本发明公开了一种基于CANopen的轨道交通车辆级网络的调度方法,设计一种调度方法,使轨道交通车辆级网络的协议公开、开发易于实现。该方法步骤为:(a)确定轨道交通车辆级网络周期参数;(b)确定数据标识符;(c)通过网络周期参数和数据标识符制定网络调度表;(d)网络各节点在接收到网络同步帧信号后,决定是否发送相应周期数据;偶发数据在数据变化时随时发送。该方法达到网络负载均衡、配置合理、可靠性高、网络性能优化好、实时性强和数据量大的目的,提供轨道交通车辆级设备生产者一个公开、可靠、易于开发的网络平台,轻松实现轨道交通车辆级设备在车辆级网络上的互联。
1.基于CANopen协议的轨道交通车辆级网络调度方法,包括以下步骤:(a)确定轨道交通车辆级网络周期参数;(b)确定数据标识符;(c)通过网络周期参数和数据标识符制定网络调度表;(d)网络各节点在接收到网络同步帧信号后,根据网络调度表决定是否发送相应周期数据;偶发数据在数据变化时随时发送。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤(a)中确定的周期参数包括基本周期、宏周期和其他周期。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述网络周期参数满足以下条件:T_{_other}(m_i)modxa0T_{_base}=0,并且T_{_large}modxa0T_{_other}(m_i)=0其中,T_{_base}表示基本周期,T_{_other}(m_i)表示其他周期,m_i表示第i种周期类型,T_{_large}表示宏周期。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤(b)中确定的数据标识符是根据CANopen协议及数据的周期确定,同一个节点中的数据,周期越小,优先级越高,标识符越小。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤(c)中网络调度表的制定步骤如下:(i)把网络宏周期T_{_large}平均分为N=T_{_large}/T_{_base}份;(ii)对当前未调度的标识符最小的周期数据进行调度,被调度的基本周期的剩余时间Time_Left(n_i)减去该数据帧发送需要的时间,得到调度后该基本周期新的剩余时间,n_i表示一个宏周期中的第n_i个基本周期;(iii)以基本周期T_{_base}传输的数据,每个基本周期都必须调度;(IV)以其他周期T_{_other}(m_i)传输的数据,搜索当前宏周期中每个基本周期剩余时间Time_Left(n_i)最长的基本周期,在该基本周期中调度,并以该基本周期为基准,每M=T_{_other}(m_i)/T_{_base}个基本周期调度一次,一个宏周期调度P=N/M次;(IIV)以宏周期T_{_large}传输的数据,搜索当前宏周期中每个基本周期剩余时间Time_Left(n_i)最长的基本周期,在该基本周期中调度,每个宏周期调度一次。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤(d)中网络同步帧带有有效数据字节,其有效字节数值为1,或2,或3,或4,或5,或6,或7,或8。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,同步帧中有效字节数值指示的基本周期在网络调度表中有该节点传输的数据帧,则该节点传输相应数据帧。技术领域
本发明涉及一种调度方法,尤其是指基于CANopen协议的用于轨道交通车辆级网络及其他大数据量和高实时性网络应用的调度方法。
背景技术
