地铁列车通信网络研究与实现

北京交通大学硕士学位论文地铁列车通信网络研究与实现姓名：叶怀胜申请学位级别：硕士专业：安全技术及工程指导教师：谭南林20090601地铁列车通信网络研究与实现作者：叶怀胜学位授予单位：北京交通大学相似文献(7条)1.学位论文罗成多功能车辆总线控制器的FPGA设计与开发2009随着计算机网络与嵌入式控制技术的迅速发展，作为传统运输行业的铁路系统对此也有了新的要求，列车通信网络应运而生。经过多年的发展，国际电工委员会(IEC)为了规范列车通信网络，于1999年通过了IEC61375-1标准。该标准将列车通信网络分为两条总线：绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)。MVB是一个标准通信介质，为挂在其上的设备传输和交换数据。而多功能车辆总线控制器(MVBC)是MVB与MVB实际物理层之间的接口，其主要实现MVB数据链路层的功能。由于该项关键技术仍被国外公司垄断，因此开发具有自主知识产权的MVBC迫在眉睫。br　　鉴于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1标准。根据MVBC的技术特点，本文提出了使用FPGA来实现其具体功能的方案。挂在MVB总线上的设备分为五类，他们的功能各不相同。而支持4类设备的MVBC具有设备状态、过程数据、消息数据通信和总线管理功能，并且兼容2类和3类设备。本文的目的就是用FPGA实现支持4类设备的MVBC。br　　本文采用自顶向下的设计方法。整个MVBC主要划分为：编码模块、译码模块、冗余控制模块、报文分析单元、通信存储控制器、主控制单元、地址逻辑模块。在整个开发流程中，使用Xilinx的ISE集成开发环境。使用VerilogHDL硬件描述语言对上述各个模块进行RTL级描述，并用SynplifyPro进行综合。最后，在ModelSim中对各个模块进行了布线后仿真和验证。br　　在实验室条件下，通过严格的仿真验证后，其结果证明了本文设计的模块达到了IEC61375-1标准的要求。因此，用FPGA实现MVBC这一方案具有可操作性。2.学位论文陈艳子MVB网络接口单元的研究与FPGA实现2008列车通信网络(TCN)是铁路列车车辆之间和车辆内部可编程设备互联传送控制、检测与诊断信息的数据通信网络。国际电工委员会(IEC)为此制定了IEC61375-1TCN标准,它将列车通信网络分成连接各节可动态编组车厢的绞线式列车总线(WTB)和连接车厢内固定设备的多功能车辆总线(MVB)。目前MVB的产品和技术被国外几个公司垄断,而我国对引进技术的理解消化和二次开发都做的不够,同时也不利于研制具有自主知识产权的列车通信网络产品和同后制定中国自己的列车通信网络标准。鉴于上述原因,本文对。TCN中的MVB技术进行了深入研究。本文以现在流行的现场总线技术为背景,深入分析了车载数据通信理论知识,将多种车载总线与TCN标准中的MVB和WTB在各个方面进行比较,突出了MVB总线应用于车辆中的优点,采用FPGA+SOC的方式设计并实现了MVB接口单元,运用MVB网络性能分析来评定网络信道的利用率和网络的运作情况。通过追踪国内外列车通信网络技术发展现状及其研究方法,分析比较通用的现场总线(如:LonWorks、WorldFIP、CAN等)的优缺点和应用特点的基础上,分析研究了TCN标准中的MVB总线物理层和数据链路层协议的特点,剖析了MVB通信控制器和数据通信原理,采用SOPC和硬件描述语言相结合的方法设计并实现了多功能车厢总线控制器(MVBC)。这对于处于起步阶段的我国铁路列车网络来说,具有重要的理论指导意义和实际应用价值,必将为推动我国列车通信网络向国际标准化接轨起到促进作用。为了我国城市轨道交通事业的发展与国际接轨,还需要进一步研究：(1)对列车通信网络技术进行深入系统的研究；(2)在现有的SOC构建的操作系统uc/osII上认真研究MVB的上层协议并完善MVB协议的上层应用；(3)建立全方位统一列车状态监测与故障诊断、车载数据管理、地面数据采集与处理的人机界面,扩大TCN用于列车安全、乘客舒适和运行管理等方面的应用范围。