术可以保证每个BAG间隔内只... 随着轨道交通技术的不断发展,列车通信网络中需要传输的数据类型和数据量日益增大,传统列车通信网络的带宽难以满足要求。本文提出一种基于虚拟链路的环形交换式以太网解决方案,通过流量整形和虚拟链路调度技术可以保证每个BAG间隔内只有不超过一个帧在使用虚拟链路,可避免传统以太网对介质访问存在的碰撞问题,保证数据传输的确定性。为进一步探讨该网络的实时性,本文采用边扩张二元决策图EEBDD(Edge Expansion Binary Decision Diagram)算法分析该网络中的单条虚拟链路、多条虚拟链路以及全部虚拟链路的连通可靠性与及时可靠性,并通过网络仿真研究证实了本方案应用于列车通信网络的可行性。 展开更多
关键词 虚拟链路交换式以太网 列车通信网络 及时可靠性 边扩张二元决策图算法 网络仿真 TRAIN communication network (TCN)
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基于交换式以太网的列车通信网络的交换机排队时延分析 被引量:6
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作者 周洁琼 王立德 +1 位作者 王涛 申萍 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期95-100,共6页
传统列车通信网络的带宽难以满足现代列车数据传输的要求.本文提出了一种基于交换式以太网的列车通信网络解决方案,为了降低列车实时数据的传输时延,为交换机设计了具有优先级的队列调度策略,并采用G/D/1排队论分析了列车实时数据和非... 传统列车通信网络的带宽难以满足现代列车数据传输的要求.本文提出了一种基于交换式以太网的列车通信网络解决方案,为了降低列车实时数据的传输时延,为交换机设计了具有优先级的队列调度策略,并采用G/D/1排队论分析了列车实时数据和非实时数据的排队时延,计算证实了该策略可以将实时数据在交换机的平均排队时延降低到70μs以下.最后,通过网络仿真研究证实了实时周期数据的平均排队时延从无优先级时的91μs降低到了有优先级时的61μs. 展开更多
关键词 交换式以太网 列车通信网络 优先级队列调度 G D 1排队论 网络仿真
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列车通信网络设计问题中的双层规划模型 被引量:7
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作者 田寅 贾利民 +1 位作者 董宏辉 李海舰 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期133-138,共6页
列车通信网络的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构优化问题关系到列车控制系统及安全监测系统的性能和经济效益。对列车通信网络的设计问题进行建模,通过双层规划的思想,将列车通信网络的可靠性、建造费用与通信效率纳入统一的决策过程,从而... 列车通信网络的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构优化问题关系到列车控制系统及安全监测系统的性能和经济效益。对列车通信网络的设计问题进行建模,通过双层规划的思想,将列车通信网络的可靠性、建造费用与通信效率纳入统一的决策过程,从而建立科学的列车通信网络最优性能模型。上层规划以最低建造成本为目标,约束条件为网络可靠性;下层规划以最大通信效率为目标,约束条件为建造费用和网络物理拓扑。最后利用一种基于遗传算法和Floyd算法的混合求解过程对列车通信网络综合规划模型进行求解,得到满足网络稳定性要求下的最小费用设计方案及该方案下的最优效率通信方式。通过对实例结果的分析表明,文中提出的模型是切实有效的。 展开更多
关键词 列车通信网络 双层规划 遗传算法 可靠性
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基于以太网的列车通信网络冗余结构可靠性分析 被引量:11
9
作者 简捷 王立德 +1 位作者 靳建宇 申萍 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期76-83,共8页
