城軌列車安全監(jiān)測網(wǎng)絡實時性分析與優(yōu)化.pdf

1、城軌列車安全監(jiān)測網(wǎng)絡能夠?qū)崟r感知列車運行狀態(tài)，為列車安全運行提供有效保證。本文以基于以太網(wǎng)的城軌列車安全監(jiān)測網(wǎng)絡為研究對象，深入研究了監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)的功能及數(shù)據(jù)傳輸實時性，并在此基礎上對網(wǎng)絡實時性進行了優(yōu)化。本文的研究內(nèi)容具體如下:
　　(1)研究了基于以太網(wǎng)的城軌列車安全監(jiān)測網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)特點與功能，將網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分為監(jiān)測層、接入層、傳輸層，各層通過檢測數(shù)據(jù)交互。同時，對網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流進行了分析，并根據(jù)其特點與重要程度劃分了優(yōu)先級。根據(jù)

2、網(wǎng)絡傳輸?shù)膶崟r性要求，研究了復合節(jié)點的數(shù)據(jù)隊列調(diào)度策略、網(wǎng)絡傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)優(yōu)先級的實現(xiàn)方式，為網(wǎng)絡的實時性提供了軟硬件基礎。
　　(2)建立了城軌列車安全監(jiān)測網(wǎng)絡實時性分析模型。首先本文通過分析實時性與時延的關(guān)系，利用實時性與時延的函數(shù)關(guān)系式，將實時性通過時延進行定量描述。然后利用排隊理論知識，將每節(jié)車廂的數(shù)據(jù)看作有優(yōu)先級的M/M/1隊列，建立了基于優(yōu)先級的數(shù)據(jù)隊列傳輸平均時延模型。最后利用網(wǎng)絡演算理論，建立了監(jiān)測網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸時延

3、上界模型，得到最差情況下的數(shù)據(jù)傳輸時延。
　　(3)建立了城軌列車安全監(jiān)測網(wǎng)絡實時性優(yōu)化模型。從實際工程出發(fā)，將列車安全監(jiān)測網(wǎng)絡實時性優(yōu)化問題分解為物理結(jié)構(gòu)優(yōu)化和邏輯結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩個子問題。物理結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題求解在費用、對稱性約束下可靠性最高的物理拓撲，并利用PSO算法進行求解。邏輯優(yōu)化問題基于物理優(yōu)化得到的網(wǎng)絡拓撲，求解各節(jié)車廂數(shù)據(jù)的最優(yōu)傳輸路徑，使得網(wǎng)絡整體時延最小，本文利用最短路支撐樹算法進行求解。
　　(4)通過具體計算實