發(fā)布時(shí)間：2020-08-27 14:28

【摘要】：隨著高速列車的快速發(fā)展,列車通信網(wǎng)絡(luò)所需帶寬在不斷增加,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)難以滿足需求。以太網(wǎng)因其帶寬高、兼容性好、拓?fù)潇`活等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用�；谝蕴W(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)成為了國內(nèi)外軌道交通行業(yè)新的研究方向。為了提高列車通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性,實(shí)現(xiàn)列車通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸,本文從梯形拓?fù)鋮f(xié)議入手,研究了列車通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目煽啃詥栴}及冗余管理方法,并對(duì)基于實(shí)時(shí)MAC協(xié)議的實(shí)時(shí)調(diào)度方法進(jìn)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(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)和編組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和特性,對(duì)不同編組網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了故障案例分析,建立了基于梯形拓?fù)涞牧熊囃ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。采用動(dòng)態(tài)故障樹DFTA對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性建模并采用二元決策圖和馬爾可夫矩陣進(jìn)行量化求解,驗(yàn)證了梯形拓?fù)涞膬?yōu)越性。(2)分析了梯形拓?fù)鋮f(xié)議的運(yùn)行機(jī)制和終端設(shè)備冗余對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響,并對(duì)梯形冗余具體的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了梯形拓?fù)淙哂喙芾矸椒?提高了系統(tǒng)的可靠性�？偨Y(jié)了丟棄算法的基本要求,采用基于動(dòng)態(tài)線性HASH的冗余幀丟棄算法來減少數(shù)據(jù)搜索和插入時(shí)間,并對(duì)所提方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證,為梯形拓?fù)鋮f(xié)議在列車通信網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的算法基礎(chǔ)。(3)設(shè)計(jì)了一種基于實(shí)時(shí)MAC協(xié)議的梯形拓?fù)鋵?shí)時(shí)調(diào)度方法,來改善傳統(tǒng)的基于CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式的確定性和實(shí)時(shí)性。分析了數(shù)據(jù)傳輸過程中的端到端時(shí)延構(gòu)成因素,并進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。設(shè)計(jì)了基于令牌的梯形拓?fù)涔收蠙z測(cè)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了故障下的替代傳輸與故障恢復(fù)的處理。方法借鑒了令牌思想,有效解決了網(wǎng)絡(luò)中的競(jìng)爭(zhēng)問題,提高了網(wǎng)絡(luò)的確定性和實(shí)時(shí)性。(4)通過OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件實(shí)現(xiàn)了梯形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)架構(gòu),對(duì)正常和雙組件故障情況的傳輸進(jìn)行了仿真,驗(yàn)證了梯形冗余方案的高可靠性和實(shí)時(shí)性。設(shè)計(jì)了具有雙網(wǎng)絡(luò)適配器的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)冗余網(wǎng)卡,并利用終端節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)搭建了網(wǎng)絡(luò)通信驗(yàn)證平臺(tái)。利用wireshark抓包軟件對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析,測(cè)試結(jié)果表明該冗余管理方法能夠滿足基于梯形拓?fù)涞牧熊囃ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求。最后對(duì)全文的研究內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)下一步的研究方向進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP393.11;U285.2
【圖文】：

傳輸?shù)亩说蕉藭r(shí)延進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。設(shè)計(jì)了一種基于令牌的故障檢測(cè)機(jī)制，設(shè)定時(shí)器時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了故障下的替代傳輸和故障恢復(fù)的處理。逡逑第五章通過ＯＰＮＥＴ網(wǎng)絡(luò)仿真軟件實(shí)現(xiàn)了梯形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主要設(shè)計(jì)了交節(jié)點(diǎn)模型和進(jìn)程模型以及終端節(jié)點(diǎn)的模型，得到了網(wǎng)絡(luò)由正常狀態(tài)到單點(diǎn)故雙鏈路故障狀態(tài)和雙ＣＮＮ節(jié)點(diǎn)故障下的網(wǎng)絡(luò)吞吐量、鏈路利用率、端到端時(shí)化曲線圖，得出網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性良好、當(dāng)發(fā)生單點(diǎn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)正常工作，雙點(diǎn)故，恢復(fù)時(shí)間為零的結(jié)論。并且設(shè)計(jì)了具有雙網(wǎng)絡(luò)適配器的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)冗余網(wǎng)卡，逡逑建了網(wǎng)絡(luò)通信驗(yàn)證平臺(tái)。利用ｗｉｒｅｓｈａｒｋ抓包軟件進(jìn)行分析，驗(yàn)證梯形拓?fù)淙呃矸桨傅目尚行�。逡逑第六章�?duì)全文所做工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)未來的研宄方向進(jìn)行了展望。逡逑

