CRH2列车通信网络协议辅助分析工具研究与实现

  我国高速铁路研究技术在不断的发展,在国内乃至国际上都取得了非常高的成就。与此同时,高速列车控制网络的研究也成为近年来研究的重要领域。作为列车信息通信和列车运行管理的重要媒介,列车通信网络在列车的运行中发挥着非常重要的作用,而作为网络运行的基本保障,列车网络协议实现情况的好坏同样会影响到网络乃至列车的正常运行。因此,对协议实现情况进行分析对保障列车网络有条不紊的运行以及列车运行的安全性和可靠性都有着非常重要的意义。本课题以国家科技支撑项目“高速列车（Ⅱ型车）牵引传动和列车网络系统一网络系统虚拟仿真”为背景,以CRH2型动车控制网络为平台,设计并且实现了一个用于分析CRH2列车控制网络协议实现情况的协议辅助分析与验证系统。该系统可以实现二型车通信网络环境下对报文的捕获,对协议（ARCNET协议）的实现情况进行分析与验证,包括对协议报文封装情况进行分析与验证,对协议不同类型的报文进行分析,并将每个报文不同字段的意义和对应的值在界面上进行显示,同时分析协议的工作流程,并验证协议的工作流程是否符合标准的要求。除了对协议实现进行分析与验证外,由于在网络中通信的应用（这些应用封装在ARCNET协议的PAC数据帧中）也比较多,本系统还将对这些不同的应用实现进行分析,包括不同应用封装格式的分析与验证,不同应用含义的解释,以及不同应用的工作流程的分析与验证等。论文首先介绍了系统的需求分析以及总体设计,然后对各个功能模块的设计作了详细的介绍,包括报文的捕获模块,协议不同报文的分析和验证验证模块,协议工作流程的验证分析模块,不同应用封装的分析和验证模块,不同应用工作流程的分析和验证模块等。论文最后一部分是系统的测试。

 

【学位授予单位】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2013

【分类号】：82

 

文章目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

    1.1 课题的研究背景

    1.2 课题的研究意义

    1.3 国内外研究现状分析

    1.4 本文的研究工作及论文组织结构

        1.4.1 本文的主要研究工作

        1.4.2 论文的组织结构

第2章 系统的需求分析和总体设计

    2.1 CRH2动车组控制网络系统概述

        2.1.1 CRH2动车组通信网络简介

        2.1.2 CRH2动车组网络的工作方式

    2.2 CRH2动车组控制网络协议分析与验证系统需求分析

    2.3 CRH2动车组通信网络的硬件体系结构

        2.3.1 CRH2动车组网络的硬件体系结构

        2.3.2 单个节点的工作方式

    2.4 系统的总体设计

        2.4.1 报文捕获

        2.4.2 协议实现的分析和验证

        2.4.3 应用实现的分析与验证

        2.4.4 用户界面设计

    2.5 本协议实现辅助分析工具的优势

    2.6 本章小结

第3章 协议分析和验证的详细设计与实现

    3.1 分析节点的加入及捕获接口方案

    3.2 报文捕获模块的设计

        3.2.1 W1NPCAP简介

        3.2.2 报文的捕获、保存和解析

    3.3 协议分析与验证主界面

    3.4 协议报文解释模块的设计

    3.5 协议报文封装验证模块的设计

        3.5.1 协议报文封装验证的基本思想

        3.5.2 协议报文封装验证模块的总体设计流程

        3.5 3 不同倾格式的报文的验证

    3.6 协议报文分析模块的设计

        3.6.1 已知类型的协议报文的分析

        3.6.2 未知类型的协议报文的分析

    3.7 协议工作流程分析模块的设计

    3.8 协议工作流程的验证模块的设计

    3.9 本章小结

第4章 应用实现分析与验证的详细设计与实现

    4.1 应用实现情况分析与验证主界面

    4.2 应用级报文解释模块的设计

        4.2.1 应用报文的封装

        4.2.2 应用报文解释模块

    4.3 应用报文封装验证模块的设计

    4.4 应用报文分析模块的设计

        4.4.1 应用报文分析

        4.4.2 典型应用数据分析实例

    4.5 应用工作流程的分析模块的设计

        4.5.1 不同应用的总体工作流程

        4.5.2 应用工作流程分析模块的设计

    4.6 应用工作流程的验证模块的设计

    4.7 DIDO逻辑控制模块的分析验证

        4.7.1 DIDO控制逻辑验证分析界面

        4.7.2 DIDO列车控制逻辑的实现原理

        4.7.3 列车控制逻辑的报文结构

        4.7.4 DIDO报文的处理

    4.8 本章小结

第5章 系统的部署与测试

    5.1 系统的测试环境

    5.2 测试用例设计

    5.3 测试结果分析

    5.4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

在读期间的科研工作及论文发表情况

 

参考文献

 

期刊论文

 

[1]列车控制系统架构与技术现状及发展方向[J]. 杨晓娟,贾利民.  铁路计算机应用. 2012(03)

[2]逻辑双环型ARCNET列车通信网络建模与仿真[J]. 巴全龙,苟先太,姚凤阳,汤克.  机车电传动. 2011(02)

[3]网络嗅探器Sniffer技术分析及研究[J]. 严有日.  西安文理学院学报(自然科学版). 2011(01)

[4]TCN列车网络管理及监视配置软件的研究与实现[J]. 刘群欣.  机车电传动. 2010(03)

[5]基于ARCNET的轻轨列车通信网络[J]. 左峰,王立德,聂晓波,李成钢.  电力机车与城轨车辆. 2009(06)

[6]基于符号化执行的Fuzzing测试方法[J]. 陈建敏,舒辉,熊小兵.  计算机工程. 2009(21)

[7]CRH2型200km/h动车组列车网络控制系统[J]. 刘先恺.  机车电传动. 2008(06)

[8]基于OPNET的ARCNET列车通信网络的建模与仿真[J]. 况长虹,李家武,王玉松,王利锋,宋红霞.  铁路计算机应用. 2008(05)

[9]TCN产品一致性测试技术的研究[J]. 陈高华,丁荣军.  机车电传动. 2007(03)

[10]列车通信网络研究现状及展望[J]. 常振臣,牛得田,王立德,田永洙.  电力机车与城轨车辆. 2005(03)

 

硕士论文

 

[1]CRH2列车通信网络仿真平台监控系统的研究与实现[D]. 孙小盛.西南交通大学 2012

[2]HDLC协议列车广播系统控制器软件设计与实现[D]. 刘晓.大连理工大学 2011

[3]TCN实时协议和网络管理的研究与实现[D]. 管婷.西南交通大学 2011

[4]ARCNET列车数据网络的研究[D]. 魏俊超.西南交通大学 2011

[5]WTB和MVB协议数据分析软件设计[D]. 王兵兵.华中科技大学 2011

[6]环形ARCNET网络系统的设计与实现[D]. 江守亮.西南交通大学 2010

[7]基于Winpcap的网络信息监听系统研究与实现[D]. 刘忠文.华中科技大学 2007

[8]基于PCI的HDLC协议处理器的设计与优化[D]. 徐涛.东南大学 2005

[9]基于PCI总线实现HDLC协议的通信系统设计与实现[D]. 曾富前.电子科技大学 2002