基于CAN总线网络控制系统调度算法的分析与研究

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通过网络闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(Network Control System,简称NCS),它是一种完全分布式与网络化的实时反馈控制系统。不同于一般的网络系统,其传输的消息具有数据量少,传输周期短和实时性高等特点。在网络控制系统中由于所有节点共享物理传输介质,各个节点必须竞争得到网络访问权才能发送数据,基于此,必须对网络中的通信进行调度管理。本文在对近年网络控制系统的调度算法进行综述分析的基础上,基于CAN总线对网络控制系统中的调度算法进行了相关研究。首先针对网络控制系统分布式的特点,特别是类似于CAN总线的多主系统,由于没有单一的时钟提供同步机制,影响调度管理的同步。本文在“后期协商”同步算法的基础上,从减少网络同步开销,提高时钟同步的准确度与精确度的角度出发提出了“阶段分割”同步算法,该算法的采用使网络中同步消息的个数从n2+2n下降到3n,提高了带宽利用率。然后针对EDF(Earliest Deadline First)调度算法在CAN总线应用中存在的问题,研究相应的解决方案。在基本EDF调度算法的基础上提出了能够解决截止期编码的对数分区EDF调度算法。基于DM(Deadline Monotone)算法实现简单和EDF算法的灵活性强、资源利用率高等优点,提出了一种改进型EDF调度算法(简称EEDF),有效地解决了DM调度算法资源利用率低与EDF调度算法额外开销大等缺点。 最后,基于EEDF(Enhanced Earliest Deadline First)调度算法提出了一种适用于网络控制系统的反馈控制实时调度算法FC-EEDF(Feedback Control-Enhanced Earliest Deadline First)。该调度算法针对网络控制系统的特点利用基于消息截止期的性能指标作为调节量实现反馈控制。同时在对控制理论与实时调度分析的基础上建立了一种通用的反馈调度模型,为进一步的研究奠定了基础。
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