CAN数据传送的实时性研究及其应用

设计了一个新的基于时分的主从式和基于优先级的分布式信息调度子系统来处理周期性和猝发性的数据传输, 解决CAN现场总线在网络带宽利用率高时，数据传输的实时性和确定性存在的问题，以及不同优先级的信息帧不能同等地共享总线带宽的问题． 这种方法参考了数据通信中的时分原理，并考虑到CAN基本协议的特点． 在网络带宽利用率达到83％时，保证了信息的实时传送． 这种方法已经应用在实际的陶瓷辊道窑监控系统中，它的有效性得到了证实．     

CAN总线控制网络实时性分析

控制回路通过实时网络闭环而成的反馈控制系统称为网络控制系统。由于控制回路网络中信息传输时延的存在,使得控制回路系统的实时性非常重要。在系统分析了CAN总线网络控制系统的时域特性的基础上,提出了一种基于CAN总线的网络控制系统设计方案,采用多率采样和动态时间窗设计概念,减少了闭环网络控制系统的时延,提高了网络带宽利用率。     

基于TMS320F2812的CAN总线通信研究

CAN总线是一种串行通讯协议,适用于分布式控制系统的底层网络通信.由于标准的CAN协议为同一节点的信息分配固定的优先级,网络控制的实时性得不到保证.本文提出了一种利用TMS320F2812的增强型CAN模块实现网络监控的方法,通过标志符为CAN总线提供不同的优先级,在确保网络控制实时性的同时兼顾了CAN总线利用率,取得了较好的效果.在波特率高达1Mb/s的条件下,数据传输稳定、可靠,延迟时间小.     

基于CAN总线的无线传感器网络测试系统设计与实现

为了对无线传感器网络在实际环境下进行综合性能测试,设计了一种无线传感器网络测试系统;各测试模块挂载到CAN总线上,有利于数据的快速传输,增加了可测试节点的数量并提高了数据传输的实时性;提出一种动态优先级方案,解决了静态低优先级节点竞争不到CAN总线造成的数据拥塞;针对无线传感器网络节点数量大、烧录效率低的特点,利用MSP430的Bootstrap Loader特性,实现了对WSN节点的并行程序烧录,提高了烧录效率;此外,还支持对WSN节点的电源控制、能耗测试、程序调试及状态查询。实验数据表明,该测试系统满足无线传感器网络的测试要求。     

CAN总线在列车综合管理系统中的应用

首先从CAN总线特点出发,系统分析了CAN总线的位仲裁机制及其保证信息传输可靠性和效率的技术;详细描述了列车综合管理系统的基本构成和功能要求,设计了典型动车编组的具有两级CAN架构总线通信网络,分别满足了列车级和车辆级的数据流量要求;深入探讨了该网络数据通信的可靠性以及CAN总线在保证列车信息数据传输可靠性和实时性方面的优势;最后指出了多编组动车的通信网络设计具有实时性和网络负载方面的问题,并提出了相应解决思路.     

机器人关节通信总线系统的建模与验证

高速串行现场总线Controller Area Network （CAN）被广泛部署到机器人通信系统中.而服务机器人任务具有并发性和高实时性的特点,因此如何根据总线协议规范和应用需求精化设计模型,保证系统设计的正确性和实时性要求,避免设计阶段的漏洞十分必要.针对传统方法的局限性,本文提出使用形式化方法对基于CAN现场总线型控制系统进行建模分析.首先对系统进行模型抽象和形式表达;其次进行形式建模和自动验证,在UPPAAL中实现主控制器、关节控制器、收发器、仲裁器和CAN总线的时间自动机模型;最后对机器人通信系统进行正确性验证和实时性分析.实时性分析发现随着总线上关节节点数的增多,低优先级节点的最坏仲裁时延的增长速率加大,针对这个问题在形式模型中加入了改进的动态优先级策略.实验结果表明部署动态优先级策略后不仅减小了低优先级节点的仲裁时延而且还可以加大CAN总线的节点负载量,为系统设计提供有效的指导和参考.     

分布式网络化控制系统优化协同设计

网络化控制系统的性能不仅与控制器的设计有关还与网络QoS有密切的联系;针对基于CAN总线协议的多闭环控制系统共享网络带宽的控制与资源调度协同设计问题,首先给出连续控制系统性能指标与传输延迟、采样周期的近似线性关系,然后以此为目标函数,以不可抢占RM可调度性和控制系统稳定性为约束条件,分配网络带宽,使控制系统整体性能最优,并对得到的传输周期进行谐调化处理,提高网络利用率;采用资源预留方法在不影响周期数据实时性的前提下,保证非周期数据的平均响应时间;最后将协调设计结果应用于某基于CANopen协议的分布式控制实验系统,控制3组倒立摆,通过研究脉冲响应并已有的调度策略比较说明了所提出策略可以有效提高控制系统性能及带宽利用率.     

