基于以太列车骨干网的高速列车网络性能仿真研究

摘要

近几年来，铁路事业在我国取得了飞速发展，高速列车运营里程一直位居世界之首，但列车网络控制系统的关键技术却主要掌握在西门子、三菱等国外大公司之手，如何实现高速列车的网络控制系统自主创新一直是一个紧迫的课题。
　　 本文研究依托于国家科技支撑项目，中国高速列车关键技术研究及装备研制项目——高速列车网络控制系统子课题(项目编号:2009BAG-12A06)。针对列车网络控制系统的现状以及以太网的独特优势，深入研究了国际电工委员会颁布的IEC613752-5协议(以太列车骨干网，ETB)，使用OPNET网络仿真软件构建了基于以太列车骨干网的列车通信网络，并与传统以太网的纯软件建模仿真进行比较，同时还建立了高速列车车载设备与以太列车骨干网通信的半实物仿真模型。
　　 论文的主要工作包括:
　　 (1)深入研究分析了IEC613752-5协议以及该网络与传统以太网协议的差别，研究了将其用于列车控制网络中的技术方案。
　　 (2)深入研究了OPNET网络仿真软件的三层建模机制，并采用该软件完成以太网和以太列车骨干网的建模及仿真。主要包括:根据协议完成对网络模型、节点模型和进程模型的设计，构建出完整的仿真通信网络;配置仿真参数，运行仿真并统计仿真数据;根据仿真结果分析比较在网络流量相同时两种网络的性能差别;进一步增加以太列车骨干网的带宽，统计在1000Mb/s带宽下的仿真数据，通过数据来分析以太列车骨干网在带宽、实时性和可靠性方面具有的巨大优势。通过仿真结果表明，以太列车骨干网在网络时延、吞吐量和丢包率等网络性能上都优于以太网，并且其实时性和可靠性都能满足列车通信需求，将其应用于列车网络控制系统中有很大的可行性。(3)采用一块MVB网卡，配合嵌入式工控机主板建立了车载设备的数据通信模型，然后按照MVB通信协议实现了车载设备与MVB总线管理器的通信，再使用SOCKET完成车载设备与以太列车骨干网的通信，从而构建出高速列车车载设备与以太列车骨干网通信的半实物仿真模型，并完成了通信测试。
　　 仿真结果表明，以太列车骨干网可以方便地运用到列车网络控制系统当中。论文的研究具有一定的工程应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 背景

1．2 列车网络控制系统的国内外发展现状

1．2．1 国外列车网络控制系统的发展现状

1．2．2 国内列车网络控制系统的发展现状

1．3 列车网络仿真技术的国内外研究现状

1．3．1 国外列车网络仿真技术的研究现状

1．3．2 国内列车网络仿真技术的研究现状

1．4 论文组织结构安排和章节内容介绍

第2章 以太列车骨干网IEC 61375 2-5

2．1 以太网

2．1．1 拓扑结构

2．1．2 数据帧格式

2．1．3 带冲突检测的载波侦听多路访问控制(CSMA／CD)

2．2 以太列车骨干网

2．2．1 拓扑结构

2．2．2 列车初运行

2．2．3 冗余机制

2．2．4 数据帧和报文格式

2．2．5 交换技术

2．3 本章小结

第3章 以太网和以太列车骨干网的网络性能仿真

3．1 OPNET仿真软件简介

3．2 OPNET的三层建模机制

3．2．1 进程编辑器

3．2．2 节点编辑器

3．2．3 项目编辑器

3．3 以太网建模

3．3．1 进程模型的建模

3．3．2 节点模型的建模

3．3．3 数据包模型的建模

3．3．4 链路模型的建模

3．3．5 统计探针的建模

3．3．6 网络模型的建模

3．3．7 网络性能综合仿真及结果分析

3．4 以太列车骨干网建模

3．4．1 进程模型的建模

3．4．2 节点模型的建模

3．4．3 链路模型的建模

3．4．4 网络模型的建模

3．4．5 网络性能综合仿真及结果分析

3．5 以太网和以太列车骨干网性能比较分析

3．6 本章小结

第4章 三型车车载设备通信模型及仿真

4．1 硬件平台简介

4．1．1 MVB网卡

4．1．2 嵌入式工控机主板

4．2 软件平台简介

4．2．1 生成配置文件

4．2．1 配置网卡地址

4．2．3 下载配置文件

4．3 详细设计

4．3．1 模拟车载设备和发送数据

4．3．2 MVB网卡接收和发送数据

4．3．3 以太列车骨千网接收数据

4．4 调试与结果

4．5 本章小结

结论及工作展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果