[发明专利]一种基于遗传算法的MVB周期信息实时调度优化方法

说明书

本发明涉及一种MVB周期信息调度的算法，特别是一种基于遗传算法的MVB周期信息实时调度优化算法。本发明主要应用于列车MVB网络通信系统，包括MVB通信过程模型及其调度优化算法。在通信过程模型的基础上中，根据IEC61375‑1国际标准确定约束条件及优化目标并采用遗传算法进行求解，对周期调度表的宽度和梯度等参数进行调整，以达到提高网络调度实时性及总线利用率的目的。

技术领域

本发明涉及一种MVB周期信息调度的方法，特别是一种基于遗传算法的MVB周期信息实时调度优化方法。该方法根据IEC61375-1国际标准确定约束条件及优化目标并采用遗传算法进行求解，对周期调度表的宽度和梯度等参数进行调整，以达到提高网络调度实时性及总线利用率的目的。

背景技术

多功能车辆总线MVB(Multifunction Vehicle Bus)是列车通信网络(TrainCommunication Network-TCN)国际标准之一，因其结构简单、实时性、安全性和可靠性高而在普通轨道列车、动车以及高铁上得到了广泛应用。虽然IEC61375标准明确了MVB数据传输的实时性要求，但如何进一步提高其通信实时性能一直是其面临的主要挑战。

对于一般的现场总线，构建周期调度表的算法主要有最小截止期优先算法、单调速率算法、延迟释放算法、逐步填空算法，对于特殊的现场总线如MVB，国内学者进行了相应的研究也提出了一些更优化的算法。有人提出了多粒子群优化算法，但该算法更适用于处理连续问题，而对于离散问题的调度优化则存在一定的缺陷；也有人提出Pareto蚁群算法，虽然该算法适合处理离散问题，但不能兼顾具体的通信指标，且算法的参数设定严重依赖于人的经验，因而难以使算法性能达到最优；也有人提出采用模拟退火算法进行周期表的优化调度，但是算法的收敛速度较慢，难以满足实际调度过程中周期信息实时性需求。

可见，现有的MVB调度方法很难满足MVB周期数据实时通信，且其数据的传输能力和总线利用率也较低，这对列车MVB网络系统的实时调度算法提出了更高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对目前已有多功能车辆总线调度方法中数据传输能力不足及总线利用率较低的问题，提出了一种基于遗传算法的MVB周期信息实时调度优化方法，将遗传算法用在MVB总线周期信息调度优化的问题上，根据约束条件及优化目标对周期调度表的宽度和梯度等参数进行优化，以达到提高网络调度实时性及总线利用率的目的，从而解决上述问题。

本发明一种基于遗传算法的MVB周期信息实时调度优化方法包括MVB通信过程模型及其调度优化算法。MVB通信过程模型是在一个轮回周期中，MVB主设备通过事先生成的周期调度表在MVB基本周期内按照表中报文发送的先后顺序向MVB从设备发送报文的一种通信模型。MVB周期信息调度优化算法是采用遗传算法对周期信息调度的实时性进行优化，根据约束条件及优化目标，对周期调度表的宽度和梯度等参数进行优化调整，使周期扫描表的分布更加均匀，从而达到提高网络调度实时性及总线利用率的目的。

所述的MVB通信过程模型是在一个轮回周期内，MVB由单一的总线主设备控制，总线主设备是发起通信的唯一设备，其他所有设备都是从设备，从设备不能自发引起通信过程，整个MVB通信过程由总线主设备协同管理。总线主设备将一个轮回周期分成若干个固定的时间片段，即基本周期，基本周期包括四个相：周期相、监视相、事件相及保护相，周期相用于发送过程数据，此时总线主设备执行过程数据的周期轮询，以保证对实时性要求严格的数据可以及时更新；事件相、监视相和保护相统称为偶发相，主要用于设备进行消息数据的传送，由于此类消息是按需发送，所以对网络的实时性要求一般不高。