【摘要】：隨著高速列車的快速發(fā)展,列車通信網絡所需帶寬在不斷增加,現(xiàn)場總線技術已經難以滿足需求。以太網因其帶寬高、兼容性好、拓撲靈活等優(yōu)點在工業(yè)上得到了廣泛應用�；谝蕴W的列車通信網絡成為了國內外軌道交通行業(yè)新的研究方向。為了提高列車通信網絡的可靠性,實現(xiàn)列車通信網絡的實時數據傳輸,本文從梯形拓撲協(xié)議入手,研究了列車通信網絡拓撲的可靠性問題及冗余管理方法,并對基于實時MAC協(xié)議的實時調度方法進行了研究。本文的主要研究成果如下:(1)研究了基于交換式以太網的列車通信網絡骨干網和編組網的拓撲結構和特性,對不同編組網結構進行了故障案例分析,建立了基于梯形拓撲的列車通信網絡架構。采用動態(tài)故障樹DFTA對網絡結構進行可靠性建模并采用二元決策圖和馬爾可夫矩陣進行量化求解,驗證了梯形拓撲的優(yōu)越性。(2)分析了梯形拓撲協(xié)議的運行機制和終端設備冗余對系統(tǒng)可靠性的影響,并對梯形冗余具體的實現(xiàn)方案進行了研究,設計了梯形拓撲冗余管理方法,提高了系統(tǒng)的可靠性。總結了丟棄算法的基本要求,采用基于動態(tài)線性HASH的冗余幀丟棄算法來減少數據搜索和插入時間,并對所提方法的有效性進行了驗證,為梯形拓撲協(xié)議在列車通信網絡上的應用奠定了堅實的算法基礎。(3)設計了一種基于實時MAC協(xié)議的梯形拓撲實時調度方法,來改善傳統(tǒng)的基于CSMA/CD介質訪問控制方式的確定性和實時性。分析了數據傳輸過程中的端到端時延構成因素,并進行了實例計算。設計了基于令牌的梯形拓撲故障檢測機制,實現(xiàn)了故障下的替代傳輸與故障恢復的處理。方法借鑒了令牌思想,有效解決了網絡中的競爭問題,提高了網絡的確定性和實時性。(4)通過OPNET網絡仿真軟件實現(xiàn)了梯形拓撲網絡架構,對正常和雙組件故障情況的傳輸進行了仿真,驗證了梯形冗余方案的高可靠性和實時性。設計了具有雙網絡適配器的實時以太網冗余網卡,并利用終端節(jié)點和交換機搭建了網絡通信驗證平臺。利用wireshark抓包軟件對數據包進行分析,測試結果表明該冗余管理方法能夠滿足基于梯形拓撲的列車通信網絡的實時性和可靠性要求。最后對全文的研究內容進行了總結,并對下一步的研究方向進行了展望。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP393.11;U285.2
【圖文】：

傳輸的端到端時延進行實例計算。設計了一種基于令牌的故障檢測機制，設定時器時間，實現(xiàn)了故障下的替代傳輸和故障恢復的處理。逡逑第五章通過ＯＰＮＥＴ網絡仿真軟件實現(xiàn)了梯形拓撲網絡架構，主要設計了交節(jié)點模型和進程模型以及終端節(jié)點的模型，得到了網絡由正常狀態(tài)到單點故雙鏈路故障狀態(tài)和雙ＣＮＮ節(jié)點故障下的網絡吞吐量、鏈路利用率、端到端時化曲線圖，得出網絡實時性良好、當發(fā)生單點故障時，網絡正常工作，雙點故，恢復時間為零的結論。并且設計了具有雙網絡適配器的實時以太網冗余網卡，逡逑建了網絡通信驗證平臺。利用ｗｉｒｅｓｈａｒｋ抓包軟件進行分析，驗證梯形拓撲冗理方案的可行性。逡逑第六章對全文所做工作進行了總結，并對未來的研宄方向進行了展望。逡逑

通信網絡重點研究方向，而冗余技術又是提升網絡可靠性的關鍵技術。本章介紹列逡逑車以太網的總體框架組成，包括列車骨干網ＥＴＢ和列車編組網ＥＣＮ的拓撲結構，逡逑分析了不同ＥＣＮ結構的故障案例。建立了基于梯形拓撲的列車通信網絡冗余架構，逡逑并采用動態(tài)故障樹ＤＦＴＡ對基于梯形拓撲的列車通信網絡進行了可靠性理論分析。逡逑２．１網絡拓撲逡逑２．１．１總體架構逡逑依據ＩＥＣ６１３７５－２－５，基于以太網的列車通信網絡被劃分為兩級結構，分別是列逡逑車骨千網（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ邋Ｔｒａｉｎ邋Ｂａｃｋｂｏｎｅ，邋ＥＴＢ）和列車編組網（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ邋Ｃｏｎｓｉｓｔ邋ｎｅｔｗｏｒｋ，逡逑ＥＣＮ）。ＥＴＢ與ＥＣＮ之間的通信通過骨千網節(jié)點（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ邋Ｔｒａｉｎ邋Ｂｕｓ邋Ｎｏｄ，邋ＥＴＢＮ）實逡逑現(xiàn)，各節(jié)車輛內部所有終端設備通過與組網交換機節(jié)點（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ邋Ｃｏｎｓｉｓｔ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑Ｎｏｄｅ．邋ＥＣＮＮ）相連進行數據交互，如圖２－１是基于以太網的列車通信網絡（Ｔｒａｉｎ逡逑Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＴＣＮ）的拓撲架構圖。逡逑

ＥＣＮ一ＥＣＮ。一口的子網中。逡逑２．１．２列車骨干網拓撲結構逡逑ＥＴＢ主要由以太網列車骨干網節(jié)點ＥＴＢＮ及其之間的鏈路構成，ＥＴＢＮ作為逡逑連接ＥＴＢ和ＥＣＮ的節(jié)點，主要作用是負責兩層網絡之間的通信以及列車骨干網逡逑的管理，每個ＥＣＮ可連接一個或多個互為冗余的ＥＴＢＮ。逡逑ＥＴＢ—般使用線形結構，如圖２－２所示。在線形拓撲中ＥＴＢＮ依次相連，每逡逑個節(jié)點只能與鄰節(jié)點進行直接的數據交換，如果不相鄰的ＥＴＢＮ之間需要進行通逡逑信，則需要經過中間節(jié)點對數據進行轉發(fā)。逡逑ＥＴＢＮ也可以采用冗余方法來保證可靠性，如圖２－２中，０１節(jié)點和０２節(jié)點互逡逑為冗余連接至同一個ＥＣＮ，兩個ＥＴＢＮ都處于激活狀態(tài)，在ＥＴＢ與ＥＣＮ之間進逡逑行通信時，只有一個ＥＴＢＮ完成相應功能，當該ＥＴＢＮ失效時，則冗余的ＥＴＢＮ逡逑代替失效ＥＴＢＮ工作。逡逑

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6 錢存元;任振e

本文編號：2806215