区间分布式轨旁信号控制系统的安全通信网络研究

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1、中图分类号：Ｕ２８５．４１密级公开：ＵＤＧ：；本校编号讀Ｗ义遺乂聲硕±学位论文论文题目：区间分布式祝旁信号控制系统的安全￣通信网络研究研究生姓名：郭少雄学号；０２１２７４８学校指导教师姓名：魏宗寿职称：教授工工申请学位等级：学硕壬专业交通信息程及控制：论文提交日期：２０１５．０６．１２從市答媒円受．２０１５．０６．０５｜独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作和取得的研究成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研。巧

2、成果，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。＞学位论文作者签名签字日期；兴次年月／＞日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特按权兰州交通大学可Ｗ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Ｗ供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机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）省学位论文作者签名：导师签名：薄寺Ｉ師

3、ｆ；ｏｆ日签字日期；搞／月日签字日期Ａ＿＾年《月／＞硕士学位论文区间分布式轨旁信号控制系统的安全通信网络研究ResearchonSafetyCommunicationNetworkofRailwaySectionDistributedTrack-sideSignalControlSystem作者姓名：郭少雄学科、专业：交通信息工程及控制研究方向：轨道交通控制系统与关键技术学号：0212748指导教师：魏宗寿教授完成日期：2015年5月16日兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity兰州交通大学硕士学位论文摘要随着通信技术和计算机网络的发展，铁路通信

4、网络也紧跟发展的步伐，采用了很多新技术。其中，区间分布式轨旁信号控制系统的安全通信网络是新技术在铁路通信系统中的典型应用。该系统能够对区间信号设备（信号机和轨道电路）进行实时监测和分布式控制，可以及时掌握信号设备状态，保证列车安全、高效运行。由于铁路信号系统是一个对安全性要求很苛刻的系统，因此，研究通信网络的安全性和可靠性具有重要意义。与全电子计算机联锁系统结构类似，区间分布式轨旁信号控制系统由监控层、逻辑控制层、轨旁执行单元、现场设备层和轨旁安全通信网络组成。监控层实现人机之间的信息交互，逻辑控制层完成控制逻辑运算，轨旁执行单元则实现对现场信号设备的控制和状态采集。轨旁安全

5、通信网络保证了现场设备与监控层之间信息传输的可靠性、实时性和安全性，因此，该安全通信网络是区间分布式轨旁信号控制系统中最关键的部分。基于铁路通信新技术及区间分布式轨旁信号控制系统的结构，结合网络通信技术、分布式控制技术和光纤通信技术，本文提出了一种新型可靠的轨旁安全通信网络，即用光纤代替信号电缆作为通信介质，组建安全可靠的光纤通信网络。论文首先介绍了轨旁执行单元和铁路通信网络的应用现状，分析了区间分布式轨旁信号控制系统的功能需求和主要传输信息，并设计了该系统的基本体系结构和轨旁安全通信网络结构；然后，对轨旁通信单元中的通信接口转换模块进行了详细的软硬件设计，包括以FPGA（F

6、ieldProgrammableGateArray，现场可编程逻辑门阵列）为微处理器的以太网-光纤通信接口转换模块设计和基于AVR单片机和FPGA的光纤-CAN通信接口转换模块设计。而后，根据信息传输的可靠性和安全性要求以及光纤通信技术的特点，把轨旁执行单元与控制主机之间的通信网络设计为高可靠性的可自愈双环冗余光纤通信网络；另外，基于安全通信协议整体结构和HDLC（HighLevelDataLinkControl，高级数据链路控制）通信协议，进行了安全通信协议设计及安全性分析。最后，通过采用PING程序测试了设计的安全通信网络，并对轨旁通信单元进行了调试和验证分析。测试结果表

7、明，轨旁安全通信网络较传统的通信网络具有更高的可靠性和安全性；并且把电子控制单元放置在现场信号设备附近的轨旁，构成的轨旁执行单元不仅减少了信号电缆的使用量，而且实现了对现场设备的分布式远程控制，真实地反映了设备的运行状态。关键词：分布式控制；轨旁执行单元；安全通信网络；光纤通信；FPGA论文类型：应用研究-I-区间分布式轨旁信号控制系统的安全通信网络研究AbstractWiththedevelopmentofcommunicationtechnologyandcomputernetwork,railwa