基于以太网的列车通信网络仿真

论文摘要

列车通信网络是列车通信的核心部分。它负责对整辆列车进行控制、检测,以及各种信息的采集和传送。随着现代列车朝着高速化、现代化的方向发展,列车通信网络系统受到越来越多的关注和重视,尤其是使用以太网的列车通信网络,是列车网络的发展方向。国外列车通信网络技术已经比较成熟,并且已经广泛应用,而国内在这方面的研究开发比较少,技术比较落后,在以太网列车方面的研究更是刚刚起步。因此研究基于以太网的列车通信网络对国内列车控制产品的自主开发,打破国外技术封锁有重要意义。本文的主要目的是参考现有的列车网络模型,建立基于以太网的双总线列车通信网络模型,并在OPNET仿真软件中进行仿真和改进,得到的仿真结果可以对实际的列车网络的构建起到参考作用。本文首先研究了列车通信网络国内外发展情况,分析了以太网协议和基于以太网的列车通信网络的优缺点,并总结了几种改进以太网实时性的方法。本中设计了基于以太网的双总线列车通信网络拓扑模型。将该模型在OPNET软件中实现,创建了列车通信网络模型、列车车厢和车头的节点模型,以及节点中各个模块的进程模型。通过运行仿真得到网络参数,如网络时延、吞吐量等指标,分析网络的实时性,验证模型的可行性、可靠性。针对列车通信网络实时性的要求,本文使用基于时间同步协议的分时利用信道的方法对列车网络模型进行改进,并在仿真软件中进行了仿真验证。对列车通信网络中实时性要求高的控制数据,本文采用在数据中添加高优先级字段的方法,保证控制数据的优先传送,来满足列车网络对控制数据的实时性要求。最后对以上提到的改进的方法均进行了仿真并和改进前进行对比。仿真结果表明,本文建立的列车网络模型实现了在两条总线上传递数据,并且具有较好的实时性,可以满足以太网时延的要求。当一条总线故障时,系统可以切换到另外一条总线接收数据,满足列车网络的可靠性要求。本文采用的基于时间同步协议的分时利用信道的方法对网络的实时性有改进。通过提高控制数据的优先级的方法可以满足控制数据的实时性要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 列车通信网络简介
• 1.2.2 列车通信网络国内外发展现状
• 1.2.3 几种现场总线特点
• 1.3 本文研究的内容
• 第2章 以太网及其实时协议技术分析
• 2.1 以太网简介
• 2.2 以太网的特点
• 2.2.1 CSMA/CD协议
• 2.2.2 以太网帧格式
• 2.2.3 工业以太网
• 2.3 以太网实时性改进
• 2.3.1 改进以太网实时性方法
• 2.3.2 时间同步协议
• 2.3.3 分时利用信道改进以太网实时性
• 2.4 本章小结
• 第3章 列车通信网络仿真建模
• 3.1 OPNET Modeler仿真技术
• 3.1.1 计算机网络仿真
• 3.1.2 OPNET主要特点
• 3.1.3 OPNET通信机制
• 3.2 列车通信网络系统信息
• 3.2.1 列车通信网络构造
• 3.2.2 列车通信网络数据
• 3.3 列车网络仿真建模
• 3.4 节点模型
• 3.5 进程模型
• 3.5.1 创建进程模型
• 3.5.2 以太网mac进程模块
• 3.5.3 车头节点的进程模型
• 3.6 仿真配置
• 3.6.1 选择统计量
• 3.6.2 改进后的模型设置
• 3.7 本章小结
• 第4章 仿真实验与结果分析
• 4.1 实验内容
• 4.2 仿真及结果分析
• 4.3 改进后的仿真结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文