轨道交通领域是目前国家大力发展的关系国计民生的重要行业,车辆级网络为车辆上各分布式设备提供信息共享通道,是整个车辆控制中的一个重要环节,在轨道交通现代化发展中有着极其重要的作用。目前,轨道交通的车辆级总线主要采用MVB。MVB是国际标准IEC61375——列车通信网络标准(TrainCommunicationxa0Networks,TCN)中的一部分,在其制定之时就是专门用于列车车辆级网络。这种总线标准至今已有几十年历史,并且仍处于主导低位,它最大的优点是通信速率快、总线利用率高,但是它对国家的轨道交通发展的制约也日益明显:它的硬件结构复杂、网络协议不公开等。网络通信系统开发困难导致国家对基于网络通信的网络控制系统的开发更加难以实现、国家自主研制的其他车辆设备无法接入车辆网络运行等严重后果。当前,轨道交通车辆网络仍然是国家在整车车辆研制上的最大障碍。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于CANopen协议的轨道交通车辆级网络调度方法,使轨道交通车辆级网络的协议公开、开发易于实现,提供轨道交通车辆级设备生产者一个公开、可靠、易于开发的网络平台,轻松实现轨道交通车辆级设备在车辆级网络上的互联。为了解决上述技术问题,本发明提出的基于CANopen协议的轨道交通车辆级网络调度方法,包括以下步骤:(a)确定轨道交通车辆级网络周期参数;(b)确定数据标识符;(c)通过网络周期参数和数据标识符制定网络调度表;(d)网络各节点在接收到网络同步帧信号后,根据网络调度表决定是否发送相应周期数据;偶发数据在数据变化时随时发送。进一步地,上述方法还可以具有以下特点:所述步骤(a)中确定的周期参数是根据网络设备数量、设备数据、周期数据数据实时性、偶发数据和网络性能要求来确定网络基本周期、宏周期和其他周期参数。进一步地,上述方法还可以具有以下特点:所述网络基本周期、宏周期和其他周期参数需满足条件为:T_{_other}(m_i)modxa0T_{_base}=0,并且T_{_large}xa0modxa0T_{_other}(m_i)=0其中,T_{_base}表示网络基本周期,T_{_other}(m_i)表示网络其他周期,m_i表示第i种周期类型,T_{_lare}表示网络宏周期。进一步地,上述方法还可以具有以下特点:所述步骤(b)中确定的数据标识符是根据CANopen协议及数据的周期确定,同一个节点中的数据,周期越小,优先级越高,标识符越小。进一步地,上述方法还可以具有以下特点:所述步骤(c)中络调度表的制定步骤如下:(i)把网络宏周期T_{_large}平均分为N=T_{_large}/T_{_base}份;(ii)对当前未调度的标识符最小的周期数据进行调度,被调度的基本周期的剩余时间Time_Left(n_i)减去该数据帧发送需要的时间,得到调度后该基本周期新的剩余时间,n_i表示一个宏周期中的第n_i个基本周期;(iii)以基本周期T_{_base}传输的数据,每个基本周期都必须调度;(IV)以其他周期T_{_other}(m_i)传输的数据,搜索当前宏周期中每个基本周期剩余时间Time_Left(n_i)最长的基本周期,在该基本周期中调度,并以该基本周期为基准,每M=T_{_other}(m_i)/T_{_base}个基本周期调度一次,一个宏周期调度P=N/M次;(IIV)以宏周期T_{_large}传输的数据,搜索当前宏周期中每个基本周期剩余时间Time_Left(n_i)最长的基本周期,在该基本周期中调度,每个宏周期调度一次。进一步地,上述方法还可以具有以下特点:所述步骤(d)中网络同步帧带有有效数据字节,其有效字节数值为1,或2,或3,或4,或5,或6,或7,或8。进一步地,上述方法还可以具有以下特点:所述步骤(d)中是否传输数据是根据制定的网络调度表确定,如果同步帧中有效字节数值指示的基本周期在调度表中有该节点传输的数据帧,则该节点传输相应数据帧。本发明的有益效果如下:在CANopen协议的基础上,进行网络调度,提供轨道交通车辆级设备生产者一个公开、可靠、易于开发的网络平台,轻松实现轨道交通车辆级设备在车辆级网络上的互联。各从节点在接收到同步帧后,根据同步帧有效字节值及网络调度表决定当前数据的传输。宏观的调度使基于CANopen的轨道交通车辆级网络达到网络负载均衡、配置合理、可靠性高、网络性能优化好、实时性强和数据量大的目的,满足不同轨道交通车辆在不同场合对车辆级网络通信的要求。
附图说明
图1为基于CANopen协议的网络通信模型示意图;图2为本发明实施例基于CANopen协议的网络调度方法流程图;图3为本发明实施例调度方法中的网络调度表算法流程图。
具体实施方式
