CN110809012B - 列车网络通信数据调度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种列车网络通信数据调度控制方法，包括：基于数据特性和传输要求，将列车网络通信数据划分为多种类型数据；将通信调度的时间划分为最小粒度的时间片，其中每个时间片划分为用于所述多种类型数据中的每一个类型数据的多个子时间片；以及基于先入先出方式和/或优先级排序方式，调度控制所述多个子时间片中的每个子时间片内所述多种类型数据的传输。

Description

列车网络通信数据调度控制方法
技术领域
本发明涉及列车通信调度控制领域，具体地，涉及一种列车网络通信数据调度控制方法。
背景技术
现有的列车通信网络数据通信主要有如下几种方式：
主从调度：全网所有需要通信的设备中，选取一个设备作为主设备，主设备通过特定的请求帧广播至全网发起请求，从设备收到请求帧后，进行数据的传输。主从调度目前主要用于低速总线网络，其传输速率有限。
交换式优先级调度：对于采用交换机构建的网络，所有通信设备根据本地任务触发发送数据帧，对于全网该数据是随机的，数据帧到达交换机后，交换机根据优先级转发数据帧，高优先级的优先转发，低优先级的后转发，当出现队列时，高优先级的数据可以***到低优先级前列得到优先转发。交换式优先级调度在网络负荷较高时，仍然会出现高优先级排队现象，造成列车网络延时的不确定。
令牌环调度：令牌环中采用一个令牌，在环形总线上依次传递，通信设备只有在获取了令牌时才可以发送数据，发送数据后，将令牌传递给下一个设备，下一个设备在获取令牌后再进行数据的发送。令牌环网需要维护令牌，一旦失去令牌无法工作，需要专门的节点监视和令牌管理。
综上所述，现有的技术存在通信速率较低，存在排队现象，所有数据帧的收发没有调度管理，或者调度管理的机制受网络性能影响，存在抖动，网络实时性和确定性不高。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提供了一种列车网络通信数据调度控制方法，其由时间触发控制，同时结合优先级排序和先进先出等方式，对数据帧进行调度控制，具有高带宽以及重要数据高实时性和高确定性的特性，通过将数据进行分类并且对数据分配不同带宽，由时间触发进行发送和接收，可以保证对列车运行有重大关联的控制数据优先得到转发，保证其实时性和确定性；普通的和列车运行无关的数据例如音视频、广播等，则尽量进行传输。
根据本发明的一方面，提供了一种列车网络通信数据调度控制方法，包括：
基于数据特性和传输要求，将列车网络通信数据划分为多种类型数据；
将通信调度的时间划分为最小粒度的时间片，其中每个时间片划分为用于所述多种类型数据中的每一个类型数据的多个子时间片；以及
基于先入先出方式和/或优先级排序方式，调度控制所述多个子时间片中的每个子时间片内所述多种类型数据的传输。
根据实施例，其中，所述多种类型数据包括第一类型数据，所述多个子时间片包括在先的第一子时间片，其中所述第一类型数据根据预定的优先级排序方式在所述第一子时间片内传输。
根据实施例，其中，基于优先级的数量，将所述第一子时间片划分为多个时间槽，每个时间槽的宽度基于数据流的大小进行划分，每个时间槽用于所属优先级的第一类型数据的传输。
根据实施例，其中，当同一优先级的第一类型数据在所处时间槽内未传输完毕时，高优先级的第一类型数据可以继续传输，并且允许高优先级的第一类型数据抢占低优先级的第一类型数据所处的时间槽，但是不允许低优先级的第一类型数据抢占高优先级的第一类型数据所处的时间槽，如果最低优先级的第一类型数据未传输完毕时，则直接丢弃。
根据实施例，其中，所述多种类型数据包括第二类型数据，所述多个子时间片包括在所述第一子时间片之后的第二子时间片，其中所述第二类型数据根据预定的优先级排序方式在所述第二子时间片内传输。
根据实施例，其中，如果在所述第一时间片内产生的某一第二类型数据需要传输，则等待至本周期的第二子时间片内进行传输。
