资源描述：
《铁路信号运营基础课程设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
实用标准文案课程名称：铁路信号运营基础设计题目：平顶山矿区铁路运输调度监督系统设计院系：计算机与通讯工程系专业：铁道信号学号：2006xxxx姓名：xxxx指导教师：xxxxxx西南交通大学峨眉校区2006年12月10日精彩文档 实用标准文案平顶山矿区铁路运输调度监督系统设计【意义及目的】我国新一代分散自律调度集中系统的网络通信协议采的是TCP/IP,这种协议在客户端增多的情况下,不能保证通信的实时性。而采用UDP协议实现网络通信,解决了出错、重复、丢包、乱序等问题,保证了通信的实时性和可靠性,符合系统要求。1.引言分散自律调度集中(简称CTC)系统,综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技术,采用智能化分散自律设计原则,以列车运行调整计划控制为中心,兼顾列车与调车作业的高度自动化调度指挥系统。CTC系统中调度中心与车站之间发送多种信息,而且必须是即送即达,所以要求网络通信必须具备非常高的可靠性和实时性。1.1 通信协议目前,国内研制的CTC系统均采用TCP/IP协议进行网络通信,调度中心、车站的网络系统采用双网冗余结构,调度中心和车站之间的通信符合C/S模式,通信关系如图1所示。图1 调度中心与车站通信示意图精彩文档 实用标准文案由于TCP协议(传输控制协议)是一种可靠的面向连接的协议,本身包含了传递保证机制,接收方收到发送方传来的信息会向发送方发出确认信息,发送方只有收到确认信息后才传送其他信息。这样,虽然保证了数据传输的可靠性,但是数据传输的速度慢,特别是采用C/S模式,客户端增多时,就不能满足数据传输的实时性要求。而UDP协议(用户数据报协议)是一种不可靠的、非连接的协议。由于不具有数据传输的保证机制,如果从发送到接收的传递中出现数据包丢失,协议本身不能检测或给出提示;而且,也不能保证数据的发送和接收顺序,通常这种乱序性是在网络非常拥挤时发生。此外,用UDP传输数据,接受方可能会收到重复包,但数据传输速度快,可以保证通信的实时性。因此,如果解决重复、丢包和乱序的问题,就可以保证可靠性和实时性。1.2 传输方式数据传输方式有:单播(Unicast)、组播(Multicast)和广播(Broadcast)3种。单播是发送者(数据源)与接收者为一对一的关系,需要单独的数据信道。广播是在子网内广播数据包,子网内所有主机都将收到。组播是基于组播组(MulticastGroup)概念的网络技术,是介于单播和广播之间的一种数据传输方式,允许1个或多个发送者(组播源)1次将数据包发送到多个接收者。组播源把数据包发送到特定的组播组,只有其成员才能接收。组播方式可以大大节省网络带宽,从组播源到组播组成员,链路上只传送1份数据包,而单播或广播需要按接收者数量复制数据包数量。组播网络结构和数据传递过程如图2所示,其中R1～R6表示路由器。精彩文档 实用标准文案图2 组播网络模型图组播方式提高了数据传输效率,减少了主干网出现拥塞的可能;组播组成员的主机位置不受地理限制(但需要组播路由器支持),可以自主加入或离开组播组。所以组播方式在节省网络带宽和资源方面具有明显的优势。而调度中心和车站之间的通信为C/S模式,符合一点对多点的关系,适合采用组播方式进行数据通信,可有效减轻网络通信的负担,提高通信效率。2 改进方法采用UDP协议以IP组播方式实现C/S模式的双网通信,并对UDP协议增加一些传递保证机制,以满足CTC系统对网络通信实时性和可靠性的要求。2.1 解决UDP传输数据的重复、丢包、乱序问题UDP协议数据传输过程中可能出现的差错有:数据被污染(数据传输过程中出现错误)、数据包丢失、乱序和重复问题。精彩文档 实用标准文案1、采用网际校验,检测数据是否被污染。