机车实时以太网ETB与ECN交换技术研究

摘要

随着国内铁路建设的兴起，近年来，网络通信技术在铁路中的应用有了较快速的发展，以太网因为其具有较高的数据传输速度、较好的设备兼容性等特点，已经得到广泛应用，列车网络通信中应用以太网技术已经成为了必然的发展趋势，因此针对高速度、大容量、满足硬件实时性的列车通信网络系统的研究具有重要意义。
　　基于对列车骨干网络(ETB)和列车组成网络(ECN)通信技术的研究，本文采用了交换式以太网技术，开发了以太网实时交换设备。通过对列车通信网络(TCN)拓扑结构和通信协议栈的优化，开发了一种基于交换式以太网的列车通信网络系统，可以同时具备较高的确定性、实时性和可靠性，使其可满足机车数据的传输需要。
　　本文首先设计了机车网络交换设备硬件的整体方案，完成了主要器件选取，并对主要硬件组成模块的工作原理进行了说明，开发出了一款适合机车以太网络通信的数据交换设备。其次基于TCN通信协议栈，在软件原理上提出了ETB及ECN网络架构，设计了骨干层和车辆控制层的通信调度机制，进而设计了列车实时数据协议(TRDP)通信协议栈。最后对硬件以太网交换设备进行了功能、性能和稳定性测试。
　　文章最后对交换机的设计进行了总结，通过试验测试分析，验证了基于交换式以太网的列车通信网络的可靠性、实时性、确定性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 列车通信网络技术现状

1．2．1 WTB和MVB网络通信技术

1．2．2 ETB和ECN网络通信技术

1．3 列车网络交换技术

1．3．1 传统列车网络交换技术

1．3．2 列车以太网交换技术

1．4 课题来源及主要研究内容

2 总体方案设计

2．1 网络拓扑结构设计

2．1．1 ETB网络拓扑结构研究

2．1．2 ECN网络拓扑结构研究

2．1．3 机车实时以太网结构设计

2．2 ETB与ECN的数据交换方案设计

2．2．1 ETB交换机的特点

2．2．2 TRDP以太网协议栈

2．3 本章小结

3 ETB交换机设计

3．1 硬件设计

3．1．1 硬件总体方案设计

3．1．2 以太网接口电路设计

3．1．3 电源设计

3．2 软件设计

3．2．1 MCU软件设计

3．2．2 FPGA软件设计

3．3 结构和设备接口

3．4 本章小结

4 TRDP协议栈软件设计

4．1 TRDP协议栈软件架构

4．2 TRDP协议栈的软件实现

4．2．1 编码规约

4．2．2 API函数

4．2．3 重要的数据结构定义

4．2．4 TRDP协议报文格式定义

4．3 SDT功能的软件实现

4．4 基于TRDP协议栈的应用程序软件实现

4．4．1 过程数据通信

4．4．2 消息数据通信

4．4．3 TRDP协议栈的典型应用

4．5 本章小结

5 机车以太网通信测试

5．1 网络测试平台

5．1．1 测试平台的网络拓扑结构

5．1．2 测试平台资源

5．2 功能性测试

5．3 性能测试

5．4 稳定性测试

5．5 RF62544性能测试

5．6 本章小结

结论

参考文献

致谢