基于时间敏感网络的列车通信网络实时流量调度优化

作     者：梁晨 贺德强 任子阳 靳震震 杨卫峰 LIANG Chen;HE Deqiang;REN Ziyang;JIN Zhenzhen;YANG Weifeng

作者机构：广西大学机械工程学院广西南宁530004 中车株洲电力机车研究所有限公司湖南株洲412001 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年第21卷第1期

页      面：58-69页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52072081) 广西创新驱动发展专项(桂科AA20302010) 广西研究生创新项目(YCBZ2022043) 

主　　题：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 

摘      要：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。