基于实时以太网的安全防护通信网的方案研究及其关键技术点的实现

摘要

从二十世纪六、七十年代以来，世界许多国家加入到了对磁悬浮列车和磁悬浮交通的研究行列中来，我国引进德国技术在上海建立起了第一条商业运营磁悬浮线路，“十五”和“十一五”都将高速磁悬浮技术国产化列为重大专项。运行控制系统作为高速磁悬浮的重要组成部分，是保证高速磁悬浮列车高效、安全运行必不可少的系统。 运行控制系统由中央运行控制系统、分区运行控制系统和车载运行控制系统三个子系统组成，其中分区运行控制系统作为运行控制系统的重要组成部分，承担着整个高速磁悬浮系统运行指挥和安全防护的功能，而分区安全防护通信网是分区内部安全计算机和分区之间信息传输的重要通信媒介，是实现分区安全功能的基础。现有的安全防护通信网的核心技术掌握在国外大公司的手中，技术上不开放，为了整个高速磁悬浮技术的国产化，有必要对安全防护通信网进行研究，因此选取安全防护通信网作为研究课题有着重要的实用价值。 论文在查阅国内外相关文献的基础上，主要做了如下工作： （1）分析了高速磁悬浮运行控制系统中分区运行控制系统对于安全防护通信网的应用需求及国内外对于安全防护通信网的研究现状，指出了安全防护通信网国产化的必要性。 （2）在明确安全防护通信网应用需求的基础上，结合我国制定的EPA实时以太网的技术特点，给出了安全防护通信网的一个解决方案，该方案以冗余增强EPA实时以太网为基本特点，以EPA协议作为通信基础，在该协议的应用实体层加入安全防护的功能，并在硬件上考虑双路冗余以太网以提高系统的可靠性。 （3）针对增强EPA实时以太网关键技术点，给出了以单片机和以太网控制器构成的增强EPA通信网卡的设计方案，通过软硬件设计，实现了相应的增强EPA通信网卡，并在此基础上进行了初步的实验。最后指出了本实验的局限性以及进一步的研究方向。

目录

文摘

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致谢

1.引言

1.1 论文研究背景

1.2 论文研究的意义

1.3 论文的主要研究工作及内容安排

2.安全防护通信网的应用需求及EPA实时以太网

2.1 安全防护通信网的应用需求

2.2 实时以太网简介

2.3 EPA实时以太网

2.3.1 对OSI基本参考模型的映射

2.3.2 EPA系统结构组成

2.3.3 EPA网络拓扑结构

2.3.4 EPA设备间的通信

2.3.5 EPA通信调度管理

2.4 小结

3.安全防护通信网方案设计

3.1 安全防护通信网的结构

3.2 安全防护通信网的特殊安全防护措施

3.2.1 信息传输的安全编码

3.2.2 信息安全传输措施

3.2.3 信息接收防护措施

3.2.4 实现安全转换功能

3.2.5 EPA时钟同步

3.3 方案说明

3.4 小结

4.关键技术点的硬件实现

4.1 硬件结构框图

4.2 系统板电路设计

4.3 实现步骤

4.3.1 原理图的设计

4.3.2 印刷电路板的设计

4.4 硬件电路测试

4.5 小结

5.关键技术点的软件实现

5.1 开发平台

5.2 uIP介绍

5.3 软件实现过程

5.3.1 移植步骤

5.3.2 将EPA的调度管理实体加入uIP协议栈中

5.3.3 在应用实体中加入安全处理等内容

5.4 程序下载

5.5 实验结果分析

5.6 小结

6 结论与展望

参考文献

附录

作者简历