实时以太网控制系统的功能块执行方法

为了提高实时以太网控制系统的运行效率和通信性能,在EPA（Ethernet for Plant Automation）确定性通信调度的基础上提出了一种功能块执行方法。该方法将现场设备中所有需要远程通信的功能块整合为功能任务,并且按照功能块执行与数据通信周期同步的原理确定了功能任务的执行规律：功能任务在单个通信宏周期中只能单次执行,当周期报文空窗期满足功能任务执行需求时,功能任务在周期报文传输任务结束时执行;当周期报文空窗期不能满足功能任务执行需求时,功能任务在非周期报文传输任务结束时执行。实验证明,该方法实现了系统中功能任务与通信任务的周期同步,避免了功能块的无效执行与数据的无效传输,提高了系统的运行效率和通信性能。     

实时以太网系统中控制与通信的协同调度方法

为了提高实时以太网系统的运行效率和通信实时性,在EPA（Ethernet for Plant Automation）确定性通信调度的基础上,提出了控制与通信的协同调度方法。该方法将EPA设备的通信宏周期划分成通信时间片和控制时间片,在系统中设置定时器,在通信时间片或控制时间片到达时,由定时器引发中断,在执行中断处理程序时获取当前时间,根据当前时间位于通信时间片内或控制时间片内来分别执行通信任务或控制任务。实验结果表明,该方法能够有效避免功能块的无效执行和数据的无效传输,提高系统的运行效率和通信实时性能。     

CAN总线实时调度算法的应用

为满足电动车CAN通信系统在电动车能源管理系统中对实时性和动态分配带宽的要求,提出一种基于事件通道的CAN总线实时调度算法。该算法利用后端通道配置数据库实时修改CAN总线通道组合方式,为具有不同实时性和可靠性要求的数据动态分配传输通道,满足电动车能源管理系统研究和实施阶段对系统可修改性的需求,缩短系统的研发周期。     

基于EPA的工业无线的工业无线网络网络网络实时可靠路由算法实时可靠路由算法实时可靠路由算法

针对工业无线网络数据通信的可靠性、确定性和实时性要求,提出一种基于EPA标准的实时可靠路由算法。该算法在短地址分配的基础上,利用周期发送的同步组网报文,结合邻居链表实现多径不相交路由。综合考虑链路质量和剩余转发时间,给出基于最短路径扩散机制的实时路由选择方法,降低链路故障对数据传输的影响,同时通过链路故障处理,以及基于转发记录表与黑名单机制的网络回路检测,保证通信可靠性。性能测试结果表明,该算法将周期数据正确接收率保持在99%左右,平均路径传输延时降低了30%,从而保证网络传输数据的可靠性和实时性。     

EPA网络控制系统时延特性分析

EPA（Ethernet for Plant Automation）通过微网段划分和确定性调度策略解决了以太网的非确定性问题,实现了信息的实时传输。作为一种实时网络控制系统,网络时延特性是影响EPA控制性能的关键因素。在分析EPA信息结构和信息传输规律的基础上,研究了EPA微网段中信息传输网络时延的构成和各部分子时延的特性。通过分析确定性调度策略,对网络时延各部分中最重要的通信调度管理实体排队时延部分进行了重点研究,推导了周期报文和非周期报文排队时延的数学表达式,还建立了确定周期报文发送时间片和非周期报文发送时间片的数学模型。最后通过一个实例对相关分析进行了验证,找到了制约EPA网络时延特性的关键因素并提出了解决方案。     

基于EPA网络的多媒体数据确定性传输

为实现多媒体数据在EPA中的确定性传输,在研究EPA通信调度原理的基础上,分析多媒体数据在EPA通信宏周期传输的可行性以及分片重组原理,设计多媒体数据在周期时间片的传输调度模型,以及基于链表插入方法的分片数据报重组算法。针对目前多数多媒体设备未集成EPA协议栈,无法直接参与EPA现场层调度的问题,搭建接入多媒体数据的EPA网络测试平台。实验结果表明,在不干扰控制数据传输的情况下,基于EPA的多媒体数据传输延时为30 ms~36 ms,满足可接受延时小于130 ms的要求,延时抖动在4 ms以内,图像清晰流畅,从而验证了将多媒体数据接入EPA网络确定性传输的可行性。     