将数据以2字节(16bit)为单位分为若干个单元(最后不足2字节时用0补齐),计算各单元的二进制反码的和,最后把所求值的二进制反码作为整个数据段的校验和。对接收的数据进行上述操作,可校验数据在传输中是否出现差错。2、将接收者计时器和序列号结合起来,检测数据包是否丢失。接收者收到1个数据包就设置1个计时器,根据数据包的编号来检测是否是期望的数据包;如果直到计时器超时仍然没有接收到期望的数据包,就可以确定数据包丢失。3、采用基于NAK的ARQ(AutomaticRepeatRequest自动请求重传)机制进行差错重传。当数据被污染和数据包丢失时,需要发送端进行重传,在数据传送过程中增加一些ACK(肯定确认)信息用来表示数据的正确接收。采用连续ARQ机中的滑动窗口,对发送者和接收者开设相等大小的缓冲区;发送者每次把缓冲区的内容一次连续发送,然后等待接收者的反馈信息;当收到NAK请求重传信息时,发送者重发指定的数据包;当收到数据确认信息,发送者释放缓冲区,继续发送下一批数据;如果一定的时间内没有收到反馈信息,发送者重复发送缓冲区中的数据包。4、按序接收以保证数据包的顺序。在发送端,把数据按一定长度分成多个数据包,并从0开始顺序编号。接收端从编号为0的数据包逐个接收。即只有收到编号为N的数据包,才能接收编号为N+1的数据包,这样就不会出现乱序的问题。5、利用包的编号解决数据包重复的问题。在接收端检查数据包的编号,并和以前收到的数据包编号进行比较,可以判断数据包是否为重复包。上述几种办法相结合,可以解决UDP协议通信的可靠性问题。根据站间透明的原则进行组播组的划分。同一个调度区段内的各车站与其相邻的前后4个车站及调度中心组成1个组播组,一共有6个成员,其中建立组播组的基点车站称为主节点。调度区段的两端车站需要特殊处理,而调度中心需向区段的所有车站发送行车计划,要将调度中心和调度区段的所有车站组成1个大的组播组。假定1个调度区段共包括30个车站,按各车站的位置顺序编号。调度中心和各个车站的组播组分组情况如图3所示,精彩文档 实用标准文案调度中心和区段的所有车站组成的组播组没有表示出来。其中,组播组i表示以车站i为主节点建立的组播组。图3 CTC系统分组示意图1、调度中心和车站之间的通信。数据通信的方式有单播和组播2种。调度中心可以看作C/S模式中的服务器,各个车站为客户端。调度中心根据发送数据的目的地址来决定采用哪种方式。如果数据是发送到一个组播组的所有成员,则采用组播方式;如果所发数据的所有目的地址不能构成一个组播组,则采用单播方式逐个发送。各个车站向中心发送数据采用单播方式。采用组播方式发送数据,标地址就是接收数据的组播组地址,组播IP地址是一个D类IP地址,范围在224101010到239125512551255之间;采用单播方式发送数据时,目标地址就是要接收数据的主机的IP地址。2、车站和车站之间的通信采用单播方式进行。精彩文档 实用标准文案3、结论：网络通信的可靠性和实时性是CTC系统建设的关键。本方案较好地解决了UDP通信的实时性及可靠性。参考文献：1 铁道部分散自律调度集中系统技术条件(暂行修订稿)〔S〕.2 王际洲,赖隽文,杨寿保.可靠组播的差错控制技术研究〔J〕.计算机应用,2000,20(9):45～48.3 AnthonyJones著.京京工作室译.WINDOWS网络编程技术〔M〕.北京:机械工业出版社,2000.4 谢希仁.计算机网络(第二版)〔M〕.北京:电子工业出版社,1999.精彩文档 实用标准文案要求：1、本文档为课程设计的模板2、首页按模板要求填写3、正文标题采用小二号宋体，正文内子标题采用四号宋体，正文内容采用小四号4、采用1.5倍行距5、内容包括：1、意义及目的2、正文3、结论4、参考文献6、提交课程设计打印及电子版，由学习委员统一收。7、16周结束之前交给学习委员。精彩文档
