FlexRay网络动态段时间参数优化

摘要：为了提高FlexRay总线动态段的带宽利用率和通信实时眭，建立了动态消息调度模型，并提出了动态消息平均响应时间概念，基于对动态消息响应时问的分析，推导出了其定量计算公式，并给出了动态消息优先级和时隙ID分配原则；在此基础上，建立了以动态段长度最小为目标，以动态消息实时性为约束的FlexRay动态段参数配置优化模型，并给出了求解该模型的ARDS算法。最后采用CANoe软件进行仿真实验，验证本文所提方法的正确性和有效性。

关键词：FlexRay；参数配置；响应时间；时隙ID分配

引言

FlexRay总线与传统CAN，总线相比，在传输效率、可靠性和灵活性方面具有较大的优势，能够满足未来车内ECU（Electronic Control Unit）网络的通信要求，已经开始在汽车动力系统、底盘系统、x-by-wire系统中应用。这也使得FlexRay网络通信的安全性和实时性成为了整车系统安全的关键问题之一。

FlexRay网络参数配置对汽车控制系统的可靠性和安全性有至关重要的作用。目前，关于FlexRay网络参数优化设计主要集中在提高带宽利用率方面。文献[1-2]分别建立了FlexRay总线网络时间参数的优化模型和信号封装的整数线性规划模型，通过数值计算的方法确定静态段网络参数，提高了带宽利用率；文献[3―6]对基于最坏响应时问的FlexRay网络动态段时间参数优化O计进行了研究，得到动态段带宽利用率与动态消息实时性综合条件下的最优结果；文献[7]考虑时隙复用的情况，提出更具一般性的动态消息响应时间分析方法。在此基础上，文献[8]采用动态规划的优化调度算法，最大限度的降低动态消息最坏响应时间；文献[9]提出的分支界定法确定静态时隙分配方案，降低系统端到端的通信延时最优；文献[10-11]提出了基于优先级的RQ动态段调度算法，用于减少延时和提高网络利用率。但上述文献均基于最坏响应时间对动态段时间参数进行设计过于保守，并且大多是在已知参数基础上进行的，对参数本身的设计考虑较少。

在上述研究基础上，本文定义了FlexRay消息调度模型，给出了FlexRay动态消息平均响应时间计算方法；以动态段长度最小为目标，以动态段消息实时性为约束，建立了FlexRay网络动态段参数设计优化模型，给出该模型的求解ARDS（AverageResponse nf Dynamic Segment AlgorithmlI算法。本文的组织结构如下。第一节FlexRay协议简要描述。第二节介绍了FlexRay网络动态消息调度模型、动态帧平均响应时间计算公式推导和时隙ID与优先级分配原则。第三节建立了基于时间约束的FlexRay网络动态段参数设计优化模型并给出ARDS求解算法；第四节给出实验结果的分析。结论放在第五节。

1.FlexRay协议

1.1FlexRay总线通信周期

FlexRay总线以通信周期循环的方式传输消息。一个通信周期包括静态段（ss，StaticSegment）、动态段fDs，Dynamic Segment）、符号窗口（sw，Symbol Window）和网络空闲时间（NIT，Network Idle Time）四个部分，如图1所示：