智能变送器的网络实时调度算法

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1、■智能变送器的网络实时调度算法张磊1。田梦南2，尚利宏2，周密3(1．中航工业集团公司西安航空计算技术研究所，西安710068；2．北京航空航天大学；3．北京中航瑞博航空电子技术有限公司)摘要：STNP智能变送器网络是一种基于IEEEl451．3标准和电力线载波技术的总线型智能变送器网络，而机载传感器网络具有数据包小、包数多的特点，在同一条总线上传输容易产生冲突，从而影响系统的实时性。本文针对STNP智能变送器网络数据传输的特点，设计并实现了适用于STNP网络的传输调度算法，通过传输调度保障了系统的实时性。关键词：传感器网络；传输调度；遗传算

2、法；实时性中图分类号：TP321文献标识码：ASchedulingAlgorithmtoGuaranteeReal—timeTransmissioninSmartTransducerNetworkZhangLeil，TianMengnan2，ShangLihon92，ZhouMi3(1．AVICComputingTechniqueResearchInstitute，Xi’an710068，China；2．BeihangUniversity；3．ReliableAvionicsTechnologyCo．，Ltd．)Abstract：STNPis

3、asmarttransducernetwork，whichisbasedonIEEE1451．3standardandthepowerlinecarriertechnology．TheSTNPsmarttransducernetworkhasthecharacterssuchasthepacketinthenetworkissmallandtheamountislarge，whichmaycauseconflictingonthebus．Inthesituation，atransmissionschedulingalgorithmisprop

4、osedinthispaper，whichcanguaranteethereal—timeperformanceofthesystem．Keywords：sensornetwork；transmissionscheduling；geneticalgorithms；real—time引言智能变送器网络在机载测控领域有着广泛的应用。在传统的机载测控系统中，传感器通过点对点的方式与计算机相连，这种架构的网络系统使得电缆的数量随着传感器数量的增加而增加，大量增加的电缆可能导致连接线之间信号的相互干扰，并且增加飞机自身的重量，使得系统的部署、维护、扩展

5、变得困难n]。同时机载传感器网络通常具有传感器数量较多、网络中传输的数据包较小、对数据传输的实时性要求较高等特点。针对以上问题，STNP智能变送器网络是基于IEEEl451．3标准和电力线载波技术的总线型智能变送器网络，其网络的拓扑结构如图1所示。STNP网络拓扑采用主从结构，TBC(变送器总线控制器)是主节点，TBIM(变送器总线接口模块)是从节点。STNP网络底层采用电力线载波技术取代了IEEEl451．3标准底层所采用的HomeplugPNA标准∽j，而电力线载波技术在链路层采用载波侦听多路访问／冲突避免(CSMA／CA)机制进行通信资

6、源的分配，在CSMA／CA机制中口]，当数据包传输产生冲突的时候，发送方会继图1STNP智能变送器网络拓扑结构续侦听总线进行数据的重发。在机载传感器网路中，网络中传输的主要是周期性采样的数据包，网络中的数据包具有数据包小、数据包数量多的特点。因此如果每个节点通过竞争信道发送数据，总线上发送的数据容易产生冲突，导致数据包的重发，当重发数据包较多的时候会造成网络的延迟，从而影响网络数据传输的实时性。总线型实时性传输有命令响应和预约信道两种方式。由于机载智能传感器网络具有传感器数量多而传输的数据包较小的特点，如果采用命令响应方式，命令报文会占据一半

7、的带宽，从而造成带宽浪费。因此，命令响应式调度方法不适合于机载智能变送器网络。而信道预约方法根据每个传感器的周期性特点，通过算法对其进行传输调度的分配，每个传36Microcontrollers＆EmbeddedSystems2016年第7期WWW．mesnet．com．cn感器只能在分配给它的时间内进行数据传输，这样可以避免总线上数据传输的冲突，保证传输的实时性。IEEEl451．3标准底层采用的HomeplugPNA，会周期性地发送epoch消息，每个epoch消息在总线上定义一个epoch时间段，每个epoch时间段由多个时间槽组成，并

8、分为同步时间槽和异步时间槽两大类。在同步时间槽中，每个变送器通道按照系统预先分配的节点优先级进行数据的传输，在每个同步时间槽中只能有一个通道进行数据传输，这样保证了