基于聚类分析的抗时延抖动时隙分配算法

信息传输的实时性是战术数据链的突出特征,要求数据链通信不仅有较好的时延特性,还要具备可靠的时延抖动特性。随机报文流的产生具有随机性、突发性的特点,需按照需求动态地分配时隙,对算法的实时性要求较高。因此,提出基于聚类分析的抗时延抖动时隙分配算法,应用聚类的方法将空闲时隙划分成时隙簇,简化了时隙分配的分析过程。实验仿真表明:该算法分配的时隙能够满足时延抖动的要求,而且算法的复杂度小,可以有效处理周期性随机报文流的时隙分配问题。     

EPA确定性通信与测试方法研究

EPA通过采用集中调度提高实时性的方案解决了以太网确定性通信的问题,文中详细论述了EPA确定性通信的原理和调度规程,并对通信调度规程的测试方法进行了深入研究,提出了通信调度测试平台的搭建以及测试流程,并对调度顺序、非周期数据声明报文等测试案例进行了分析.     

基于无线传感器网络汇聚传输的两阶段实时调度算法

多对一的汇聚传输是无线传感器网络,特别是工业无线传感器网络中的一个典型的数据传输模式.针对具有星形和网状两层拓扑结构的工业无线传感器网络汇聚传输的实时性要求,分析簇-线型路由下完成汇聚传输所需时隙数和信道数的下限值,并基于理论值提出一种基于紧凑搜索的两阶段实时调度算法.仿真结果表明,存在最优的两阶段实时调度算法,且相比集中式调度算法,时间开销降低了6～8倍.报文开销降低了近2倍.     

EDF统一调度硬实时周期任务和偶发任务的可调度性判定算法

现有的硬实时周期任务和非周期任务的混合调度方法都没有保证非周期任务的实时性,所以不适合调度具有强实时要求的偶发任务.通过分析和计算EDF算法调度偶发任务所占用的空闲时间和挪用时间,以及调度后对空闲时间和最大可挪用时间的影响,提出一种采用EDF算法统一调度硬实时周期任务和偶发任务时的可调度性充分判定算法.最后用仿真实验得出了该算法在不同系统负载下的判定准确率和偶发任务的平均响应时间.     

A proportional fairness scheduling for wireless sensor networks

This paper describes a packet scheduling algorithm for wireless sensor networks (WSNs) that meets the proportional fairness principle. Based on the weighted round-robin strategy, the proposed scheduling algorithm allocates a different service quota to different traffic according to the average packet arrival rate. This guarantees proportional fairness in terms of the average packet delivery delay and the average packet loss ratio. Since the scheduling algorithm does not perform high-load operations such as time stamping and sorting, it can be implemented easily and is suitable for resource-limited WSNs. The proposed scheduling algorithm is tested in a WSN and is found to guarantee the proportional fairness of the average packet delivery delay when this is used as the performance metric, and to realize proportional fairness in the average packet loss ratio when all the queues are overflowing and the average packet loss ratio is used as the performance metric.     

QoS敏感的802.11e分组调度算法

分析并总结无线网络中基于QoS的分组调度算法,针对802.11e EDCA机制中多媒体数据分组调度的不公平问题,提出QoS敏感的802.11e数据分组调度算法.首先,根据不同数据业务延时敏感性需求,提出新的基于紧急度的数据分组调度指标.然后,在802.11e协议中根据业务流的紧急度,调整不同业务流所对应AC队列的参数,改变AC队列信道访问优先级,使紧急业务流有更多机会竞争到信道访问权.最后,进行大量仿真实验,实验结果验证了所提算法的有效性.     

网络状态感知的MapReduce作业洗牌数据传输调度研究

MapReduce作业在洗牌阶段花费大量时间,因此有效的洗牌数据传输调度可以提高MapReduce的性能。数据中心网络中,常有一些周期性的数据流传输。在考虑已知这些周期性数据流传输的情况下,为MapReduce的洗牌数据传输调度问题建立了优化模型,并设计了一个有效的数据传输调度算法。在网络空闲时间段大小相同的情况下,证明了所提算法是近似比为3/2的近似算法。仿真实验结果表明,该算法能够有效地利用网络资源,减少洗牌数据流的调度长度。     

基于电网的采样感知加权循环调度算法

针对智能电网相量测量设备竞争使用有限的网络通信资源时，会因资源分配不均而导致数据包延时或丢失，进而影响电力系统状态估计的精度这一问题，提出了一种采样感知加权循环（SAWRR）调度算法。首先根据电网相量测量单元（PMU）采样频率和数据包大小的特性，提出了基于PMU业务流均方差的权重定义方法；然后设计了相应的PMU采样感知迭代循环调度算法；最后将该算法运用到PMU采样传输模型中。该算法能自适应地感知PMU的采样变化，及时调整数据包的传输。仿真结果表明，与原始的加权循环调度算法相比，SAWRR算法减少了95%的PMU采样数据包的调度时延，降低了一半的丢包率，增加了两倍的吞吐量。将SAWRR算法运用到PMU数据传输中有利于保证智能电网的稳定性。     

