基于蒙特卡洛树搜索算法实现轨道交通车辆多功能车辆总线周期调度表优化

目的:为改善轨道车辆MVB(多功能车辆总线)周期调度表的负载均衡度,提高MVB带宽利用率和车辆的通信系统实时性,需要对MVB周期调度表进行优化。方法:简述了MVB周期信息通信原理,明确了MVB调度表的2个约束条件,建立将MCTS(蒙特卡洛树搜索)算法应用于MVB调度表优化的理论方法,并通过Python软件编程实现该算法。明确了MCTS算法的优化目标,结合MVB调度表的约束条件设计了优化MCTS算法的预剪枝策略。选取了RMS(单调速率调度)算法、MCTS算法和GA(遗传算法)三种算法进行仿真试验,并对各算法的结果进行对比分析。结果及结论:优化后的MCTS算法有效避免了大量无效的搜索,搜索效率非常高。与RMS算法、GA相比,优化后的MCTS算法能在相同的搜索时间内获得更均衡的解。如果车辆通信设备增加,需要生成包含更多变量的调度表时,MCTS算法更能凸显其搜索优势。

基于多功能车辆总线的网络自适应重组技术方案

在城市轨道交通列车通信网络技术领域,通过WTB(绞线式列车总线)来实现车辆编组变化而进行的网络重组是常用的技术方案。为了实现基于MVB(多功能车辆总线)的网络重组,从网络重组的连接方式、自适应网络系统功能、配置过程、MVB组网控制装置及MVB动态地址分配等方面,详细阐述了多功能车辆总线的网络自适应重组技术方案,并从自适应组网控制单元的功能出发,对网络自适应重组技术方案进行检测验证。检测验证结果表明,基于MVB的网络自适应重组技术方案能较为便利地实现对车辆的组网控制,能解决多单元车辆网络组网的关键问题,灵活地配置列车通信网络系统。

CANopen作为轨道交通车辆总线的可行性研究

本文对CANopen协议作为轨道交通车辆总线的可行性进行了理论分析和试验验证。对比分析CANopen和MVB各层协议,结合CAN及CANopen协议特点制定一套基于静态调度算法(RM)和CANopen协议的网络调度机制,通过理论分析和实例计算证明使用该调度机制的CANopen网络能达到MVB性能,从理论上证明CANopen作为轨道交通车辆总线的可行性。通过搭建试验平台,模拟实际车辆网络和数据进行试验,试验数据及试验波形结果表明:基于本套网络调度机制的CANopen网络能够达到MVB网络性能,证明CANopen作为轨道交通车辆总线的可行性。

多功能车辆总线周期扫描表的最优化设计

介绍多功能车辆总线中配置于主设备的周期扫描表的优化设计方法。在给出周期扫描表相关的基本概念后,讨论按照IEC61375-1标准所构造的周期扫描表的缺陷。基本规则生成的周期扫描表的陡度较大,周期变量分布不够均匀,且没有考虑报文定时的影响。针对是否报文定时相关提出两种优化设计算法。对于报文定时无关的可以采用逐步填空法完成,并给出逐步填空法的具体步骤。该方法生成的周期扫描表的陡度达到了最优值。对于报文定时相关的周期扫描表(TPPT)构成问题,则采用混合遗传算法进行求解。建立TPPT问题的数学模型,提出TPPT问题的目标函数,及编码、选择、交叉和变异的方法。计算结果表明这两种算法可以较好的优化MVB周期扫描表的构造。

基于多目标粒子群优化的多功能车辆总线周期性扫描表的优化

介绍多功能车辆总线(MVB)周期性扫描表的设计原则和优化方法。引入IEC-61375协议中定义的MVB周期性扫描表(PPT)相关基本概念,从合理利用总线、实时数据传输及突发数据应对的角度认为MVB周期性扫描表设计应遵循"均衡总体、异化个体"的设计原则。依照该原则,构造了周期性扫描表优化问题的数学模型,提出3个优化指标:最长周期相、最短周期相及异化度。然后针对性地设计一个多目标粒子群优化(MPSO)方法,该优化方法引入优化权重及效用函数协调、相互对立的优化目标,并提出粒子编码、外部种群更新、粒子记忆及位置更新、粒子变异的方法,最后经过实例说明该优化方法得到预期的优化结果。

基于多功能车辆总线的网络系统冗余设计

针对多功能车辆总线网络系统的可靠性问题,采用二模热冗余方法进行多功能车辆总线(MVB)网络冗余环型设计,并提出相应的介质冗余协议;对多功能车辆总线冗余环型网络的可靠性进行理论分析,并基于OMNeT++仿真平台建立多功能车辆总线冗余环型模型,对介质冗余协议进行仿真测试.测试结果表明,当多功能车辆总线网络系统出现故障时,介质冗余协议能实时可靠地进行总线替换,有效提高了多功能车辆总线网络系统的可靠性.

