基于交換式以太網(wǎng)列車通信網(wǎng)絡(luò)的研究.pdf

1、隨著基于通信的列車控制系統(tǒng)(Communication-Based Train Control，CBTC)和中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(Chinese Train Control System，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。可以預(yù)見用于機(jī)車車輛與列車運(yùn)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、高速度、滿足硬實(shí)時(shí)性的列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2、是很有意義的。
　　針對這個(gè)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(shí)間不確定性，使其不能直接適用于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)。對此，論文通過改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(shí)時(shí)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)

3、絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了EB-TCN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，引入了全雙工通信技術(shù)、設(shè)計(jì)冗余網(wǎng)絡(luò)，改善網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)需求，在通信協(xié)議棧中加入實(shí)時(shí)虛擬層。通過對EB-TCN的實(shí)時(shí)虛擬層進(jìn)行詳細(xì)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(jì)了車輛控制層、骨干層的通信調(diào)度機(jī)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(jī)制

4、的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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(duì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析。在EB-TCN網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性分析上，論文運(yùn)用排隊(duì)論的方法分析了EB-TCN網(wǎng)絡(luò)正常情況下的網(wǎng)絡(luò)延遲，運(yùn)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(jìn)一步驗(yàn)證EB-TCN網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能，搭建了基于VxWorks的仿真通信平臺，完