列车以太网实时性研究与改进

发布时间：2020-03-22 04:24

【摘要】：地铁列车在智能化、高速化、舒适化方面的不断发展,使得列车结构设计越来越复杂,列车通信网络的应用类型也越来越多样化。现在的列车通信网络中不仅包括传统的控制类,监视类,故障诊断类业务,还需要对大量的乘客信息数据进行传输。传统的列车通信网络带宽低,组网结构单一,已经无法满足大数据量的传输需求。而工业以太网具有带宽大,兼容性好,组网灵活等优点已经广泛应用于工业领域,将其运用于列车通信网络也是未来的一个发展方向。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:2015BAG 12B01-08),对工业以太网在列车通信网络中的应用展开研究,本文的主要研究内容和创新点如下:(1)针对工业以太网在列车网络中应用存在的实时性差,可靠性差等问题,研究了影响工业以太网实时性的因素以及优化方法,提出了通过优化的交换机调度算法和采用时分复用通信方式两个方面来改进以太网的实时性。(2)在交换机调度方面,率先提出了 PQ和改进DWRR相结合的调度算法,在该算法中对高优先级的列车控制类数据优先传输,对其他业务数据采用改进DWRR算法进行调度,保证了列车控制类数据的实时性和其他业务数据传输的公平性。利用OPNET平台搭建列车通信网络的仿真模型,验证了该算法的可行性。(3)在时分复用的网络中,全网时钟要求精确同步,为了提高同步精度,提出了基于卡尔曼滤波的单神经元PI控制方法,这也是本文的一个创新点,本文采用卡尔曼滤波算法对时钟同步过程得到的时钟偏差进行修正,提高了偏差的精度,然后通过单神经元PI控制的方式来调整从节点时钟的频率,实现了对时钟偏差的连续间接补偿,提高了时钟同步的准确性。最后在MATLAB平台上对该算法进行了验证,结果表明利用该算法时钟同步精度有所提高。
【图文】：

２列车以太网的实时性研究逡逑在列车通信网络上使用以太网技术的关键就是要解决实时性问题，本章首先逡逑介绍了列车通信网络的拓扑结构和数据类型，，然后分析了以太网实时性的影响因逡逑素并提出了改进以太网实时性的方案。逡逑２．１列车以太网简介逡逑２．１．１网络拓扑结构相关知识介绍逡逑根据ＩＥＣ邋６１３７５－２－５和ＩＥＣ邋６１３７５－３－４标准中的定义，基于工业以太网的列车逡逑网络拓扑结构分为两层，上层是列车级骨干网络（ＥＴＢ），下层是车辆级编组网络逡逑（ＥＣＮ），结构如图２－１所示。逡逑

北京交通大学硕士专业学位论文逦列车以太网的实时性研究逡逑列车网络都能够正常进行通信，在ＩＥＣ邋６１３７５－２－５和ＩＥＣ邋６１３７５－３－４标准中分别定逡逑义了列车级和车辆级冗余机制。在列车级网络中规定：一个列车编组网络需要通逡逑过多个ＥＴＢＮ节点连接到列车级骨干网，其中一个ＥＴＢＮ作为主节点，冗余的逡逑ＥＴＢＮ作为备份节点，一旦主节点发生故障，冗余节点自动切换为主节点。除此之逡逑夕卜，列车级网络还需使用双线拓扑结构，旁路中继和链路聚合机制来实现冗余，逡逑列车级冗余结构如图２－２所示。逡逑１－１，１１＊＊＊邋逦邋逦逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.11;U284.48

【参考文献】

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本文编号：2594477