本書致力于研究基于以太網的列車通信網絡的實時性問題，以我國CRH5型動車組為原型，建立基于交換式以太網的列車通信網絡拓撲結構，深入分析了交換機的兩級調度優化算法，并通過排隊論和網絡演算法詳細計算了列車通信網絡的時延構成，為列車的實時周期數據和實時非周期數據傳輸提供了實時傳輸解決方案，對研究基于以太網的列車通信網絡的關鍵技術問題做出了深入闡述。
本書內容具有一定的專業深度，能為研究列車通信網絡的讀者解決深層次的專業問題提供參考方案。同時，本書的研究內容具有一定的行業擴展性，目前以太網技術已廣泛應用于互聯網通信、列車通信和航空航天通信等通信領域，因此本書亦能為通信技術專業方向的多個行業的高校教師、學生、研究人員和設備商等提供技術支持。
1 基于以太網的列車通信網絡實時性概述 001
1.1 以太網在列車通信網絡中的應用現狀 003
1.2 列車通信網絡的實時性需求分析 006
1.2.1 列車通信網絡的特點 007
1.2.2 數據分類與實時性需求 008
1.3 以太網的實時性 010
1.3.1 確定性和實時性問題 010
1.3.2 實時性評價方法 014
1.4 交換式以太網的實時性研究現狀 015
1.4.1 交換式以太網的特點 015
1.4.2 交換式以太網的實時性問題 016
1.4.3 交換式以太網的實時性研究現狀 016
1.5 實時以太網的研究現狀 021
1.5.1 實時以太網協議 021
1.5.2 時間敏感網絡 022
2 基于交換式以太網的列車通信網絡時延分析 023
2.1 概述 023
2.2 列車通信網絡拓撲設計需求 024
2.2.1 一般列車網絡控制系統的組成 025
2.2.2 列車通信網絡拓撲設計需求總結 026
2.3 列車通信網絡拓撲設計 027
2.3.1 以太網交換機的結構和工作原理 027
2.3.2 交換式以太網中數據幀的端到端時延構成 028
2.3.3 基于交換式以太網的列車通信網絡拓撲設計 030
2.4 列車通信網絡及時可靠性分析 033
2.4.1 及時可靠性模型 034
2.4.2 基于二元決策圖的及時可靠性 035
2.4.3 及時可靠性的仿真測試與分析 038
2.5 列車通信網絡的最大端到端時延分析 041
2.5.1 網絡演算理論 042
2.5.2 FCFS 調度方式下的數據幀端到端時延 043
2.5.3 實時數據幀的最大端到端時延計算實例 045
2.5.4 實時數據幀的最大端到端時延分析 046
2.5.5 端到端時延的仿真測試與分析 048
2.6 本章小結 055
3 基于相對時延的終端設備到交換機的優化分配 056
3.1 概述 056
3.2 終端設備到交換機的分配優化問題描述 057
3.2.1 遺傳算法基礎 057
3.2.2 數據流的端到端相對時延 060
3.2.3 列車設備到交換機的分配模型 060
3.2.4 設備分配約束條件 060
3.2.5 基于相對時延的設備分配目標函數 061
3.2.6 目標函數的仿真測試與分析 062
3.3 基于混合交叉的遺傳算法 065
3.3.1 編碼方式 065
3.3.2 適應度函數 065
3.3.3 選擇算子 066
3.3.4 混合交叉遺傳算法設計 066
3.4 優化結果測試與分析 067
3.4.1 對標準測試函數的優化結果及分析 067
3.4.2 對列車設備分配的適應度函數優化結果分析 070
3.5 本章小結 072
4 交換機兩級調度算法研究 073
4.1 概述 073
4.2 實時調度算法研究現狀 074
4.2.1 實時調度算法在控制網絡通信中的應用 074
4.2.2 優先級調度方法在交換機調度中的應用 076
4.3 交換機兩級調度算法 077
4.3.1 一級調度——優先級-時間片調度 078
4.3.2 二級調度——最小截止期優先 079
4.4 采用網絡演算計算實時數據幀的最大端到端時延 081
4.5 采用排隊論計算數據的平均端到端時延 082
4.5.1 交換機數據的G/D/1 排隊模型 082
4.5.2 G/D/1 排隊模型中的交換機排隊時延 085
4.5.3 基于G/D/1 排隊模型的交換機排隊時延實例計算 086
4.6 仿真測試與分析 088
4.6.1 仿真配置 088
4.6.2 仿真分析 088
4.7 本章小結 091
5 基于FQPSO 和SMT 理論的實時周期業務調度優化 093
5.1 概述 093
5.2 周期任務調度優化建模 094
5.2.1 時間觸發通信機理 094
5.2.2 列車通信網絡建模 097
5.2.3 任務調度約束條件 100
5.2.4 抖動與負載均衡目標 103
5.3 模糊控制量子粒子群算法 106
5.3.1 量子粒子群算法 107
5.3.2 收縮-擴張系數與勢阱長度關系 108
5.3.3 基于模糊控制的量子粒子群自適應優化算法 110
5.4 基于可調度性排序SMT的時間觸發調度 114
5.4.1 可滿足性模塊理論 114
5.4.2 周期業務可調度性排序 115
5.5 調度表性能評估 116
5.5.1 算法流程 116
5.5.2 網絡環境 118
5.5.3 算例分析 119
5.6 本章小結 122
6 實時非周期業務調度與分析優化方法 124
6.1 概述 124
6.2 實時非周期數據融合調度模型 125
6.2.1 實時非周期數據傳輸特征 125
6.2.2 實時非周期數據融合傳輸機制 126
6.2.3 動態平滑加權輪詢-最小截止期優先兩級調度 130
6.3 基于隨機網絡演算的實時非周期數據時延計算 135
6.3.1 隨機網絡演算理論 135
6.3.2 TCN 實時非周期數據到達與服務過程 136
6.3.3 TCN 實時非周期數據積壓與時延邊界計算 139
6.4 基于貝葉斯規則的實時非周期業務時延估計方法 144
6.4.1 業務端到端時延測試 144
6.4.2 數據幀延誤先驗與后驗概率分布 145
6.4.3 基于目標置信度的端到端數據延誤率估計算法 147
6.5 算例仿真與分析 149
6.5.1 隨機網絡演算算例分析 149
6.5.2 DSRR-EDF 調度仿真 153
6.5.3 貝葉斯時延測試方法分析 160
6.6 本章小結 162
參考文獻 164
附錄 專業術語中英文對照 169
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