3.学位论文周广利矿用机车双机重联列车通信网络研究与设计2007本文主要针对矿用机车的双机重联列车通信网络进行研究，并最终设计了150吨韶峰机车的双机重联。首先分析了国内韶山和韶峰系列机车的电气结构；紧接着分析了矿用电传动机车的列车通信网络设备以及每一类设备的数据流量；最后从物理层、数据链路层两层分析了现有的列车通信网络的特点。从而为最终采用CAN和MVB实现矿用机车的双机重联提供了理论依据。结合我国铁路运输的现状，提出了针对原有机车的双机重联方案，以提高机车的重载爬坡能力。详细阐述了双机重联的设计方法。该系统中列车总线采用了TCN的MVB总线实现车辆间的相互通信，车辆总线采用了强实时性的CAN总线，实现了电机状态采集节点、司机指令采集节点、主控节点以及显示器节点之间的相互通信。机车主控节点作为网关连接两类总线，接收两机车的所有数据后判断机车的状态，调用相应的控制策略模块控制机车运行。MVB网卡采用超大容量FPGA芯片为核心，实现了I类设备的通信。CAN网络硬件设计采用带CAN控制器的C8051F040单片机，CAN用户层协议根据机车数据流量自行定义。使用了MCGS工控组态软件实现了触摸屏显示器的界面设计、数据存储和数据下载。该双机重联经过了重载爬坡实验，CAN作为车辆总线传输间隔和速度比作为列车总线的MVB低，机车运行时，电空阀动作时间一致，能够很好的发挥两车的牵引力，提高机车爬坡能力，试验证明了该列车通信网络具有很好的应用前景。4.学位论文欧阳剑TCN实时协议的研究与实现2009随着列车高速化、自动化的发展，列车通信网络已经成为列车(尤其是高速列车，动车组)上控制系统中的关键技术，自主研发列车通信网络设备具有很好的市场前景和重大的现实意义。TCN网络是列车通信网络的标准之一，它将列车通信网络分成可动态编组车厢的绞线式列车总线(WTB)和连接车厢内固定设备的多功能车辆总线(MVB)两级结构。TCN将整个列车的通讯设备连接成一个整体，主控设备对整个列车的控制命令可以通过列车网络发送到各个车厢，列车的各个车厢的信息通过列车网络返送回主控设备上显示，确保了列车上的信息通畅。国外已经运行的高速列车上部分安装有完整的通信网络，TCN技术已经比较成熟。我国列车网络推荐使用TCN标准，但目前尚处在应用积累阶段。随着铁路跨越式发展，动车组和大功率交流机车引进和消化，对列车通信网络的需求日益迫切。基于此本课题开展了列车网络-TCN实时协议的研究与实现。本文首先全面分析和理解了IEC61375-1《TrainCommunicationNetwork》(列车通信网络)，在重点剖析和比较了通用通信网络的分层和TCN网络的分层的异同的基础上，了解和明确了TCN网络应用层，传送层，网络层，数据链路层等网络分层所完成的功能及实现原理。其次，采用网络分层及模块化的设计方法对TCNRTP的软件系统进行了层次划分和模块划分，提出系统总体设计方案。在原来WTB管理器硬件(富士通32位主处理器MB91F362)和软件(嵌入式实时操作系统μC/OS-II和链路层驱动模块)的基础之上进行RTP软件系统的设计和搭建。文中分为过程数据链路层接口，过程数据应用层接口，消息数据链路层接口，消息数据网络层，消息数据传送层，消息数据应用层接口等几个部分进行设计和阐述。最后，根据实际情况提出本系统消息数据网络层和消息数据传送层的测试方案，并在现有的硬件平台上完成了模块的功能测试，给出测试结果。实物仿真的结果表明设计基本达到了预期要求，为后续的工作提供了一定的参考和基础。5.学位论文侯宁列车通信网络底层协议研究与实现2006列车通信网络TCN(TrainCommunicationNetwork)是符合国际标准IEC61375的一种连接车载设备的数据通信系统。