基于多功能车辆总线的CRH_3型动车组单车电气调试系统

根据对CRH3型动车组网络控制系统结构的分析,研制基于多功能车辆总线(MVB)的CRH3型动车组单车电气调试系统。该系统由硬件和软件两部分组成:硬件部分采用可移动式机箱,具有易散热、高强度和易操作的优点,且使用第4类MVB通信网卡替代中央控制单元,实现总线管理功能,并利用MVB信号判断动车组电气线路连接是否正确,对各车载设备功能做初步测试;软件部分采用模型—视图—控制器(MVC)框架设计,采用Visual C++语言设计用户界面,利用图标动态反映当前被测车体的电气连接状态。该单车电气调试系统不但接口简单,移动方便,通信接口及功能可配置,能够大大提高CRH3型动车组的电气调试效率,有效降低调试时的出错概率,还可通过变更接口和功能配置文件,使其适用于列车网络基于TCN的其他型号动车组的调试。

基于车辆总线和Laplace小波的机车轴承诊断系统

为保证高速客运机车的行车安全,开发基于车辆总线的机车轴承故障诊断系统,通过车辆总线监测温度和振动信号对机车走行部轴承进行早期诊断和预警。给出诊断系统的硬件结构、软件功能与特点。分析机车轴承振动信号特征,针对故障轴承冲击响应由一系列单边衰减振荡信号组成,轴承故障特征频率包含的能量少且受到噪声干扰的特点,将Laplace小波引入轴承振动信号分析,提出基于Laplace小波相关滤波和包络谱分析提取故障特征频率的机车轴承诊断方法。试验表明,所开发的系统有很强的鲁棒性,能有效诊断机车走行部各种类型的故障。

多功能车辆总线控制器编码器设计

分析了目前国内外多功能车辆总线的发展状况及自主研制MVB总线控制器及MVB网络接口卡对于我国轨道交通的现实意义,介绍了基于CRC循环冗余校验和偶校验的基本原理,并根据TCN协议,在MVB总线中设计了一个由7位CRC校验码和1位偶校验位构成的具有双重校验的8位校验序列,大大提高了数据传输中的检错能力与可靠性。设计采用QuartusⅡ软件与VHDL语言实现,最终得到校验序列编码器的正确仿真波形,结果表明完全达到了预期的设计要求。

多功能车辆总线及其通信控制设计

多功能车辆总线是用于强干扰环境下的高安全性系统网络控制的一种现场总线。给出了该现场总线的基本结构和原理,叙述了可编程器件实现数据链路控制和物理接口的方法,并描述了多功能车辆总线的应用前景。

多功能车辆总线周期扫描表优化设计

针对参与通信的各周期信息特点设计优化的多功能车辆总线周期扫描表对提高列车通信网络的实时性能具有重要作用;标准推荐的周期轮询算法存在周期信息分布不均匀,带宽利用率相差较大的问题,在对周期扫描表的优化设计方法进行深入研究后,提出基于模拟退火算法的优化方案。建立了周期信息通信模型,详细阐述了通信抖动的概念并对其进行了定义。给出了优化目标函数并采用模拟退火算法进行求解,对算法的几个关键步骤进行了设计,并采用改进策略提高了模拟退火算法效率。通过实例仿真证明该算法实现了周期信息在整个宏周期范围内的均匀分布,优化了周期扫描表的构造。

深圳地铁1号线续建工程多功能车辆总线网络系统的可靠性分析

对于列车网络系统来说,可靠性最为关键。列车网络系统可靠性越高,列车运营越安全,可使调试和维护的成本极大地降低。分析列车网络系统的可靠性,寻找列车网络系统可靠性的提升措施,对列车网络系统的设计和维护具有重要的现实意义。以深圳1号线续建工程为例,从列车多功能车辆总线(MVB)的各个方面分析了列车网络系统的可靠性,提出了列车MVB网络系统的可靠性提升措施。建议在列车控制领域,在满足功能的情况下应尽量地减少硬连线积极地推广和使用车辆网络系统。

