基于混成自动机的矿井机车无人驾驶系统模型

矿井机车无人驾驶系统显著表现出连续和离散同时存在的混成特征,混成自动机能够精确刻画其系统演化过程,文章研究该系统的建模及验证问题。首先设定遵循安全高效驾驶原则的时间演化行驶过程模型;然后定义影响系统演化的各道岔信号灯状态事件,并给出不同类型事件下的系统状态转换时刻递推算法,从而得到系统混成自动机模型;最后以多种场景下的数值结果验证了模型的正确性与完备性。

矿井机车无人驾驶系统周期性消息实时性能研究

矿井机车无人驾驶系统在国内外尚未广泛使用,相关技术也不成熟,大巷内环境恶劣、人员复杂且劳动强度大、轨道路况差、信息化程度不高、运输调度多变等,要求系统具有高级别的可靠性、安全性、可信性等级。针对矿井机车无人驾驶系统中机车位置和机车信息等周期性消息传输的实时性问题,设计了基于时间有色Petri网的周期性消息实时性能建模与验证方法,对消息实时性能进行形式化建模与验证,通过模拟周期性AP切换和突发中断两类失效,经不同机车车速下丢包率和时延统计验证矿井机车无人驾驶系统周期性消息传递满足系统设计要求。

井下无人驾驶机车运行过程控制的建模与验证

井下无人驾驶机车运行过程的控制是矿井机车无人驾驶系统(mine locomotive unmanned system,MLUS)的核心,其设计与开发具有较高的安全性要求,采用形式化方法对其需求进行建模与验证可以在开发早期验证其设计的正确性和一致性,从而较早地发现问题和解决问题。文章采用Event-B的形式化方法对井下无人驾驶机车运行过程的控制进行建模、精化和验证,采用Rodin插件ProB对机车在不同路况条件下的运行过程进行仿真,验证和仿真结果显示机车运行过程控制符合设计需求,该方法对安全性要求较高的矿井机车无人驾驶系统的设计与开发提供了新的借鉴。

基于位置的井下移动通信网络无缝切换机制

为实现矿井机车无人驾驶系统,必须解决机车在矿井巷道轨旁AP之间的切换时延问题。典型的切换过程包括MAC层切换和网络层切换,其中MAC层切换包括扫描、认证和重关联3个阶段,其中扫描阶段占切换时延的90%以上,传统的切换机制采用全扫描方式,时延较高,难以满足实时性应用对切换时延的要求。由于AP位置固定且机车的位置可通过定位算法获取到,因此提出基于位置的无缝切换机制,该机制在非连续多个AP出现故障情况下,根据建立的AP信息链表,都能保证机车在确定的位置选择合适的AP进行MAC层切换,在MAC层切换的同时根据网络路由的需要进行网络层切换过程。通过仿真验证表明该切换机制能够降低切换时延60%以上,实现机车在轨旁AP之间的切换延时满足实时系统对时延的要求,实现无缝切换。

基于信标同步及信道预测的井下无线网络切换机制研究

矿井机车无人驾驶系统面临的一个主要问题是车载移动节点MN在机车轨旁AP间进行切换产生的通信延时问题。传统切换机制扫描所有信道,时延过大,难以满足系统通信的实时性要求。因此建立井下802.11无线网络模型,提出基于信标同步及信道预测的井下无线网络切换机制,该机制通过同步AP信标帧的广播时间和维护AP邻接链表的方法减少切换延时。通过仿真实验验证该机制能够将切换时延降到实时通信系统的要求,对比传统硬切换机制可降低切换时延达70%以上。