列车控制车载子系统双机容错模拟研究

论文摘要

随着计算机技术和电子技术的迅猛发展以及高可靠理论的日趋成熟。信息技术在铁路信号控制系统中得到了越来越广泛的应用。由于铁路信号控制系统在安全、可靠的铁路运输系统中扮演着非常关键的角色，因而确保铁路控制系统的安全性、可靠性成为至关重要的问题。计算机容错系统是由若干台计算机根据一定的容错规则，通过硬件资源的冗余和运行的容错软件构建而成。此种系统当出现一定的运行故障时，系统仍然能够正确运行并输出预想结果。铁路系统对计算机可靠性的要求越来越高，因此深入研究容错系统及容错软件显得非常重要。本论文在以CBTC(基于通信的列车控制系统)为背景，以车载控制子系统为载体，模拟实现了一个双机容错系统地实验模型。论文首先介绍了CBTC的基本原理和系统框图以及分析和比较了多种冗余结构模型，对冗余模型的关键技术进行了探讨。结合Windows的基于消息机制的WinsockI/O模型着重讨论和完成了双机热备系统的冗余心跳模型、心跳故障检测、主备切换、双机信息同步等关键模块。最后对所完成的软件子系统进行了功能测试及用仿真软件Matlab对影响双机容错系统的关键参数进行了仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 技术背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文主要研究内容
• 第二章 列控系统与冗余结构模型
• 2.1 基于通信的列控系统（CBTC）的总体结构
• 2.2 冗余系统模型概述
• 2.3 双模冗余热备系统
• 2.4 三模静态冗余系统
• 2.5 二乘二取二冗余系统
• 第三章 列车控制子系统的设计和实现
• 3.1 系统平台搭建
• 3.1.1 硬件框架
• 3.1.2 软件环境
• 3.2 软件子系统的模拟实验
• 3.2.1 网络编程介绍
• 3.2.2 软件子系统实验模型的整体框图
• 3.2.3 心跳故障检测模块的实现
• 3.2.4 主备切换模块的实现
• 3.2.5 双机热备份的信息同步
• 3.2.6 日志记录模块的实现
• 第四章 列控车载子系统双机容错主要功能测试
• 4.1 运行结果
• 4.2 心跳模块的测试
• 4.3 主备切换模块的测试
• 4.4 故障检测模块测试
• 4.5 日志记录模块
• 第五章 列车控制子系统的可靠度分析
• 5.1 容错系统评价指标的定义
• 5.2 系统评价模型的选取
• 5.2.1 可靠性框图
• 5.2.2 故障树
• 5.2.3 马尔可夫模型
• 5.2.4 神经网络模型
• 5.2.5 系统评价模型的选取
• 5.3 列控车载子系统实验的仿真模型
• 5.3.1 系统马尔可夫模型的建立
• 5.3.2 系统可靠度和安全度的计算
• 5.3.3 双机热备系统仿真结果
• 5.3.4 双机热备系统的结果分析
• 总结与展望
• 论文总结
• 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文