基于NetFPGA的以太網(wǎng)列車骨干網(wǎng)列車拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)協(xié)議研究與仿真.pdf

1、由于列車運(yùn)行速度的大幅提高，列車通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的逐漸復(fù)雜化，新型大容量業(yè)務(wù)的不斷增加，現(xiàn)有列車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的現(xiàn)場總線已趨于無法滿足列車通信網(wǎng)絡(luò)對于帶寬，實(shí)時性、可靠性等重要性能的需求。而隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，基于工業(yè)以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)因其組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，傳輸速度高等優(yōu)點(diǎn)，已成為國際電工委員會和許多發(fā)達(dá)國家對于列車通信網(wǎng)絡(luò)的新的發(fā)展方向。
　　 論文研究內(nèi)容來自于國家科技支撐計劃“中國高速列車關(guān)鍵技

2、術(shù)研究及裝備研制”中的分支課題——“基于工業(yè)以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)及仿真平臺研制”。本文通過對《IEC61375-2-5Ed.1:電子鐵路設(shè)備—列車通信網(wǎng)絡(luò)—2-5分冊:以太網(wǎng)列車骨干網(wǎng)》核心內(nèi)容——列車拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)協(xié)議的語義、語法和時序進(jìn)行分析與梳理，給出了利用冗余線路分擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)雙線負(fù)載均衡以提高鏈路利用率，擴(kuò)大傳輸帶寬的優(yōu)化方案。
　　 本文采用斯坦福大學(xué)所研發(fā)的NetFPGA作為以太網(wǎng)列車網(wǎng)絡(luò)仿真驗(yàn)證的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)環(huán)境，并采

3、用該平臺所包含的“模塊化高速路由器”項目作為半實(shí)物仿真系統(tǒng)的參考設(shè)計。根據(jù)參考設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)通道與相關(guān)應(yīng)用程序進(jìn)行了二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了收發(fā)數(shù)據(jù)的接口復(fù)用，即雙線路負(fù)載均衡功能，并且給出了關(guān)鍵代碼與測試用例，為列車拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧與各應(yīng)用模塊提供了硬件平臺。
　　 本文根據(jù)IEC61375-2-5標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了以太網(wǎng)列車通信網(wǎng)絡(luò)在初運(yùn)行過程中實(shí)行的對相鄰節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的探測算法。并且在NetFPGA硬件環(huán)境之上設(shè)

4、計了以太網(wǎng)列車骨干網(wǎng)半實(shí)物仿真節(jié)點(diǎn)模型，包含了線路幀收\發(fā)單元、鏈路收發(fā)控制單元、協(xié)議運(yùn)維單元、報文定時單元，循環(huán)冗余檢查單元等功能模塊。其中循環(huán)冗余檢查單元與協(xié)議內(nèi)部校驗(yàn)機(jī)制共同滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑘笪亩〞r單元與鏈路收發(fā)單元則用于滿足列車網(wǎng)絡(luò)對實(shí)時性的需求。設(shè)計實(shí)現(xiàn)后，將多個節(jié)點(diǎn)模型在物理層鏈接，實(shí)現(xiàn)了列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的半實(shí)物仿真平臺，并在其之上實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)探測算法，通過對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——連通性列表與列車網(wǎng)絡(luò)目錄的維護(hù)，建立了以太網(wǎng)列車骨干