UIC网关映射服务器子系统的设计与实现

摘要

随着动车组和地铁列车向高速化、自动化和舒适化方向的发展，车载设备的控制、状态监测和故障诊断信息越来越多，列车网络控制系统已成为列车最核心的神经传导系统。网关是整个控制系统中最关键、最复杂的设备，研究并掌握其核心技术具有十分重要的意义。
　　UIC网关是具有UIC映射服务器(UMS)功能的特殊的TCN网关，在实现列车互联、互通、互操作方面较普通TCN网关性能更优。本文在深入研究IEC61375-1和UIC556标准的基础上，明确了UIC网关的功能、数据处理机制及TCN协议栈与UIC应用间的关系;分析了网关中所有软件组件的功能和组件间的函数接口。UMS只有配合其它组件才能实现功能，所以在设计过程中必须处理好相互间的调用关系。
　　UMS模块包含了五部分软件组件:UIC代理者(UAGT)、列车总线管理器（UWTM）、列车总线配置器(UTBC)、智能多发服务器（UIMCS）和节点地址属性索引及群组服务器(UNGS)。UAGT主要负责UIC消息的发送与接收;UWTM负责WTB链路层的配置、启动和控制;UTBC主要负责UIC初运行;UIMCS负责报文的多发服务;UNGS提供对车辆信息与组信息的读、写、删除等操作。每部分软件组件由若干个功能接口构成，本文对每个功能接口进行了详细分析与设计。UMS模块提供两类服务:系统服务和用户服务，两种服务的实现机制不同，文中给出了系统服务和用户服务的整体设计流程。
　　UMS的系统服务功能包括:节点初始化、节点地址属性索引(NADI)与车辆组信息建立、UIC初运行、初运行结果确认或校正以及冗余切换控制;用户服务功能有十七项，用于实现网关远程或本地控制以及状态的实时查看，文中完成了每项功能的设计与实现。
　　最后，在所搭建的网关硬件和软件测试平台上，完成了UIC初运行功能以及用户服务功能的测试。硬件环境包含了四个通信网关以及多台控制终端;软件环境包括Tornado自带的调试功能以及与网关配套的配置和监视软件。UIC初运行的测试结果与理论预期完全一致;用户服务功能的执行过程，验证了设计方案的可行性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 列车通信网络的研究背景及意义

1．1．2 UIC网关的研究背景及意义

1．2 列车通信网络的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 主要研究工作及论文安排

2 UIC网关设计方案的研究

2．1 相关协议的研究

2．1．1 TCN网络的结构特点

2．1．2 TCN的数据传输方式

2．1．3 UIC556协议的研究

2．1．4 UIC的数据传输方式

2．1．5 UIC初运行

2．2 UIC网关功能分析及开发平台

2．2．1 列车通信网关概述

2．2．2 网关开发平台

2．3 网关整体设计方案

2．3．1 硬件设计方案

2．3．2 软件设计方案

3 UMS的功能分析与设计

3．1 UMS的内部组件

3．2 UMS的外部接口

3．3 UMS的功能分析

3．3．1 UMS的系统服务功能

3．3．2 UMS的用户服务功能

3．4 UMS内部接口设计

3．4．1 UWTM的接口设计

3．4．2 UTBC的接口设计

3．4．3 UIMCS的接口设计

3．4．4 UNGS的接口设计

3．4．5 接口间的相互调用

3．5 UIC初运行的程序设计

3．6 用户服务功能相关程序设计

3．6．1 UIC代理者设计

3．6．2 功能提供者设计

3．6．3 过程处理函数的设计

3．6．4 消息报文的转换与存储

3．6．5 差错处理函数的设计

4 映射服务器的功能实现

4．1 WTB上电配置的实现

4．2 NADI与组信息的建立

4．3 UIC初运行的实现

4．3．1 NADI的状态确定

4．3．2 节点状态的转换

4．3．3 头车辆的确定

4．3．4 UIC地址的分配

4．3．5 列车方向的确定

4．3．6 节点的整合

4．4 初运行结果的纠正与确认

4．5 冗余控制的实现

4．6 用户服务功能的实现

4．6．1 UWTM用户服务的实现

4．6．2 UTBC用户服务的实现

4．6．3 UIMCS用户服务实现

4．6．4 UNGS用户服务的实现

5 网关组网调试

5．1 测试平台搭建

5．1．1 硬件测试环境

5．1．2 软件测试环境

5．2 UIC初运行测试

5．3 用户服务功能的测试

6 总结与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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