[发明专利]一种CAN总线主从应答模式协议的网络调度算法

权利要求书

1.一种CAN总线主从应答模式协议的网络调度算法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：网络中所有节点广播竞争主节点，标识符最低的节点将成为网络主节点；

步骤二：网络主节点广播统计信息，所有节点返回本节点的请求和应答消息，存至主节点内存中；

步骤三：网络主节点根据统计收集的所有消息，采用“间隔式装箱算法”构造调度表；

步骤四：网络主节点采用遗传算法优化已构造的调度表；

步骤五：网络主节点将优化后的调度表信息发送至网络中的每个节点后，再广播参考消息开始网络消息调度；

步骤六：网络主节点在开始调度一段时间后，重复步骤二至步骤五，根据网络中节点运行情况及时更新调度表。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中统计信息包括每个节点的请求消息和对应的应答消息，这些消息的属性包括消息个数、消息传输时间长度和消息传输周期。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中间隔式装箱算法在构造调度表时，放置请求消息MQ_i后需要将对应的应答消息MR_i进行间隔一列放置，而间隔的空闲列则用于下一个消息的分配。间隔式装箱算法构造调度表的过程如下：

（1）主节点根据收集的所有消息，计算调度表的周期、基本周期、调度表行数；

（2）从存储的消息中取出消息MQ_i和MR_i，遍历调度表，判断调度表中的某行长度是否能同时容下消息MQ_i和MR_i，能则放置消息MQ_i和MR_i；不能则继续遍历调度表，寻找可同时放下消息MQ_i和MR_i的位置；

（3）重复过程（2），直至所有的消息均放入调度表中。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤四中的遗传算法，步骤如下：

（1）将步骤三构造的调度表采用实数编码后作为初始个体，剩余个体随机产生；

（2）构造适应度函数，适应度函数由每个个体解码后表示的总线利用率和惩罚因子组成；

（3）在每次进行选择、交叉、变异三个操作之前，均需先计算所有个体的适应度函数，并保留最优个体不参与选择、交叉和变异三个操作；

（4）选择采用轮盘赌算法进行选择，采用单点交叉和两点交叉的混合交叉算法，随机数（0，1）的方式选择交叉算法，随机数为0采用单点交叉算法，随机数为1采用两点交叉算法；变异则采用随机概率的方式进行随机位的变异。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，个体r的适应度函数f_r由总线利用率和惩罚因子组成，表示为：其中p_r为个体r的惩罚因子，针对遗传算法优化过程中产生的某些个体解码后列数可能超过原调度表列数总数的限制，若超过则个体为不合理，否则为合理，而引入的惩罚因子就是根据这些个体解码后的调度表是否合理来影响该个体遗传至下一代的概率；若个体r解码后对应的调度表是合理的，则p_r为0，否则为一个很大的常数α，α选取为的1000倍以上；tr_i为相对编号为i的消息传输时间长度，T为调度表的调度周期，Q为独占窗中总线利用率非最优的时间窗个数，L_j为分配在第j列的时间窗长度，n_j分配在j列的消息个数，i为分配在优化独占窗的消息编号，k为分配在优化独占窗的消息个数；f_r代表个体的优越程度。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤五所述优化后发送调度表信息，发送的调度表信息包括调度基本周期、调度表周期、调度表行数、调度表列数、调度表每列时间窗宽度和调度表每行每列分配发送的消息标识符。