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基于以太网的列车通信网络时钟精确性研究
| 论文题名： | 基于以太网的列车通信网络时钟精确性研究 |
| 关键词： | 以太网;IEEE1588协议;时钟同步;最小二乘法补偿;列车通信 |
| 摘要： | 目前，基于以太网的列车通信网络已成为TCN未来的发展方向，而传统以太网在实时性以及确定性上的劣势，是其应用于工业控制领域的最大障碍，实现各节点间的高精度时钟同步是保障以太网高实时性的前提和基础。本文在研究了影响以太网实时性和确定性通信的因素后，提出了基于最小二乘法的时钟同步方案，在实验平台上对影响时钟精度的因素进行了分析，提出了解决办法。本文的主要研究内容以及创新点包括以下几个方面： 1、通过分析比较以太网列车通信网络的拓扑结构，通信机制，实时性能等特性，提出了基于星型拓扑的交换式以太网结构，并分析了时钟同步的必要性。 2、根据以太网实时性通信的要求，引入了IEEE1588同步协议，通过分析精确时钟协议PTP的拓扑结构，协议实现以及消息类型，提出了时钟同步的最小二乘渐进补偿算法，并分析了两种可能的最小二乘补偿方式，解决了时钟同步过程中的“突变”、时钟偏差逐步扩大、补偿值选择难等问题，运用MATLAB进行了建模，分析验证了算法的可行性，得到了满意的仿真结果。 3、设计搭建了基于AVR单片机和ARM的两类数据采集节点的实验平台，在硬件设计的基础上移植了实时操作系统，TCP/IP协议栈和PTP同步协议栈，通过理论分析，数学计算，实际实验，在实验平台上实现了提高以太网通信实时性的时钟最小二乘同步方法，将精度控制在200ns以内，符合列车通信网络的要求。 4、结合实验数据以及理论分析和计算，深入分析了以太网网络时钟同步精度的影响因素，针对晶振漂移，数学模型算法等突出的问题，提出了通过FPGA对时钟晶振进行漂移补偿，优化同步算法、频率补偿算法等一些实际的解决方案，大大提高了时钟同步的精度。 |
| 作者： | 沈夏闰 |
| 专业： | 安全技术及工程 |
| 导师： | 谭南林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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