通信網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)研究方向，而冗余技術(shù)又是提升網(wǎng)絡(luò)可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。本章介紹列逡逑車以太網(wǎng)的總體框架組成，包括列車骨干網(wǎng)ＥＴＢ和列車編組網(wǎng)ＥＣＮ的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，逡逑分析了不同ＥＣＮ結(jié)構(gòu)的故障案例。建立了基于梯形拓?fù)涞牧熊囃ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)冗余架構(gòu)，逡逑并采用動(dòng)態(tài)故障樹ＤＦＴＡ對(duì)基于梯形拓?fù)涞牧熊囃ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了可靠性理論分析。逡逑２．１網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溴义希玻保笨傮w架構(gòu)逡逑依據(jù)ＩＥＣ６１３７５－２－５，基于以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)被劃分為兩級(jí)結(jié)構(gòu)，分別是列逡逑車骨千網(wǎng)（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ邋Ｔｒａｉｎ邋Ｂａｃｋｂｏｎｅ，邋ＥＴＢ）和列車編組網(wǎng)（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ邋Ｃｏｎｓｉｓｔ邋ｎｅｔｗｏｒｋ，逡逑ＥＣＮ）。ＥＴＢ與ＥＣＮ之間的通信通過骨千網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ邋Ｔｒａｉｎ邋Ｂｕｓ邋Ｎｏｄ，邋ＥＴＢＮ）實(shí)逡逑現(xiàn)，各節(jié)車輛內(nèi)部所有終端設(shè)備通過與組網(wǎng)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ邋Ｃｏｎｓｉｓｔ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑Ｎｏｄｅ．邋ＥＣＮＮ）相連進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如圖２－１是基于以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)（Ｔｒａｉｎ逡逑Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＴＣＮ）的拓?fù)浼軜?gòu)圖。逡逑

ＥＣＮ一ＥＣＮ。一口的子網(wǎng)中。逡逑２．１．２列車骨干網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逡逑ＥＴＢ主要由以太網(wǎng)列車骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)ＥＴＢＮ及其之間的鏈路構(gòu)成，ＥＴＢＮ作為逡逑連接ＥＴＢ和ＥＣＮ的節(jié)點(diǎn)，主要作用是負(fù)責(zé)兩層網(wǎng)絡(luò)之間的通信以及列車骨干網(wǎng)逡逑的管理，每個(gè)ＥＣＮ可連接一個(gè)或多個(gè)互為冗余的ＥＴＢＮ。逡逑ＥＴＢ—般使用線形結(jié)構(gòu)，如圖２－２所示。在線形拓?fù)渲校牛裕拢我来蜗噙B，每逡逑個(gè)節(jié)點(diǎn)只能與鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)交換，如果不相鄰的ＥＴＢＮ之間需要進(jìn)行通逡逑信，則需要經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)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(diǎn)和０２節(jié)點(diǎn)互逡逑為冗余連接至同一個(gè)ＥＣＮ，兩個(gè)ＥＴＢＮ都處于激活狀態(tài)，在ＥＴＢ與ＥＣＮ之間進(jìn)逡逑行通信時(shí)，只有一個(gè)ＥＴＢＮ完成相應(yīng)功能，當(dāng)該ＥＴＢＮ失效時(shí)，則冗余的ＥＴＢＮ逡逑代替失效ＥＴＢＮ工作。逡逑

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李蕾;;列車通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及采用技術(shù)初探[J];鐵道技術(shù)監(jiān)督;2009年06期

2 路向陽;列車通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J];機(jī)車電傳動(dòng);2002年01期

3 路向陽;我國列車通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用[J];機(jī)車電傳動(dòng);2001年06期

4 奚國華,路向陽,夏寅;我國列車通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐與開發(fā)探討[J];機(jī)車電傳動(dòng);2000年01期

5 靳建宇;王立德;簡(jiǎn)捷;申萍;劉彪;;列車通信網(wǎng)絡(luò)并行冗余方法與協(xié)議的研究[J];鐵道學(xué)報(bào);2017年12期

6 錢存元;任振e

本文編號(hào)：2806215