多功能车辆总线设备地址分配优化设计

针对消息数据的事件轮询机制设计各种性能优化算法对提高多功能车辆总线消息数据的实时性能具有重要作用.详细分析了消息数据的通信机制,给出了事件轮询的具体流程,通过引入仲裁二叉树模型,对事件轮询的核心算法即事件仲裁算法进行了深入解析.该模型涵盖了事件仲裁的各种情况,清晰的展示了事件仲裁的方向和特点.在此基础上,为减少因大量冲突导致的仲裁延时,提出平衡二叉树地址分配方式,相比协议中的连续地址分配方法,该地址分配方式通过合理分割冲突域,最大程度的减少了事件轮询的仲裁报文数量.仿真结果证明该分配方式有效缩短了仲裁时延,提高了MVB网络的实时性能.

基于USB总线的多功能车辆总线网卡设计与实现

对多功能车辆总线(MVB)网卡的结构进行分析,运用VHDL语言实现FPGA中的逻辑设计,使用USB总线实现PC机与FPGA之间的高速数据传输,从而实现PC机与MVB网卡的通信.介绍了USB接口部分的硬件电路设计、FPGA的软件设计以及上位机的软件设计.目前,本设计方案已成功应用于某地铁列车通信控制系统.

轨道车辆多功能车辆总线通信控制器及其配套产品化测试、实时监控装置的设计实现

介绍一种具有完全自主知识产权的多功能车辆总线通信控制器的设计实现,以及相应配套监控、监测设备的研发和测试。采用可编程硬件与ARM嵌入式处理器进行软硬件协同处理,并在整个设计过程中引入了面向可靠性设计方法,使用国内外最新软硬件测试和验证技术保证软硬件设计质量,保障设备能够长期有效运行。同时,由于采用了模块化设计路线,提出的多功能车辆总线通信控制器实际上包含一组完整的功能模块,能够通过合理组合实现轨道车辆上从简单的从设备到网关等各级通信设备,并且完成实时监控和产品测试等各种衍生功能,保证相应产品能够形成完成序列,顺利实现产业化。该多功能车辆总线通信控制器已经通过IEC61375标准一致性测试,并在实际地铁载客运行中实现两万公里无故障运行,即将实现批量装备。

一种多功能车辆总线周期扫描表优化设计方案

介绍了多功能车辆总线有关介质分配的基本概念,分析了按照IEC 61375-1标准定义的基本规则所构造的周期扫描表存在的缺陷。提出了一种将数据量最大的端口数据安排在当前网络负荷最小的基本周期发送的周期扫描表优化设计方案,采用该方案生成的周期扫描表中的周期变量分布均匀,各个基本周期内网络负荷基本均衡,从而实现MVB网络实时调度的性能优化。

多功能车辆总线控制器芯片设计研究

设计并实现了一款多功能车辆总线控制器芯片,该芯片完全符合多功能车辆总线协议规定,可应用于多功能车辆总线上的主设备或从设备中。介绍了该芯片开发的技术路线,描述了芯片的架构设计、功能模块划分以及各个功能模块的设计思路。该芯片最终在0.35μm标准数字逻辑工艺下实现,芯片面积约为3.5 mm×3.5 mm,功耗小于500 mW。

多功能车辆总线与第三方设备的接口技术

简单介绍了基于 RP 计算机板的多功能车辆总线 (MVB)与第三方设备的硬件接口原理 ,重点论述了 RP 与第三方设备的软件接口协议 ,并给出了程序实现的方法。

基于VHDL语言的多功能车辆总线编码器设计与分析

本文对现有高速铁路中的动车组多功能车辆总线进行分析,研究适合于此总线的编码方式,利用曼彻斯特编码对多功能总线进行编码分析。一方面建立了功能结构,另一方面用硬件描述语言对编码进行仿真,该编码方式有利于提高总线数据传输的纠错能力。

基于ARM和MVB的车辆总线控制器设计

文章介绍了MVB整个系统的方案和架构,对系统的硬件和软件的实现进行了详细描述。同时提出了采用FPGA来实现MVB控制器MVBC的方案,从而实现物理层和数据链路层的功能,并且为上层应用提供硬件平台。通过软硬件的测试,该系统现已成功运行在列车控制系统中。实践证明该方案比购买MVB专用处理芯片节省很多成本,也避免了技术上受制于人,为该领域积累了宝贵的应用经验。