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基于实时以太网PowerLink的列车网络的实现研究
| 论文题名： | 基于实时以太网PowerLink的列车网络的实现研究 |
| 关键词： | 地铁列车;通信网络;PowerLink技术;传输实时性 |
| 摘要： | 列车网络在地铁列车运行的过程中起着至关重要的作用，关系着列车运行的安全与乘客出行的舒适度。依据业务的要求，传统的列车网络中存在多种网络，各自发挥着不可替代的作用，比如列车运行控制系统、列车安全监控系统、列车广播服务系统等，这些独立的系统造成网络资源严重浪费、网络管理复杂、后期维护难度大等不利的影响。随着信息技术的不断发展与成熟，确保列车安全、为乘客提供服务等业务往往受到网络带宽限制，难以实现技术升级、网络资源的综合管理，所以研究适合多业务融合的列车网络技术势在必行，是下一代地铁列车实现智能化安全运行、人性化信息服务等先进性的重要标志。实时工业以太网凭借通信速率高、兼容性好、实时性高、适应性强、成本低等优势成为实现下一代列车网络研究的热点。 本文基于国家科技支撑项目课题《下一代地铁列车关键技术研究及样车制造项目》中子课题《下一代地铁列车网络融合技术研究》(项目编号:2015BAG12B01-08)和IEC61375系列标准，对实时工业以太网技术实现地铁列车网络的应用研究。文章分析了实时以太网PowerLink技术特点，并结合我国地铁列车业务的要求，构建典型的4M2T列车网络系统，主要工作内容如下: (1)深入分析了国际电工委员会颁布的IEC61375-2-5及IEC61375-3-4标准，了解以太网列车几种典型的网络拓扑结构、数据分类、性能指标以及列车通信网络具有初运行、基本管理和服务质量、冗余功能。根据列车通信网络的性能特点，研究了工业以太网在列车通信网络中的应用。 (2)研究实时以太网PowerLink技术特点、地铁列车网络方案，包括通信机制和性能指标。重点分析PowerLink实时性特征与机制，提出一种优化方案，即采用卡尔曼滤波算法来解决主从节点精确同步的问题，优化轮询帧的数量，有效降低地铁列车网络传输时延，保证数据实时、可靠性，这也是本文的创新点。 (3)通过OPNET仿真软件来建模分析各种拓扑结构的业务指标，结合列车实际运行状况设计最优的地铁列车网络拓扑结构，并使用二元决策图来验证此拓扑结构的可靠性。 (4)在OMNeT++网络仿真平台上，针对主从节点卡尔曼滤波同步算法优化方案，进行验证，实验结果表明同步精确度得到很大的提高;利用PC机搭建的地铁列车仿真环境，按照(1)中描述的业务需求，完成对列车网络仿真验证实验，验证了优化后的实时以太网PowerLink技术在时延和可靠性方面有较大提高。 |
| 作者： | 耿晓晗 |
| 专业： | 计算机技术 |
| 导师： | 张杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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