基于交换式以太网列车通信网络的研究

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1、多参未交硕士学位论文堙乞和一基于交换式以太网列车通信网络的研究StudyofTrainCommunicationNetworkBasedonSwitchedEthernet作者：邢震导师：穆建成北京交通大学2013年3月中图分类号：U285．41UDC：629学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文基于交换式以太网列车通信网络的研究StudyofTrainCommunicationNetworkBasedonSwitchedEthernet作者姓名：邢震导师姓名：穆建成学位类别：工学学科专业：交通信息工程及控制学号：10120328职称

2、：教授学位级别：硕士研究方向：运输自动化与控制北京交通大学2013年3月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：＼矸袭导师签名：签字日期：加l己年2；月j刁日签字日期：Ⅵf弓年≥月弓。日致谢首先感谢我的导师穆建成教授，感谢这两年半时间内给予我谆谆的教诲和无私的关怀。本论

3、文的工作是在穆建成教授的悉心指导下完成的，穆老师敏锐的专业洞察力、渊博的学识、精益求精的作风、高尚的品格，都深深地感染和激励着我。在此衷心感谢穆老师对我的指导和关爱。其次感谢马连川副教授在我实验室课题研究上的具体指导，马老师渊博的学识以及执着的钻研精神，都令人深深的为之折服。衷心感谢马老师对我的教导和关爱!感谢周达天老师，曹源老师，朱立老师，李旺师兄对我论文的悉心指导，对我论文提出很多宝贵性意见，在此表示深深的谢意!在实验室工作和撰写论文期间，感谢何浩洋，刘明端，孙雅晴，金丹等同学给予的热情帮助。正是大家的相互支持和帮助，我才能够更加顺利的完成论文的

4、撰写。最后，感谢我的家人，正是因为你们的鼓励与支持，才能让我在最困难的时候坚持前行；正是怀着对你们的感恩之情，让我充满了克服困难的不竭动力。生塞擅墨中文摘要摘要：随着基于通信的列车控制系统(Communication．BasedTrainControl，CBTC)和中国列车运行控制系统(ChineseTrainControlSystem，CTCS)-3级在我国的不断推广和发展，其功能会越来越多样和复杂，这也就意味着列车控制会变得越来越复杂，数据通信也会变得越来越多样化。可以预见用于机车车辆与列车运行控制的数据量在未来会不断增长，所以研究一种大容量、高

5、速度、满足硬实时性的列车通信网络系统是很有意义的。针对这个问题，论文以列车通信网络(TCN)为研究对象，通过引入交换式以太网技术，在底层使用交换式以太网来增大列车通信网络的带宽，但是交换式以太网中由于数据传输冲突而导致的数据传输时间不确定性，使其不能直接适用于实时网络。对此，论文通过改进网络拓扑结构、通信协议栈等措施改善基于交换式以太网的列车通信网络(EB．TCN)在可靠性、确定性、实时性方面的性能表现，使其能满足列车数据传输需求。首先，在TCN网络拓扑结构的基础上，提出了EB．TCN的网络拓扑结构，引入了全双工通信技术、设计冗余网络，改善网络的实时

6、性和可靠性。在TCN通信协议栈的基础上，提出了EB．TCN的通信协议栈，为保证网络满足列车的硬实时需求，在通信协议栈中加入实时虚拟层。通过对EB．TCN的实时虚拟层进行详细研究，在TCN和FF总线的集中式介质访问方式的基础上，设计了车辆控制层、骨干层的通信调度机制。为了充分利用以太网资源，引入了“超主帧"的通信调度方式；在通信调度机制的基础上设计了车辆控制层、骨干层的帧格式。从根本上解决了交换式以太网中数据冲突排队的问题。其次，分别从骨干层和车辆控制层对EB．TCN方案的网络拓扑结构进行可靠性分析。在EB．TCN网络的实时性分析上，论文运用排队论的方

7、法分析了EB．TCN网络正常情况下的网络延迟，运用网络演算方法分析了EB．TCN网络最坏情况下的网络延迟。最后，为了进一步验证EB．TCN网络的实时性能，搭建了基于VxWorks的仿真通信平台，完成了平台的硬件结构设计和软件结构设计。对EB．TCN在最坏情况下的网络延迟进行了测试和分析；对车辆控制层、骨干层基本周期内轮询设备数量进行测试和分析；对系统正常时列车网络数据传输进行测试，并从网络效率指标、传输时间比指标、和超时报文、错误报文比例指标等方面对实验结果进行了分析。最后得出结论：基于交换式以太网的列车通信网络(EB—TCN)在可靠性、实时性、确定

8、性方面能满足列车网络需求，能够成为TCN的替代方案。图47幅，表9个，参考文献29篇。关键词：TCN；交换式