列车通信网络是轨道车辆可靠安全运行的重要保障,具有可靠性高、实时性强、故障切换与恢复时间短等特点.提出基于PRP和HSR的列车通信网络结构,实现网络故障零恢复时间.在此基础上依据系统可修性和功能相关性及冗余性特点,采用DFTA对其... 列车通信网络是轨道车辆可靠安全运行的重要保障,具有可靠性高、实时性强、故障切换与恢复时间短等特点.提出基于PRP和HSR的列车通信网络结构,实现网络故障零恢复时间.在此基础上依据系统可修性和功能相关性及冗余性特点,采用DFTA对其进行可靠性建模;引入BDD和Markov矩阵分解静态子树和动态子树以优化传统故障树分析的计算量;针对具体算例对PRP、HSR、RSTP协议的可靠性指标进行量化求解与对比分析.研究结果表明:提出的PRP与HSR冗余结构和RSTP相比,平均故障间隔时间分别增长了5 764h与5 269h,有效提升了网络可靠性. 展开更多
关键词 动态故障树 并行冗余协议 高可靠性无缝冗余 列车通信网络 网络可靠性
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高速列车通信网络技术特点及其应用 被引量:17
10
作者 王磊 何正友 《城市轨道交通研究》 2008年第2期57-61,64,共6页
现代列车朝高速化、自动化、舒适化方向发展已经成为必然趋势。列车通信网络已成为高速列车控制系统的关键技术。它能够通过对列车运行及车载设备动作的相关信息进行集中管理,从而保障列车安全高速运行。介绍了列车通信网络的两条总线,... 现代列车朝高速化、自动化、舒适化方向发展已经成为必然趋势。列车通信网络已成为高速列车控制系统的关键技术。它能够通过对列车运行及车载设备动作的相关信息进行集中管理,从而保障列车安全高速运行。介绍了列车通信网络的两条总线,即绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB),并分析了两层网络拓扑结构。根据现场总线技术在我国高速列车上的应用情况,比较了WTB、MVB、LonWorks、CAN等几种总线的特点,根据其特点可选取不同的应用领域。 展开更多
关键词 列车通信网络 列车总线 车辆总线 拓扑结构
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基于CAN总线的轨道交通列车通信网络仿真研究 被引量:3
11
作者 符伟杰 刘志刚 何士玉 《城市轨道交通研究》 北大核心 2012年第9期89-93,共5页
通信网络是列车的神经系统。它把所有的控制器和传感器等设备连接起来,实现信息采集和控制。为了研究列车通信网络的安全性和可靠性,分析影响网络性能的原因,同时优化网络参数,利用网络仿真软件OPNET搭建了基于CAN总线的列车通信网络仿... 通信网络是列车的神经系统。它把所有的控制器和传感器等设备连接起来,实现信息采集和控制。为了研究列车通信网络的安全性和可靠性,分析影响网络性能的原因,同时优化网络参数,利用网络仿真软件OPNET搭建了基于CAN总线的列车通信网络仿真模型,研究了应答错误和误码率对网络负载、吞吐量、节点状态等方面的影响。结合实际列车通信网络结构,通过该仿真模型得到相应的仿真结果,今后可为实际列车的通信网络性能分析提供参考。 展开更多
关键词 轨道交通 列车通信网络 仿真 CAN总线
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基于PROFINET IRT的列车通信网络调度算法 被引量:3
12
作者 周洁琼 王立德 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期7-13,共7页
提出了一种基于实时以太网PROFINET的列车通信网络模型,采用时分复用的方式将传输周期分为IRT时段、RT时段和NRT时段,传输3种实时性要求不同的列车数据.在此基础上,重点设计了基于资源受限项目调度问题的实时周期数据IRT通信调度算法,... 提出了一种基于实时以太网PROFINET的列车通信网络模型,采用时分复用的方式将传输周期分为IRT时段、RT时段和NRT时段,传输3种实时性要求不同的列车数据.在此基础上,重点设计了基于资源受限项目调度问题的实时周期数据IRT通信调度算法,通过时态约束得出多个任务的调度时刻表.采用OPNET仿真软件建立了时分复用的PROFINET通信模型,仿真结果表明:采用本文调度算法的IRT时段交付时间,相比单调速率调度后的IRT交付时间减小,且任务量越大,该算法越有优势. 展开更多
