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基于NetFPGA的列车以太骨干网络底层硬件平台的研究与设计
| 论文题名： | 基于NetFPGA的列车以太骨干网络底层硬件平台的研究与设计 |
| 关键词： | NetFPGA路由;列车通信网络;工业以太网络;网络测试 |
| 摘要： | 现代列车正朝着高速化、自动化和舒适化的方向发展，相对于传统的列车，列车上的通信数据量越来越大，诸如状态控制、故障诊断、旅客服务、语音、视频等信息。如何将这些大量的信息安全快速、可靠并准确的在整个列车上传输，已成为列车设备研制中面临的一个关键性课题。 本文基于以上问题结合《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》协议通过XilinxNetFPGA平台构建列车以太骨干网络，并在对网络延时模型进行分析的基础上给出了基于XilinxNetFPGA的两种改进骨干网络传输方法，即数据负载均衡传输和数据分类分通道传输，对构建的骨干网络进行了不同背景流量下的传输时延性能测试。 NetFPGA的模块化设计使得在该平台上可以轻松构建高性能的网络系统。本课题是在NetFPGA参考路由设计的基础上作二次开发，实现IEC61375-2-5协议约定的以太网数据的传输和转发。IEC61375-2-5规定的列车以太骨干网络传输的数据是802.3数据类型，与一般常用的以太网数据类型有所不同，所以底层硬件平台首先需要识别数据类型，然后再对数据进行处理。数据类型主要有IP数据、TTDP数据、ARP数据报文以及802.2LLC数据报文。其中IP数据报文有的数据需要作转发处理，其他数据类型则直接提交给CPU由相关协议进行处理，如TTDP数据报文则直接由列车拓扑发现协议处理。 通过对列车骨干网络延时模型的分析，本文采用负载均衡和数据分类分通道传输两种方式减小端口的到达率以改善网络的时效性、确定性。在一般列车骨干网络设计的基础上，通过Verilog-HDL编程实现数据报文在两条物理数据链路上均衡传输到达下一节点以及通过数据优先级别将数据分为高优先级别和低优先级别在两条物理链路上传输，以改善网络的性能。 最后，对搭建的列车骨干网络的功能，即数据的负载均衡传输和数据分类分通道传输的功能进行测试，并在不同背景流量的情况下对网络的时延进行测试、分析、对比，测试结果表明改进措施可以在数据量较大的情况下可以有效提高网络性能，能够满足列车骨干网络大数据量传输的需求。 |
| 作者： | 周召均 |
| 专业： | 电气系统控制与信息技术 |
| 导师： | 金炜东 |
| 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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