基于交換式以太網(wǎng)列車通信網(wǎng)絡(luò)的研究

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1、多參未交碩士學(xué)位論文堙乞和一基于交換式以太網(wǎng)列車通信網(wǎng)絡(luò)的研究StudyofTrainCommunicationNetworkBasedonSwitchedEthernet作者：邢震導(dǎo)師：穆建成北京交通大學(xué)2013年3月中圖分類號：U285．41UDC：629學(xué)校代碼：10004密級：公開北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文基于交換式以太網(wǎng)列車通信網(wǎng)絡(luò)的研究StudyofTrainCommunicationNetworkBasedonSwitchedEthernet作者姓名：邢震導(dǎo)師姓名：穆建成學(xué)位類別：工學(xué)學(xué)科專業(yè)：交通信息工程及控制學(xué)號：10120328職稱

2、：教授學(xué)位級別：碩士研究方向：運輸自動化與控制北京交通大學(xué)2013年3月學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明)學(xué)位論文作者簽名：＼矸襲導(dǎo)師簽名：簽字日期：加l己年2；月j刁日簽字日期：Ⅵf弓年≥月弓。日致謝首先感謝我的導(dǎo)師穆建成教授，感謝這兩年半時間內(nèi)給予我諄諄的教誨和無私的關(guān)懷。本論

3、文的工作是在穆建成教授的悉心指導(dǎo)下完成的，穆老師敏銳的專業(yè)洞察力、淵博的學(xué)識、精益求精的作風(fēng)、高尚的品格，都深深地感染和激勵著我。在此衷心感謝穆老師對我的指導(dǎo)和關(guān)愛。其次感謝馬連川副教授在我實驗室課題研究上的具體指導(dǎo)，馬老師淵博的學(xué)識以及執(zhí)著的鉆研精神，都令人深深的為之折服。衷心感謝馬老師對我的教導(dǎo)和關(guān)愛!感謝周達天老師，曹源老師，朱立老師，李旺師兄對我論文的悉心指導(dǎo)，對我論文提出很多寶貴性意見，在此表示深深的謝意!在實驗室工作和撰寫論文期間，感謝何浩洋，劉明端，孫雅晴，金丹等同學(xué)給予的熱情幫助。正是大家的相互支持和幫助，我才能夠更加順利的完成論文的

4、撰寫。最后，感謝我的家人，正是因為你們的鼓勵與支持，才能讓我在最困難的時候堅持前行；正是懷著對你們的感恩之情，讓我充滿了克服困難的不竭動力。生塞擅墨中文摘要摘要：隨著基于通信的列車控制系統(tǒng)(Communication．BasedTrainControl，CBTC)和中國列車運行控制系統(tǒng)(ChineseTrainControlSystem，CTCS)-3級在我國的不斷推廣和發(fā)展，其功能會越來越多樣和復(fù)雜，這也就意味著列車控制會變得越來越復(fù)雜，數(shù)據(jù)通信也會變得越來越多樣化?？梢灶A(yù)見用于機車車輛與列車運行控制的數(shù)據(jù)量在未來會不斷增長，所以研究一種大容量、高

5、速度、滿足硬實時性的列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是很有意義的。針對這個問題，論文以列車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN)為研究對象，通過引入交換式以太網(wǎng)技術(shù)，在底層使用交換式以太網(wǎng)來增大列車通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬，但是交換式以太網(wǎng)中由于數(shù)據(jù)傳輸沖突而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸時間不確定性，使其不能直接適用于實時網(wǎng)絡(luò)。對此，論文通過改進網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議棧等措施改善基于交換式以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)(EB．TCN)在可靠性、確定性、實時性方面的性能表現(xiàn)，使其能滿足列車數(shù)據(jù)傳輸需求。首先，在TCN網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了EB．TCN的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，引入了全雙工通信技術(shù)、設(shè)計冗余網(wǎng)絡(luò)，改善網(wǎng)絡(luò)的實時

6、性和可靠性。在TCN通信協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，提出了EB．TCN的通信協(xié)議棧，為保證網(wǎng)絡(luò)滿足列車的硬實時需求，在通信協(xié)議棧中加入實時虛擬層。通過對EB．TCN的實時虛擬層進行詳細研究，在TCN和FF總線的集中式介質(zhì)訪問方式的基礎(chǔ)上，設(shè)計了車輛控制層、骨干層的通信調(diào)度機制。為了充分利用以太網(wǎng)資源，引入了“超主幀"的通信調(diào)度方式；在通信調(diào)度機制的基礎(chǔ)上設(shè)計了車輛控制層、骨干層的幀格式。從根本上解決了交換式以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)沖突排隊的問題。其次，分別從骨干層和車輛控制層對EB．TCN方案的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行可靠性分析。在EB．TCN網(wǎng)絡(luò)的實時性分析上，論文運用排隊論的方

7、法分析了EB．TCN網(wǎng)絡(luò)正常情況下的網(wǎng)絡(luò)延遲，運用網(wǎng)絡(luò)演算方法分析了EB．TCN網(wǎng)絡(luò)最壞情況下的網(wǎng)絡(luò)延遲。最后，為了進一步驗證EB．TCN網(wǎng)絡(luò)的實時性能，搭建了基于VxWorks的仿真通信平臺，完成了平臺的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計。對EB．TCN在最壞情況下的網(wǎng)絡(luò)延遲進行了測試和分析；對車輛控制層、骨干層基本周期內(nèi)輪詢設(shè)備數(shù)量進行測試和分析；對系統(tǒng)正常時列車網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸進行測試，并從網(wǎng)絡(luò)效率指標(biāo)、傳輸時間比指標(biāo)、和超時報文、錯誤報文比例指標(biāo)等方面對實驗結(jié)果進行了分析。最后得出結(jié)論：基于交換式以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)(EB—TCN)在可靠性、實時性、確定

8、性方面能滿足列車網(wǎng)絡(luò)需求，能夠成為TCN的替代方案。圖47幅，表9個，參考文獻29篇。關(guān)鍵詞：TCN；交換式