基于工业以太网的高速列车控制网络负载平衡应用研究

摘要

我国的高铁技术蓬勃发展，高铁是许多人出行的首选，而上网也是人们在日常生活中不可或缺的习惯，因此，旅客对在旅途中的网络服务要求也越来越高。高速列车除了要承担高速列车控制指令、状态信息和显示信息外，还要担负为旅客提供电子商务、娱乐和获得实时信息的功能。但目前我国高速列车通信网络 TCN和ARCNET的网络带宽均不能满足这一要求，而工业以太网不仅网络带宽大，而且在实时性上也能满足工业现场的特殊要求，所以工业以太网在下一代高速列车网络中具有明显的优势。高速列车中的旅客车厢分为商务型车厢，普通型车厢，为不同的旅客提供的服务质量有所不同，同时，各个车厢的旅客访问网络的频率和带宽是不相同的，如何更高效地充分使用网络资源，是高速列车网络控制研究的一个热点，也是本文研究的重点。
　　本文依托国家科技支撑项目——高速列车网络控制系统(2009BAG12A06)，首先通过研究工业以太网的特点以及实时以太网协议，总结了几种解决工业以太网实时性问题的方法，同时分析Round-Robin负载平衡调度算法及其应用，归纳了几种国内外学者的改进方案。
　　其次基于OPNET平台在高速列车网络仿真模型上调用Round-Robin算法进行仿真和性能分析，即在OPNET网络仿真平台上构建基于工业以太网的总线型高速列车网络控制系统模型，添加Round-Robin算法程序到负载平衡节点，调用该算法进行仿真，查看包括延时性、网络负载等仿真结果，最后通过性能分析得出在基于工业以太网的高速列车控制网络上调用Round-Robin算法在一定时延内可以达到负载平衡。
　　然后对高速列车控制网络进行纯软件仿真，即用8台PC机搭建总线型高速列车网络控制系统模型，编写收发数据函数、以太网协议数据封装函数以及解析函数等相关程序，调用负载平衡Round-Robin算法进行仿真，通过基于MFC的监控界面对比分析调试结果验证该算法能实现列车的负载平衡。
　　最后通过对OPNET网络仿真和纯软件仿真结果分析验证工业以太网用于高速列车控制网络是可行的，调用Round-Robin算法能使控制网络负载达到平衡。