CAN网络层次化动态调度策略设计与实现

CAN总线是一种基于消息的事件触发通信服务,主要应用于汽车、机器人等实时通信系统.CAN总线上有多个节点互相独立工作,当多个节点访问总线时出现消息碰撞,由于CAN总线采用按位仲裁算法决定节点访问总线的优先级,导致低优先级节点访问失败,而高优先级节点继续传输消息,这种方式导致低优先级节点饥饿现象而丢失消息,因此CAN总线调度算法随之被提出.目前调度策略已从静态发展到动态,但是随着节点的增多,系统维护和调度难度增加,单条总线调度策略难以维持系统性能需要.因此本文考虑将系统中的节点挂载到多条CAN总线上构成CAN网络,针对CAN网络提出了一种层次化的动态调度算法,将节点优先级仲裁分为：单条总线本地优先级仲裁和系统全局优先级仲裁,确定系统优先级最高的节点,使其进行数据传输.利用MATLAB中的Stateflow工具,建立分层动态调度模型,依据CAN总线数据传输机制和仲裁机制,设计实现了节点模块、总线模块、函数模块等,在总线模块实现了两级调度.实验结果表明,本算法在增加了节点总数目的基础上,满足高优先级节点传输且避免了低优先级节点的饿死现象.     

区域计算机联锁CAN实时性改进及仿真分析

区域计算机联锁系统采用调度监督加集中联锁的方式实现,其安全通信网通过物理介质的延伸进行区域性控制,随着大量相邻站点并入系统,对安全协议的实时性要求也逐渐增高。为此,针对该系统使用的控制局域网络( CAN)总线协议,对站间安全通信网CAN总线的传输时延进行分析,采用动态优先级算法对实时性进行改进。仿真结果表明,通过改变负载,相比于标准CAN,改进的CAN总线协议降低了节点的最大时延,能够保证不同类型节点的实时性,可满足区域计算机联锁系统对网络通信的要求。     

多回路网络化控制系统中采样周期的优化算法研究

研究了具有多个控制回路的网络化控制系统中采样周期的优化确定算法．采用将基本周期划分为时间段的方法，取各控制回路的采样周期为基本周期的2的阶次方倍且不大于相应回路的最大允许网络时延．通过对系统的可调度性进行分析，能够优化确定出各控制回路的采样周期，并且保证实时性周期数据和实时性非周期数据的实时传输以及非实时数据的最小利用率．基于CAN总线控制网络的仿真结果表明了本算法的有效性．     

车联网中视频内容理解任务的计算卸载决策研究

视频数据能够为车辆的智能网联化提供丰富的信息,为了更好地提取视频内容并使卸载后的视频中包含更多的有效信息,在时延约束条件下,设计一种内容驱动的计算卸载指导方式并提出基于改进蒙特卡洛树搜索的计算卸载决策算法。在车辆端通过关键帧提取来对视频内容进行预处理,以有效分析视频内容理解任务的重要性,使得更重要的任务能够获得更多的计算资源。采用基于强化学习的启发式搜索算法完成计算卸载决策,并引入深度神经网络预训练先验转移概率,从而优化算法的收敛速度并降低计算复杂度。实验结果表明,该算法能够在时延约束下有效降低能耗并提升视频内容理解精度,相比基于Q-learning、基于模拟退火的算法,其收敛速度更快,计算复杂度更低,在700 ms时延约束下系统总效用达到37%。     

一种适用于无线移动Ad Hoc网络的分布式并行MAC协议

众所周知,无线系统是带宽受限系统,信道分配算法至关重要。本文研究了Ad Hoc网络的MAC层协议,通过对无线令牌环协议WTRP进行改进,提出了一种新的具有QOS保障的无竞争的分布式并行MAC协议,即基于动态优先级的缓冲区状态控制协议（DP—BSCP）。仿真结果分析表明,该协议的平均排队等待延迟和平均等待队列长度均比WTRP有很大降低;对不同优先级的数据包均有良好的适应性,满足不同优先级的性能需求。从而使系统的稳定性大大增强,更加适用于多业务的综合服务系统。     

基于LoRaWAN的自适应多帧高效传输方法

针对LoRaWAN协议中LoRa网关与LoRa终端间数据多帧传输方式存在控制开销和传输时延较大的问题,提出一种基于LoRaWAN的自适应多帧高效传输方法（adaptive multi-frame efficient transmission,AMFET）,包含自适应多帧发送机制、自适应多帧接收确认机制和丢帧识别机制。自适应多帧发送机制对需确认数据消息设置优先等级,对高级需确认数据消息进行立即确认,对低级需确认数据消息在自适应发送模式结束后统一进行确认,同时将Fpending机制引入LoRaWAN上行多帧传输;自适应多帧接收确认机制通过位向量压缩技术记录已接收数据帧信息,从而单次对多个需确认数据消息进行合并确认;丢帧识别机制利用需确认帧编号（confirmed data identity,CDID）识别低级需确认消息是否丢失,避免终端异常进入休眠模式。通过数学分析和实验测试,分别对AMFET方法的性能进行了理论验证和实验验证,验证结果表明,相对于原LoRaWAN多帧传输方式,AMFET方法在保证数据传输可靠性的前提下,有效降低了数据传输时延和数据传输能耗。     