根据实施例，其中，所述多种类型数据包括第三类型数据，所述多个子时间片包括在所述第二子时间片之后的第三子时间片，其中所述第三类型数据根据先入先出方式在所述第三子时间片内传输。
根据实施例，其中，如果所述第三子时间片内产生的某一第二类型数据需要传输，则将其排列至下一个周期的第二子时间片内，其排列的顺序按照优先级由高至低依次排列。
根据实施例，其中，如果在第三子时间片内所有的第三类型数据无法传输完毕，则直接丢弃末尾的数据；如果在第一子时间片或者第二子时间片内产生第三类型数据，则同样按照时间先后顺序，排列至本周期的第三子时间片内等待传输。
根据实施例，其中，所述第一类型数据为周期性传输的过程数据，用于控制数据的传输，其中所有数据流的大小、周期、源端和目的端是确定的；所述第二类型数据为触发式传输的消息数据，用于部分控制数据及状态数据传输，数据只有在需要传输的时候由上次触发进行传输；以及所述第三类型数据为普通数据，用于数据的维护、音视频的数据传输。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1示出根据本发明实施例的列车网络通信数据调度控制方法的数据分类及时间片划分的示意图。
图2示出根据本发明实施例的列车网络通信数据调度控制方法的过程数据及其子时间片的示意图。
图3示出根据本发明实施例的列车网络通信数据调度控制方法的消息数据及其子时间片的示意图。
图4示出根据本发明实施例的列车网络通信数据调度控制方法的普通数据及其子时间片的示意图。
具体实施方式
如上所述，针对现有技术中用于列车网络通信数据的主从数据调度、交换式调度、令牌环调度等方式存在的通信速率较低，存在排队现象，所有数据帧的收发没有调度管理，或者调度管理的机制受网络性能影响，存在抖动，网络实时性和确定性不高等问题，本发明提出了一种由时间触发控制，同时结合优先级和先进先出等方式对数据帧进行调度控制的方法，其具有高带宽以及重要数据高实时性和高确定性的特性。
一般地，本发明的特征在于，将列车网络通信数据进行分类，主要分成如下三类：
第一类型数据：即，周期性传输的过程数据，主要用于控制数据的传输，所有数据流的大小、周期、源端和目的端都是确定的。
第二类型数据：即，触发式传输的消息数据，主要用于部分控制数据及状态数据传输，数据只有在需要传输的时候由上次触发进行传输。
第三类型数据：即，普通数据，主要用于数据的维护，音视频的数据传输，其实时性和确定性要求不高。每个类型的数据可划分n个优先级。
并且，本发明的特征在于，全局管理列车上所有数据的调度时刻。列车网络上需要通信的设备，发送数据的时刻全部进行统一的管理，对于每一条数据流，必须在指定时刻数据才会触发发送传递至线路上；接收数据的设备，接收到数据的时刻也必须在指定时刻进行接收。
并且，对于通信中间的网络设备(数据由该设备接收后，通过路径算法等还需要转发至其他设备)，比如交换式网络，交换机的每一个端口连接一个终端设备(数据由该设备发起，或者数据由该设备接收后不再进行下一跳转发)，某一个端口数据发送和接收有可能有多个数据流，当多个数据流存在时，对于同一类型的数据，高优先级的可以抢占低优先级数据优先得到转发，或者根据时间顺序先到的数据先转发。
因此，通过对数据进行分类，并且为数据分配不同的带宽，由时间触发进行发送和接收，可以保证对列车运行有重大关联的控制数据优先得到转发，保证其实时性和确定性；普通的和列车运行无关的数据例如音视频，广播等，则尽量进行传输。
以下，结合附图具体描述本发明的列车网络通信数据调度控制方法。
图1示出根据本发明实施例的列车网络通信数据调度控制方法的数据分类及时间片划分的示意图。
如图1所示，本发明的列车网络通信数据调度控制方法，包括：
基于数据特性和传输要求，将列车网络通信数据划分为多种类型数据，即过程数据(Process Data)、消息数据(Message Data)和普通数据三种类型；
