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基于NetFPGA的以太网列车骨干网列车拓扑发现协议研究与仿真
| 论文题名： | 基于NetFPGA的以太网列车骨干网列车拓扑发现协议研究与仿真 |
| 关键词： | 列车拓扑;NetFPGA硬件环境;半实物仿真;节点模型;以太网 |
| 摘要： | 由于列车运行速度的大幅提高，列车通信网络结构的逐渐复杂化，新型大容量业务的不断增加，现有列车网络应用的现场总线已趋于无法满足列车通信网络对于带宽，实时性、可靠性等重要性能的需求。而随着工业以太网技术的飞速发展和在工业控制领域的广泛应用，基于工业以太网的列车通信网络因其组网拓扑结构灵活，传输速度高等优点，已成为国际电工委员会和许多发达国家对于列车通信网络的新的发展方向。 论文研究内容来自于国家科技支撑计划“中国高速列车关键技术研究及装备研制”中的分支课题——“基于工业以太网的列车通信网络及仿真平台研制”。本文通过对《IEC61375-2-5Ed.1:电子铁路设备—列车通信网络—2-5分册:以太网列车骨干网》核心内容——列车拓扑发现协议的语义、语法和时序进行分析与梳理，给出了利用冗余线路分担数据传输，实现双线负载均衡以提高链路利用率，扩大传输带宽的优化方案。 本文采用斯坦福大学所研发的NetFPGA作为以太网列车网络仿真验证的网络开发环境，并采用该平台所包含的“模块化高速路由器”项目作为半实物仿真系统的参考设计。根据参考设计的硬件结构，数据通道与相关应用程序进行了二次开发，实现了收发数据的接口复用，即双线路负载均衡功能，并且给出了关键代码与测试用例，为列车拓扑发现协议网络协议栈与各应用模块提供了硬件平台。 本文根据IEC61375-2-5标准的相关标准，设计了以太网列车通信网络在初运行过程中实行的对相邻节点和内部节点的探测算法。并且在NetFPGA硬件环境之上设计了以太网列车骨干网半实物仿真节点模型，包含了线路帧收\发单元、链路收发控制单元、协议运维单元、报文定时单元，循环冗余检查单元等功能模块。其中循环冗余检查单元与协议内部校验机制共同满足了数据传输的可靠性，报文定时单元与链路收发单元则用于满足列车网络对实时性的需求。设计实现后，将多个节点模型在物理层链接，实现了列车网络系统的半实物仿真平台，并在其之上实现了节点探测算法，通过对数据结构——连通性列表与列车网络目录的维护，建立了以太网列车骨干网的拓扑管理结构。 论文最后给出了半实物仿真平台的测试用例，给出了满足IEC61375-2-5标准规定的测试结果，验证了系统功能以及设计算法的正确性。本设计为以太网列车网络仿真模型提供了框架，为我国该领域的自主研究与创新进行了一定的探索。 |
| 作者： | 夏浩延 |
| 专业： | 模式识别与智能系统 |
| 导师： | 苟先太 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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