IEEE 802.16j中继站睡眠模式的研究

IEEE 802.16j标准在IEEE 802.16d/e标准的基础上引入了中继站。由于有的中继站具有便携、游牧,甚至移动的特性,往往采用电池或者太阳能供电的方式,中继站的能量节省问题也随之而来。中继站睡眠模式作为能量节省的重要手段,对其进行研究是十分必要和有用的。介绍了IEEE 802.16j RS睡眠机制,并构建了中继站睡眠模式下的能量消耗模型和帧时延模型。然后用概率统计的方法对模型进行了仿真,并就各参数对平均能量消耗和平均帧时延的影响进行了分析。     

A flexible side information generation framework for distributed video coding

One of the most efficient approaches to generate the side information (SI) in distributed video codecs is through motion compensated frame interpolation where the current frame is estimated based on past and future reference frames. However, this approach leads to significant spatial and temporal variations in the correlation noise between the source at the encoder and the SI at the decoder. In such scenario, it would be useful to design an architecture where the SI can be more robustly generated at the block level, avoiding the creation of SI frame regions with lower correlation, largely responsible for some coding efficiency losses. In this paper, a flexible framework to generate SI at the block level in two modes is presented: while the first mode corresponds to a motion compensated interpolation (MCI) technique, the second mode corresponds to a motion compensated quality enhancement (MCQE) technique where a low quality Intra block sent by the encoder is used to generate the SI by doing motion estimation with the help of the reference frames. The novel MCQE mode can be overall advantageous from the rate-distortion point of view, even if some rate has to be invested in the low quality Intra coding blocks, for blocks where the MCI produces SI with lower correlation. The overall solution is evaluated in terms of RD performance with improvements up to 2 dB, especially for high motion video sequences and long Group of Pictures (GOP) sizes.     

基于GSM和CDMA的双模无线控制器

对于远程监控的数据传榆问题,提出了基于GSM和CDMA网络的双模无线控制器的方案.采用双网并行的网络策略,解决了单模控制器在网络受到干扰时数据延误的问题,重点阐述了双模结构带来的效率、干扰以及功耗上的问题及其解决方法.同时实现了双模无线控制器的协议设计,开发了相应的程序,并将其应用在机场信息发布系统.实践结果表明,该控制器可以保证远程数据传输的实时性和准确性,性能稳定,能够满足该领域实际需求,具有良好的实用推广价值.     

以太网帧传输中延时补偿的研究

以太网的帧传输在数据位出错、接收缓冲区满或其他异常情况下,接收器会简单地丢弃帧,特别是在高速传输或网络互连设备中更为明显。虽然以太网提供了重传机制,但是这样会带来延时的不确定性,为传输电路数据的时钟特性,适应以太网承栽电路数据IP包的需求,通过分析以太网数据传输特点,提出了一种包丢失及延时补偿的设计方法,并在FPGA中实现了包丢失补偿的缓冲器设计。     

高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议

针对现有的太赫兹无线个域网络中太赫兹辅助波束赋形媒体访问控制（MAC）协议（TAB-MAC）存在数据传输时延较大以及信道利用率低问题,提出了一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议（EF-MAC）。通过目的节点向源节点发送测试帧机制来减少一个确认帧,从而减少控制开销和测试时延;采用自适应取消节点位置信息的收发机制,源或目的节点通过之前的请求发送帧/允许发送帧（RTS/CTS）帧交互过程已获得对方节点的位置信息且对方节点的位置没有发生改变,可以省去RTS或CTS中的位置信息,减少控制开销。理论分析与仿真结果表明,与TAB-MAC协议相比,所提协议能够有效减小数据传输时延,提高网络吞吐量。     

某型机载雷达信号发生器功能扩充方法研究

针对某型机载雷达信号发生器信号样式单一、载波频点对应的脉冲宽度和重复周期值较为有限的问题．利用CPLD技术重新制作信号发生器的信号调制板．增加了脉冲宽度值,重复周期值和一种抗干扰信号样式——重频参差,扩充了信号发生器的功能．最后给出仿真结果与硬件测试结果。     

IEEE 802.16j中继站睡眠模式改进算法

IEEE 802.16j标准在IEEE 802.16e标准的基础上引入了中继站。中继站睡眠模式是能量节省的重要手段。其中各参数的选取关系到RS睡眠模式的效果——平均能量消耗和平均帧时延。用概率统计的方法构建了IEEE 802.16j RS睡眠模式下的能量消耗模型和帧时延模型,通过对睡眠模式各窗口参数的分析,提出了根据业务流动态改变窗口参数的算法,并且对改进前后的算法进行了仿真分析。