轨道交通车辆MVB通信网络的研究与设计实现

摘要

列车局域网技术、现场总线技术以及嵌入式微机控制技术发展迅速，世界各国相继研制成功了各具特色的列车通信网络。为了规范列车车载设备数据通信的标准，同时也考虑到车载微机的进一步发展，国际电工委员会(IEC)第九技术委员会(TC9)的第二十二工作组(WG22)联合国际铁路联盟(UIC)制定了列车通信网络国际标准IEC61375-1，即所谓的TCN标准。TCN由绞线式列车总线(WTB)与多功能车辆总线(MVB)二级子网组成。MVB通信网络将车辆内的各个可编程设备连接起来，而WTB则将列车的各个车辆连在一起，构成整个TCN。MVB通信网络是为快速的过程控制优化的总线，且适合用作车辆总线，这就使得MVB逐渐成为下一代车辆的通讯总线标准。 本论文是作者在参加城市地铁车辆通信网络系统国产化项目的基础上完成的。文中首先介绍了国内外主流列车通信网络的发展，进行了技术层面的比较，进而具体分析了国内轨道交通车辆的MVB通信网络应用现状以及面临的难题。重点剖析了MVB通信网络的网络结构、网络数据以及网络层次；进一步阐述了MVB通信网络接口设备分类、网络接口卡以及网络控制器。运用概率理论和比特检错的蒙地卡罗仿真方法分析了MVB通信网络的差错控制能力，同时对MVB通信网络的监视数据报文进行了分析，从而较全面的分析了MVB通信网络的安全性。采用MVB通信网络必须满足轨道车辆对数据传输提出的实时性要求。MVB通信网络的端到端传输延迟主要包括报文分组在缓存器内的平均等待延迟、发送分组延迟、介质传播延迟等，而影响分组延迟的主要因素是报文分组的平均等待延迟受介质访问控制方式的约束；主设备消息事件请求帧的到达过程服从泊松分布，多消息事件并发引发的事件仲裁延迟是影响消息数据报文延迟的重要因素。仿真实验结果表明，MVB通信网络的过程数据具有报文分组传输时间确定、分组长度对网络延迟影响小等实时特性。运用排队理论分析了主从轮询方式下过程数据的延迟与MVB通信网络的轮询周期、通信速率的关系，给出了分析结果。按照MVB通信网络协议标准，基于嵌入式Linux操作系统和PC-104主机的平台完成了MVB通信网络的驱动、应用程序开发，在MiniGUI开发平台基础上实现了人机交互界面与网络底层数据通信的融合等，为MVB通邑信网络的应用积累了经验，同时也为MVB通信网络的工程设计打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1引言

1.1列车通信网的发展

1.2国内外主流列车通信网技术比较

1.2.1 LonWorks总线

1.2.2 WorldFIP总线

1.2.3 CAN总线

1.2.4 MVB总线和WTB总线

2国内轨道交通车辆的MVB通信网络应用现状

2.1国内轨道交通车辆的MVB通信网络应用

2.1.1系统总线结构

2.1.2故障诊断与显示

2.2国内MVB通信网络面临的几个难题

2.3本文研究的内容与目的

3 MVB通信网络协议分析与应用分析

3.1 MVB通信网络协议分析

3.1.1 MVB通信网络结构

3.1.2 MVB通信网络数据

3.1.3 MVB通信网络层次

3.2 MVB通信网络硬件软件及其应用

3.2.1 MVB通信网络接口设备分类

3.2.2 MVB通信网络接口卡

3.2.3 MVB通信网络控制器

4 MVB通信网络系统性能研究

4.1 MVB通信网络的安全性

4.1.1 MVB数据差错控制

4.1.2 MVB的监视数据报文

4.2 MVB通信网络的实时特性

4.2.1网络实时性计算模型

4.2.2实验结果与分析

4.2.3结语

5 MVB通信网络实验测试系统设计与实现

5.1 MVB通信网络实验测试系统总体设计

5.2网络节点主机的硬件软件系统

5.2.1网络节点主机的硬件系统

5.2.2网络节点主机的软件系统

5.3网络节点主机的驱动程序与应用程序设计

5.3.1 MVB通信网络接口卡的硬件驱动设计

5.3.2基于MiniGUI的人机交互界面设计

5.3.3 MiniGUI与MVB通信网络的系统数据融合

6结论

参考文献

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