关键词 列车通信网络 PROFINET IRT通信调度算法 资源受限项目调度问题 时态约束 网络仿真
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基于分层调度算法的列车通信网络实时性研究 被引量:9
13
作者 贺德强 王亚松 +1 位作者 陈彦君 姚晓阳 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期102-109,共8页
针对现有列车通信网络带宽小、实时性不高等问题,提出一种基于优先级的列车通信网络分层调度算法。该算法采用静态和动态优先级相结合的方式,首先,根据列车通信网络数据类型和实时性需求,进行静态优先级分配并进行以太网帧封装;然后利... 针对现有列车通信网络带宽小、实时性不高等问题,提出一种基于优先级的列车通信网络分层调度算法。该算法采用静态和动态优先级相结合的方式,首先,根据列车通信网络数据类型和实时性需求,进行静态优先级分配并进行以太网帧封装;然后利用最小截止期优先算法作为动态优先级调度,确定最终优先级。使用网络演算理论和OPNET建模仿真对该算法的可行性进行验证,结果表明,相较于固定优先级调度算法,分层调度算法可以使优先级较高的监督数据和过程数据的实时性分别提高61.7%和61.9%,可为列车通信网络实时性研究提供理论参考和方法支撑。 展开更多
关键词 列车通信网络 实时性 分层调度算法 网络演算
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列车通信网络简介 被引量:12
14
作者 王俊景 《城市轨道交通研究》 2005年第6期83-86,共4页
列车通信网络的性能直接影响列车的整体性能,它由连接一辆车上各种设备的多功能车辆总线和连接列车中各车辆总线的列车总线组成。分别介绍了它们的技术特点和结构,以及在轨道车辆上的应用情况。
关键词 列车通信网络 列车总线 车辆总线
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列车通信网络在SS_(3B)型固定重联电力机车上的应用 被引量:1
15
作者 孟玉发 汪强 韩笑 《铁道机车车辆》 2003年第5期10-12,共3页
从SS3B型固定重联电力机车的控制特点出发 ,介绍了SS3B型固定重联电力机车网络控制系统的选择、网络结构及参数、网络组成单元、故障处理及网络总线的布线。运用考核表明 ,该网络控制系统工作可靠 。
关键词 列车通信网络 SS3B型机车 电力机车 固定重联 网络控制系统 铁路运输
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列车通信网络控制器的综合验证
16
作者 刘铭 张国印 +1 位作者 姚爱红 门朝光 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期68-74,共7页
列车通信网络对安全性和可靠性提出更高的要求,如何保证网络控制器设计的正确性和可靠性成为确保列车安全运行的关键因素之一。本文以高级验证方法学为指导搭建列车网络控制器的层次化验证环境,提出网络拓扑级验证模型和错误注入机制,... 列车通信网络对安全性和可靠性提出更高的要求,如何保证网络控制器设计的正确性和可靠性成为确保列车安全运行的关键因素之一。本文以高级验证方法学为指导搭建列车网络控制器的层次化验证环境,提出网络拓扑级验证模型和错误注入机制,并对验证结果进行深入分析。实验结果表明:该验证方法增强验证组件的重用性,弥补传统方法的不足,有效提高了验证效率。 展开更多
关键词 列车通信网络 高级验证方法学 层次化验证模型 断言 FPGA
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列车通信网络并行冗余方法与协议的研究 被引量:6
17
作者 靳建宇 王立德 +2 位作者 简捷 申萍 刘彪 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期76-85,共10页