TCN标准将列车网络分为了WTB(WiredTrainBus)和MVB(MultifunctionVehicleBus)两个层次的网络，MVB应用最为广泛且是TCN的实现基础。MVB总线通信控制器(网卡)负责实现物理层信号的转换，执行数据链路层的通信规程，同时为CPU(中央处理器)提供软件接口，是实现MVB网络连接的关键。MVB网卡目前在国内的制作水平仍然处于初级阶段，在国外也仅由几家公司垄断，不利于国内车载网络应用技术的发展，本文以“铁道部科技研究开发计划-TCN底层协议及关键技术研究”项目为背景展开。随着EDA和片上系统SOC(SystemOnaChip)技术的发展，现代电子设计趋向于高度集成化，类似的接口类芯片大多已经有了ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)的IP(IntellectualProperty)软核替代，这样可以更加灵活的与客户系统相结合，控制方式更加灵活。本课题就是利用FPGA实现满足MVB协议的Ⅰ类网卡设计。论文工作主要分以下几部分进行。首先，阐述了列车通信网络TCN的体系结构并对其总线通信的数据类型等做了简要的介绍。接着重点介绍了多功能车辆总线MVB，对其物理层和数据链路层协议进行了分析。然后，引入SOC的概念，结合IEC61375-1国际标准，提出了实现MVB链路层的网卡设计目标。根据设计目标，将整个控制器系统的开发进行了模块化的分解，然后在对每个子功能模块进行了深入分析的基础上，采用VerilogHDL硬件描述语言编程，给出了具体IP模块的解决方法，并在成功仿真后，将这些模块下载至FPGA。接着，结合实验室现有的网络节点环境，利用所设计的总线通信控制器，提出将MVB网络应用于连接各功能节点的总线网络方案。并将本设计网卡与Duagon公司的网卡进行了功能等方面的比较。最后，本文提出了引入NIOS软核的概念，指出该网卡中还有待改进的地方，对今后的工作进行了展望，并提出了建议。6.期刊论文朱琴跃.谢维达.谭喜堂.ZHUQin-yue.XIEWei-da.TANXi-tangMVB协议一致性测试研究与实现-铁道学报2007,29(4)多功能车辆总线(MVB)是列车通信网络标准中明确定义的通信协议,用于车辆内部各功能设备间的信息传输.为了确保来自不同生产厂家的MVB设备的兼容性和互操作性,必须对各个MVB设备进行协议一致性测试.本文在简单介绍协议一致性测试基本工作原理的基础上,分析了MVB协议的特点,提出了对MVB进行协议一致性测试的测试方法和应包括的测试内容.并以过程数据链路层协议为例,详细阐述了MVB设备的测试要求、测试实例的生成、测试运行及测试评估等具体的测试实现过程.最后基于上述测试原理,在实验室环境下设计并构建了基于PC104总线的80486硬件平台和μC/OS-II实时多任务操作系统软件平台的测试系统,完成了MVB过程数据链路层协议的高覆盖一致性测试,给MVB协议其他方面的一致性测试提供了一定的借鉴.7.学位论文胡海建基于IEC61375标准的MVB通信控制器设计2003随着FPGA芯片和EDA技术的发展,硬件系统开发中越来越多的使用FPGA或CPLD等来开发专用集成电路以满足特定的功能需求.该课题就是利用FPGA实现MVB协议通信控制器的设计.文中首先阐述多功能车辆总线的体系结构,对其物理层和数据链路层协议进行了分析.接下来,该文对ASIC系统的设计方法和FPGA开发流程进行了论述.在此基础上,结合IEC61375-1国际标准,提出了MVB通信控制器的设计目标和设计方案.根据设计目标,将整个控制器系统的开发进行了模块化的分解,然后在对每个子功能模块进行了深入分析的基础上,提出了具体的设计思想和部分的解决方法.另外,根据硬件调试需要,提出了针对该FPGA的硬件开发电路板的方案.然后,该文详细论述了使用EDA软件对VHDL代码的综合、功能仿真、实现、时序仿真、以及硬件程序下载的整个流程,并阐述了MVB通信控制器设计在开发板硬件环境中实际调试的过程和方法,最终实现和MVB总线管理器的网络通信,验证了物理层和大