将通信调度的时间划分为最小粒度的时间片，假设以时间T作为一个时间片，每个时间片内进一步划分为用于过程数据、消息数据和普通数据的三个子时间片T1、T2、T3，其中T1+T2+T3＝T，其中第一子时间片T1，即过程数据时间片排在最前列，其次是第二子时间片T2，即消息数据时间片，最后是第三子时间片T3，即普通数据时间片；以及
基于先入先出方式和/或优先级排序方式，调度控制每个子时间片T1、T2、T3内各个类型数据的传输。
在实践中，过程数据和消息数据的主要区别在于，过程数据是周期性的，报文大小和周期都是确定的。消息数据是非周期触发式的，报文大小不确定，由上层应用决定。
图2示出根据本发明实施例的列车网络通信数据调度控制方法的过程数据及其子时间片的示意图。
如图2所示，对于第一类型数据，即过程数据，在过程数据所处的第一子时间片T1内根据优先级的多少，再次划分更小的时间槽t，每个时间槽t的宽度根据数据流的大小进行划分，数据流多的得到更宽时间槽，数据流少的得到较少的时间槽。对于终端设备，每一条数据在规定的时间槽内，必须进行传输。对于中间需要转发数据的网络设备，接收到数据后根据优先级也必须在规定时间槽内进行转发，当所处时间槽，同一优先级还未发送完毕时，高优先级的可以继续转发，允许高优先级的抢占低优先级的时间槽，但是不允许低优先级的抢占高优先级的时间槽，如果最低优先级未发送完毕，则直接丢弃。因此，为了保证过程数据全部得到发送和转发，其所分配的时间片要大于所有时间槽宽度，并且预留一定裕量Ty。最后保证所有的时间槽和时间裕量总和为T1。
例如，假设列车网络中，由于过程数据是周期性的，有10条过程数据流，根据重要等级划分优先级，优先级数值越低，其优先级越高(优先级1具有最高优先等级)。其中优先级1(P＝1)的有2条数据流，优先级2(P＝2)的有3条数据流，优先级3(P＝3)的有5条数据流，并且t1+Ty1+t2+Ty2+t3+Ty3+tn＝T1。
图3示出根据本发明实施例的列车网络通信数据调度控制方法的消息数据及其子时间片的示意图。
如图3所示，对于第二类型数据，即消息数据，所有消息数据都是触发式传输，在子时间片T2内，所有消息数据根据优先级排列(P＝1、2……n)依次发送或转发，当某一时刻出现高优先的数据需要发送时，该数据将排至所有比它低的优先级的前列优先得到转发。如果该数据不在子时间片T2内，对于过程数据时间片T1内的某一消息数据需要发送时，等待至本周期的消息数据子时间片内进行传输，对于普通数据子时间片T3内产生的某一消息数据需要发送，则将其排列至下一个周期的消息数据子时间片T2内，其排列的顺序按照优先级由高至低依次排列。
图4示出根据本发明实施例的列车网络通信数据调度控制方法的普通数据及其子时间片的示意图。
如图4所示，对于第三类型数据，即普通数据，所有普通数据按照先入先出(FIFO)的方式进行传输，即最先进入到时间片T3的数据1最先传输，当在子时间片T3内所有的普通数据1-9仍然无法传输完毕时，末尾的数据9、10直接丢弃，不会进入到下一个周期的时间片内传输。如果普通数据在过程数据子时间片T1或者消息数据子时间片T2内产生，则同样按照时间先后顺序，排列至本周期的普通数据子时间片T3内等待传输。
应注意，以上标注的具体数值是非固定的，可以根据网络数据流需要进行调整，例如优先级等级不一定是3个，可以是n个。具体的数据流个数也不限定，上文只是为了举例说明。
以上详细说明了本发明的优选实施方式，然而本发明不限于以上实施方式。
替代地，可以将数据划分更多类型(例如n种数据类型)，每种数据类型根据优先级，先入先出等方式进行处理。
替代地，可以仅进行数据类型(过程数据、消息数据、普通数据)的时间片管理，不再进行优先级的划分，也可以实现数据的通信，例如所有过程数据在T1内传输，消息数据在T2内传输，其他数据在T3内传输。
替代地，普通数据内也可以再划分优先级，保证高优先级的尽量被传输，低优先级的可能被丢弃。
总之，数据类型划分的种类，优先级的数量，每种类型实现的方式可以进行多种组合，本发明的方法是将过程数据放在最重要位置，必须保证它的实时性和确定性。