动态调整调度配额的TCSN调度算法*

针对列车控制与服务网（TCSN）的区分服务需求,进行了调度算法研究,提出了一种基于动态调整调度配额的算法DWDRR。该算法在原有的WDRR（加权差额轮询算法）算法基础上增加了调度配额的计算,并根据队列的数据流量到达率、时延优先级、丢包优先级和网络的当前状况综合地决定各个队列的调度配额,实现比例公平的调度。并通过仿真分析证明该调度算法可以根据各队列在不同网络状态下流量到达率、优先级动态地决定队列的调度配额,从而满足TCSN根据不同到达率、优先级进行区分服务的需求。     

一种适合实时变比特率视频传输的IP区分服务调度算法

在建立的区分服务网络模型的基础上,提出一种针对实时变比特率突发业务的调度算法,称为加权开关赤字轮循(weighted switch deficit round robin,WSDRR)算法．根据不同的队列等级分配加权的带宽,并根据队列中分组状况动态调节服务量．该策略是针对网络拥塞下传输实时突发视频业务而提出的．基于一种吞吐量公平测度的比较,WSDRR算法与传统赤字轮循DRR算法具备相同的公平性．实验结果表明,与DRR算法相比,WSDRR算法能够降低实时突发视频业务的端对端延时和延时抖动,从而进一步使实时视频传输的要求得到满足．     

OFDMA系统中基于遗传算法的资源分配

资源分配是OFDMA系统中保证用户QoS和提高系统容量的一种重要手段.在传统的OFDMA资源分配算法中,分组调度和子载波分配两部分是独立进行优化的.为了进一步提高系统的整体性能,提出一种基于遗传算法的分组调度和子载波分配联合优化的资源分配算法.资源分配算法中,利用随机逼近的方法来更新调度算法中的控制参数,在保证用户公平性的前提下最大化系统吞吐量;利用遗传算法来求解联合优化中的子载波分配.仿真结果表明,无论是在系统的吞吐量、丢包率,数据包等待时延还是用户公平性方面,都具有良好的性能.     

LTE系统中提高TCP性能的资源调度算法研究

LTE可以提供真正无处不在基于IP的移动宽带业务,但随着承载网的IP化,网络拥塞、丢包、抖动、延时等质量问题将影响到LTE业务层的QoS质量.作为LTE无线资源管理的核心,研究并设计一个良好的资源调度算法是提高数据业务的性能和终端用户的体验是一个亟待解决的重要任务.本文通过借鉴LTE对VoIP数据分组的半持续调度算法的思想,提出了一种LTE的无线资源调度的改进方案.方案将TCP确认包映射到具有更高优先级的空闲逻辑信道,从而降低了ACK包在无线信道中发生丢弃和拥塞的概率,避免了TCP拥塞控制机制的频繁开启.仿真结果表明,本文提出的TCP确认包映射转换方案在RTT时延、吞吐量等方面均有一定的提升,具有一定的稳定性和性能优势.     

HFC网络的缓冲区管理和分组调度联合算法

以HFC网络为背景,针对嵌入式设备的存储资源有限性、网络带宽有限性以及宽带网络中多业务流的特点,提出一种缓冲区管理和分组调度联合算法.该算法通过控制业务流队列长度和设置业务流优先级方程的方式来管理缓冲区和带宽的分配,使内存管理和分组调度协调配合,从而为不同类型的网络数据提供区分服务.通过测试,在本文的仿真设置下,当网络资源紧张时,使用该算法后,可以达到实时业务流的超时数据比未使用该算法时的超时数据少89.6%的效果;而非实时业务流也可以达到平均丢包率比不使用该算法时的平均丢包率低90%的效果.     

MPMC:一种无线传感器网络多信道多功率数据聚集调度算法

数据聚集是传感器网络中比较耗时的操作,特别是在高密度网络中.因此,最小化数据聚集延迟问题成为人们研究的热点,该问题已经被证明是NP难问题.提出一个基于分簇思想的多信道多功率数据聚集调度算法MPMC,来降低聚集延迟.该算法采用一种簇内小功率、簇间大功率的分簇思想,结合信道分配来降低数据聚集延迟,簇间可无冲突同步进行数据聚集.并分析了不同网络拓扑下使用的信道个数趋于常数.在模拟实验中,算法MPMC与目前最好的单信道以及多信道数据聚集调度算法进行了比较,验证了MPMC的平均延迟最小.