当轨道交通车辆级网络采用CANopen协议作为总线协议时,通过本发明实施例可以使网络达到网络负载均衡、所有周期数据按预定周期传输、偶发数据有充足时间传输、网络无阻塞、网络利用率高、大数据量的实时性要求等性能。以下结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示,图中同步帧传输于每个基本周期开始,各网络节点接收到同步帧后根据同步帧有效数据值和网络调度表传输本周期内相应数据,所有数据在本周期的数据传输区内传输完成,数据帧传输的先后,取决于数据帧的发送时刻和数据帧标识符大小。图中基本周期T_{_base}、宏周期T_{_large}和其他周期T_{_other}(m_i)将网络时间进行划分,用于网络调度表的制定。其中宏周期T_{_large}包含多个其他周期T_{_other}(m_i)和基本周期T_{_base},其他周期T_{_other}(m_i)包含多个基本周期T_{_base},且满足T_{_ther}(m_i)modxa0T_{_base}=0,T_{_large}xa0modT_{_other}(m_i)=0。其中T_{_other}(m_i)可以从宏周期中的任一基本周期开始计算。图中通过网络调度实现的网络,负载均衡、网络利用率高、实时性强,配置合理,是整个网络最优化的通信模型。本实施例提供一种基于CANopen协议的轨道交通车辆级网络调度方法,通过对网络所有数据信息的统计,配置网络参数,从而制定基于该网络参数的网络调度表,使各网络节点均按照网络调度表进行网络通信,由此达到优化网络性能、提高网络利用率和实时性的目的,使CANopen协议在高实时性和大数据量的轨道交通车辆级网络中得到高性能、可靠的应用。如图2所示,本实施例采用基于CANopen协议的轨道交通车辆级网络调度方法,包括以下步骤:步骤110,轨道交通车辆级网络设计者,对连接在车辆网络上的所有设备的数据信息进行统计,包括网络节点数量、节点数据、周期数据数据实时性、偶发数据和网络性能要求等,根据轨道交通车辆级网络的数据通信要求,确定网络的基本周期T_{_base}、宏周期T_{_large}和其他周期T_{_other}(m_i)。其中,确定的所有周期必须满足以下条件:T_{_other}(m_i)modT_{_base}=0,并且T_{_large}xa0modT_{_other}(m_i)=0。步骤120,轨道交通车辆级网络设计者,根据CANopen协议及数据的周期为各网络节点确定数据标识符,同一个节点中的数据,周期越小,优先级越高,标识符越小。标识符越小的数据帧,在网络仲裁时具有越高的优先发送权,可以确保实周期小的数据的实时性。步骤130,轨道交通车辆级网络设计者,根据网络各周期参数和网络数据标识符制定网络调度表。步骤140,轨道交通车辆级网络设计者,将制定的网络调度表提供给轨道交通车辆设备制造商。网络各节点在接收到网络同步帧信号后,根据网络调度表中本设备节点网络数据的调度规则决定是否发送相应周期数据,如果同步帧中有效字节数值指示的基本周期在调度表中有该节点传输的数据帧,则该节点传输相应数据帧。偶发数据在数据变化时随时发送。网络同步帧带有有效数据字节,其有效字节数值为1,或2,或3,或4,或5,或6,或7,或8。本实施例中网络调度表的制定可以采用如图3的流程图,步骤如下:步骤210,轨道交通车辆级网络设计者,根据网络周期信息,把网络宏周期T_{_large}平均分为N=T_{_large}/T_{_base}份;步骤220,在未调度的数据中选择标识符最小的周期数据进行调度,被调度的基本周期的剩余时间Time_Left(n_i)减去该数据帧发送需要的时间,得到调度后该基本周期新的剩余时间,n_i表示一个宏周期中的第n_i个基本周期;步骤230,以基本周期T_{_base}传输的数据,按照每个基本周期都必须调度的规则进行调度;步骤240,以其他周期T_{_other}(m_i)传输的数据,按照搜索当前宏周期中每个基本周期剩余时间Time_Left(n_i)最长的基本周期,在该基本周期中调度,并以该基本周期为基准,每M=T_{_other}(m_i)/T_{_base}个基本周期调度一次,一个宏周期调度P=N/M次的规则进行;步骤250,以宏周期T_{_large}传输的数据,按照搜索当前宏周期中每个基本周期剩余时间Time_Left(n_i)最长的基本周期,在该基本周期中调度,每个宏周期调度一次的规则进行。步骤260,查询是否所有数据均已调度完成,如果调度完成则调度表生成,否则,重复步骤220继续进行调度表制定。