如上所述，本发明的特点和优势在于，针对列车网络上需要通信的数据进行分类，并针对每个数据分类进行基于时间触发与优先级相结合的调度管理，包括：
过程数据周期性传输，其时间片内划分更小的时间槽，每个时间槽内传输某一优先级的数据，并必须保留一定裕量。如此任何一个过程数据流，在全网内必须在某一时刻传输，同时也必须等到该时刻才会传输，保证了过程数据由时间控制，在传输路径一致的情况下，有更高确定性。同时在此时间片内不会有任何消息数据或普通数据传输，可以保证该数据类型不受其他类型数据影响，具有最高实时性和确定性。
消息数据触发式传输，其时间片内根据优先级进行数据的传输，高优先级的比低优先级的优先得到转发，保证高优先级的实时性。如果出现不在消息数据时间片内的消息数据需要发送，则必须转移到本周期内或者下一个时间轮询周期的消息数据时间片内进行传输，保证消息数据不能丢包，具备比普通数据更高实时性和确定性。
普通数据按照先入先出方式传输，时间片不够时末尾数据直接丢弃，如此可以不影响重要的过程数据和消息数据传输，同时也能尽量传输普通的数据。
虽然本申请所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种列车网络通信数据调度控制方法，包括：
基于数据特性和传输要求，将列车网络通信数据划分为多种类型数据；
将通信调度的时间划分为最小粒度的时间片，其中每个时间片划分为用于所述多种类型数据中的每一个类型数据的多个子时间片；以及
基于先入先出方式和/或优先级排序方式，调度控制所述多个子时间片中的每个子时间片内所述多种类型数据的传输；
所述多种类型数据包括第一类型数据，所述多个子时间片包括在先的第一子时间片，其中所述第一类型数据根据预定的优先级排序方式在所述第一子时间片内传输；
所述多个子时间片包括在所述第一子时间片之后的第二子时间片，其中第二类型数据根据预定的优先级排序方式在所述第二子时间片内传输；
如果在所述第一子 时间片内产生的某一第二类型数据需要传输，则等待至本周期的第二子时间片内进行传输；
所述多种类型数据包括第三类型数据，所述多个子时间片包括在所述第二子时间片之后的第三子时间片，其中所述第三类型数据根据先入先出方式在所述第三子时间片内传输；
所述第一类型数据为周期性传输的过程数据，用于控制数据的传输，其中所有数据流的大小、周期、源端和目的端是确定的；所述第二类型数据为触发式传输的消息数据，用于部分控制数据及状态数据传输，数据只有在需要传输的时候由上次触发进行传输；以及所述第三类型数据为普通数据，用于数据的维护、音视频的数据传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于优先级的数量，将所述第一子时间片划分为多个时间槽，每个时间槽的宽度基于数据流的大小进行划分，每个时间槽用于所属优先级的第一类型数据的传输。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，当同一优先级的第一类型数据在所处时间槽内未传输完毕时，高优先级的第一类型数据可以继续传输，并且允许高优先级的第一类型数据抢占低优先级的第一类型数据所处的时间槽，但是不允许低优先级的第一类型数据抢占高优先级的第一类型数据所处的时间槽，如果最低优先级的第一类型数据未传输完毕时，则直接丢弃。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，如果所述第三子时间片内产生的某一第二类型数据需要传输，则将其排列至下一个周期的第二子时间片内，其排列的顺序按照优先级由高至低依次排列。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，如果在第三子时间片内所有的第三类型数据无法传输完毕，则直接丢弃末尾的数据；如果在第一子时间片或者第二子时间片内产生第三类型数据，则同样按照时间先后顺序，排列至本周期的第三子时间片内等待传输。
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