列车通信网络的可靠性是保证列车安全稳定运行的前提,根据列车通信网络的需求,构建一种并行传输的网络架构,通过改进的并行冗余协议PRP提高基于以太网的列车通信网络的可靠性。对PRP协议的冗余机制进行研究,针对PRP协议存在的问题,结合... 列车通信网络的可靠性是保证列车安全稳定运行的前提,根据列车通信网络的需求,构建一种并行传输的网络架构,通过改进的并行冗余协议PRP提高基于以太网的列车通信网络的可靠性。对PRP协议的冗余机制进行研究,针对PRP协议存在的问题,结合列车通信并行网络的需求,改进并行冗余协议的数据发送机制以及冗余算法。根据重要性对传输的数据进行分类并采取不同的传输策略:重要数据采用并行传输方式,能够使其故障恢复时间减小为零,保证了网络的可靠性;非重要数据采用交替传输方式,以缓解传输时的网络带宽压力。网络仿真结果验证了采用并行冗余协议的列车通信网络的可靠性。 展开更多
关键词 网络冗余技术 并行冗余协议 列车通信网络 网络可靠性 网络仿真
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列车通信网络协议栈的实时性研究 被引量:2
18
作者 刘泽华 刘立祥 +1 位作者 王大鹏 罗郁 《计算机工程与设计》 CSCD 北大核心 2011年第3期761-765,共5页
针对传统列车网络控制系统无法满足高速列车实时运行控制的不足,基于列车通信网络(TCN)建立了一种综合多功能车辆总线(MVB)、绞线式列车总线(WTB)和实时协议(RTP)在内的完备的设备协议栈模型。依据硬实时系统指标,结合列车的实际应用,... 针对传统列车网络控制系统无法满足高速列车实时运行控制的不足,基于列车通信网络(TCN)建立了一种综合多功能车辆总线(MVB)、绞线式列车总线(WTB)和实时协议(RTP)在内的完备的设备协议栈模型。依据硬实时系统指标,结合列车的实际应用,设计出相应的协议模块,并构建了精确的验证平台。仿真实验验证了实时指标和列车初运行自动配置、介质分配、小数据交换等实时特征,建立的协议栈模型实时性强,能够提供高速列车运行控制下的安全性保证。 展开更多
关键词 高速列车 列车通信网络 多功能车辆总线 绞线式列车总线 实时协议
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基于PTP协议的列车通信网络时间同步优化研究 被引量:7
19
作者 程顺岭 李常贤 赵科 《电子测量技术》 北大核心 2022年第18期91-98,共8页
目前列车通信网络支持的网络时钟协议,时间同步精度只能达到亚微秒,无法满足当前列车各节点时间同步精度的需求。针对上述问题,本文提出将精确时钟协议应用在列车通信网络中。为了实现低偏差范围情况下的高同步精度,本文在传统PI控制算... 目前列车通信网络支持的网络时钟协议,时间同步精度只能达到亚微秒,无法满足当前列车各节点时间同步精度的需求。针对上述问题,本文提出将精确时钟协议应用在列车通信网络中。为了实现低偏差范围情况下的高同步精度,本文在传统PI控制算法基础上,在改进的时钟伺服系统中提出多模型PI控制优化算法,设定比例系数KP和积分系数KI的阈值极限值,推导阈值极限值与PI输出补偿值的定量关系,进而补偿从节点的时间偏差。最后,以某列车通信网络场景为研究对象在OMNeT++仿真平台进行建模仿真,分析主从节点时间偏差值。与传统PI控制算法得到的时间偏差值相比,列车通信网络中各节点的时间偏差的改进值均在30 ns以内,同步偏差最低可达1.38 ns,验证了所提算法的优越性。 展开更多
关键词 列车通信网络 时间同步 精确时钟协议 时钟伺服系统 PI控制
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基于OPNET仿真软件的列车通信网络研究 被引量:5
20
作者 周怡 毛中亚 《城市轨道交通研究》 北大核心 2014年第2期42-45,共4页
TCN(列车通信网络)和ARCNET(计算机网络辅助资源)是两种常用的列车通信网络。由于工作环境的特殊性,现代列车通信系统对通信网络的实时性和可靠性提出了非常严格的要求。利用OPNET软件,对TCN和ARCNET网络进行了建模仿真,对比分析了两者... TCN(列车通信网络)和ARCNET(计算机网络辅助资源)是两种常用的列车通信网络。由于工作环境的特殊性,现代列车通信系统对通信网络的实时性和可靠性提出了非常严格的要求。利用OPNET软件,对TCN和ARCNET网络进行了建模仿真,对比分析了两者的实时性和可靠性。试验数据表明,TCN和ARCNET由于其结构不同,因而有着不同的特性。总体表现为:TCN具有较好的实时性,ARCNET具有较高的可靠性。因此,开发同时具有优良的实践性和可靠性的网络控制系统,是列车网络的主要研究方向。 展开更多
关键词 列车通信网络 实时性 可靠性
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