基于OPNET的列车通信网络仿真研究

论文摘要

随着现代列车朝高速化、自动化和舒适化的方向发展,越来越多的控制、管理信息由此而产生,并且迫切需要在机车车辆各计算机之间互相传输与交换。同时,现场总线技术和嵌入式微机控制技术的发展,为大量信息在列车上安全、快速、可靠准确的传输打下了坚实基础。为了形成规范的列车车载设备数据通信标准,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。近年来,现场总线技术由于其开放性、安全性、实时性和高性价比等优点,开始越来越多的被应用到轨道交通车辆通信网络领域。因此,IEC自2006年8月开始着手拟订的车辆级总线网络标准IEC61375-3中加入了基于LonWorks、CAN（?）总线和WorldFIP等现场总线技术的车辆级总线标准,使得现场总线技术更为广泛的应用于列车通信网络中。本论文首先概述了国内外主流列车通信控制网络的发展应用状况,重点介绍了基于现场总线技术的列车通信控制网络。简要的介绍了OPNET仿真软件的仿真机制和建模方法,通过对列车通信网络体系结构的研究分析,设计了基于OPNET的通用的总线型列车通信网络车辆级总线模型,并与实际运营中的几种不同车型的列车通信网络拓扑结构相比较,验证了该模型的合理性。详细介绍了LonWorks总线的工作原理及相关技术特性,分析了它的通信协议-LonTalk协议,重点解析了其MAC层的介质访问控制方法-可预测P坚持CSMA。在OPNET已有的以太网节点模型的基础上,对其相关的进程、节点模型做出了相应的修改,设计了LonWorks节点模型,并据此搭建了基于LonWorks总线的车辆级总线模型。通过对仿真结果的分析,得出了LonWorks总线在总线利用率、碰撞率等网络性能方面比以太网更优,可作为列车通信控制网络中车辆级总线。通过对CAN总线工作原理及通信协议（CAN2.0）的介绍,重点解析了其MAC层的介质访问控制方法-带优先级的CSMA/CD（无损的逐位仲裁）。设计了其在OPNET中的进程、节点模型,在此基础上搭建了其车辆级列车通信网络模型。通过对仿真结果的分析,重点研究了CAN总线网络的节点数目、报文服务、优先级和误码率等对整个网络性能的影响,说明CAN总线具有很高的可靠性和稳定性,可作为列车通信控制网络中车辆级总线或设备级总线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 列车通信网络的发展及研究现状
• 1.2.1 MVB总线和WTB总线
• 1.2.2 LonWorks总线
• 1.2.3 CAN总线
• 1.2.4 其他列车通信网络技术
• 1.3 主要研究工作
• 第2章 OPNET软件简介及列车通信网络网络域建模研究
• 2.1 OPNET软件
• 2.1.1 OPNET软件简介
• 2.1.2 OPNET通信仿真机制
• 2.1.3 OPNET层次化建模方法
• 2.2 列车通信网络网络域建模研究
• 2.2.1 列车通信网络体系机构
• 2.2.2 列车通信网络的仿真模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于LonWorks总线的列车通信网络仿真研究
• 3.1 LonWorks总线技术
• 3.1.1 LonWorks总线
• 3.1.2 LonTalk协议
• 3.2 LonWorks总线的OPNET仿真模型
• 3.2.1 LonWorks总线的节点域模型
• 3.2.2 LonWorks节点的进程域模型
• 3.2.3 仿真结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于CAN总线的列车通信网络仿真研究
• 4.1 CAN总线技术
• 4.1.1 CAN总线的工作原理及性能特点
• 4.1.2 CAN总线协议分析
• 4.2 CAN总线的OPNET仿真模型
• 4.2.1 CAN总线的节点域模型
• 4.2.2 CAN节点的进程域模型
• 4.2.3 仿真结果分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文