收藏本站
《北京交通大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

TCN底层协议建模与实现

王永翔  
【摘要】: 列车通信网络技术是现代列车关键技术之一,本文在铁道部重点课题“TCN底层协议及关键技术研究”的基础上展开并进行了延续和扩展。列车通信网络的应用是保证列车控制有效性、安全性及旅客舒适性的必要措施。作为列车控制系统的重要组成部分,要求列车通信网络具有较高的实时性、可靠性及安全性。我国在列车通信网络方面的研究起步较晚,虽然取得了一定的进步,但较一些发达国家还有一定差距。本文着眼于TCN的底层协议,围绕列车通信网络在性能评估、优化及具体实现等关键问题展开研究,所完成的主要工作及获得的创新性成果如下: 1、针对列车通信网络动态性能分析的需求,研究了现场总线建模的方法,指出Petri网是适用于对现场总线这种分布、离散、并发、随机系统进行建模的方法。广义随机Petri网(GSPN)、确定与随机Petri网(DSPN)、随机着色Petri网(SCPN)是针对网络底层协议的不同抽象层次进行建模的有效工具。分析了Petri网特性与被建模网络协议特性之间的关系以及采用随机Petri网的稳态概率进行网络协议性能分析的方法。随着计算机软硬件水平的发展和Petri网复杂性的不断提高,软件模拟与仿真方法将是基于Petri网分析的主要方法。针对MVB总线性能分析的不同需求,建立了MVB总线的GSPN模型、事件仲裁模型和MVB总线的着色Petri网模型,采用Petri网计算机辅助分析软件TimeNET和CPN-Tools进行仿真分析,给出了仿真分析结果。MVB总线的GSPN模型用于分析其单纯过程数据的通过性能,事件仲裁模型分析了偶发相时间宽度、设备地址相似度及偶发相均匀度对于事件仲裁性能的影响,从而提出了优化周期扫描表的问题。在对比分析了随机着色Petri网建模与单纯离散事件仿真方法不足的基础上,提出了基于OMNET++与SCPN相结合的TCN仿真分析方法,利用该方法建立计算机仿真分析平台,有效利用了二者的长处,更加适合于TCN的仿真分析与验证。 2、为了达到在保证车载控制网络中过程数据可靠调度的前提下尽量提高消息数据通信性能的目的,提出了MVB总线周期扫描表的优化设计方法。首先提出了衡量周期扫描表相关基本指标的概念,讨论了按照IEC61375-1标准所构造的周期扫描表的缺陷,之后针对是否报文定时相关提出了两种优化设计算法。对于报文定时无关的可以采用逐步填空法完成,而对于报文定时相关的周期扫描表(TPPT)构成问题,则采用混合遗传算法进行求解。建立了TPPT问题的数学模型,给出TPPT问题的目标函数,及编码、选择、交叉和变异的方法。结果表明这两种算法可以较好的优化MVB周期扫描表的构造。为了克服混合遗传算法易于陷入局部最优的问题,进一步提高优化速度,提出了基于S-Tent映射的混沌混合遗传算法。讨论表明S-Tent映射具有均匀的遍历特性,给出了TPPT问题的染色体尺度变换方法。从最终的性能评估可以看出,基于S-Tent映射的混沌混合遗传算法是对TPPT问题实现最优配置的有力手段。 3、在自主设计的总线访问专用IP核的基础上,提出了基于SOPC技术的总线控制器和应用处理器的融合方法。MVB总线控制器是实现MVB总线网络功能的关键器件,负责访问MVB总线,并提供与微处理器的通信接口,实现数据传输。在应用MVB总线控制器时,通常需要与外置处理器共同完成总线通信任务。本文给出了MVB总线控制器的接口设计方案,完成用于总线访问的专用IP核,采用SOPC技术将应用处理器同MVB总线控制器集成在同一块FPGA芯片之中,从而提出了一种具备更高集成度的MVB总线接口实现方案。 4、建立了满足TCN网络实验及测试需求的TCN网络半实物仿真平台。半实物仿真平台可以提供网络设备的验证平台,同时可以为TCN网络的性能测试提供实验环境。在该平台搭建过程中重点研究了典型电力机车的信号控制电路,将一些司机室的实物设备通过TCN网络与PC机连接。PC机模拟其它大型的复杂设备,从而构成半实物仿真平台。在该平台上进行的相关实验,可以验证本文提出的网络模型、周期扫描表的优化方法及基于SOPC技术的TCN接口实现方法等的正确性。 最后,在总结全文的基础上,给出了论文研究过程中得出的思考和结论,提出了一些需要进一步深入研究的问题。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN915.04

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈炳瑞;杨成祥;冯夏庭;王文杰;;自适应混沌遗传混合算法及其参数敏感性分析[J];东北大学学报;2006年06期
2 赵海;Fieldbus网络通信模型中的MAC层[J];东北大学学报;1996年04期
3 马津燕,王晓欣,刘鲁源,朱宏立;基于DSPN的CSMA/CD的建模和性能分析[J];燕山大学学报;2005年02期
4 路向阳;MICAS-S2列车控制与通信系统[J];电力机车技术;1997年04期
5 严云升;列车通信网络(TCN)配置及传送数据的规范化[J];电力机车技术;2002年02期
6 常振臣,牛得田,王立德,田永洙;列车通信网络研究现状及展望[J];电力机车与城轨车辆;2005年03期
7 张宇;刘建;李莉;;基于令牌环网络拓扑结构的地铁电动客车网络监控系统[J];电力机车与城轨车辆;2006年04期
8 李兰英;高俊锋;;UPFC控制系统的SOPC设计[J];电机与控制学报;2007年01期
9 胡明昕,邵高平;用CPLD控制曼彻斯特编解码器[J];单片机与嵌入式系统应用;2003年05期
10 詹惠琴;古天祥;;IEEE488总线握手协议的Petri网建模和分析[J];电子测量与仪器学报;2005年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 赵志刚;基于Petri网理论的计算机网络性能分析和电子商务模型设计[D];浙江大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张俊平;基于LAN的列车通信网络模拟及性能分析[D];西南交通大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 甘方成;;基于Modbus协议压缩机远程监控系统的设计[J];四川有色金属;2010年03期
2 陈玉,温阳东;分布式配电自动化系统的研究[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2005年03期
3 李鑫;马国利;王昆;;矿井自动化信息集成系统[J];安防科技;2006年02期
4 吴强;陈琨;;基于现场总线的火灾报警监控系统[J];安防科技;2006年08期
5 崔永锋;李向前;;基于嵌入式网络设备的远程监控系统设计[J];安防科技;2008年06期
6 赵雨斌;苗满香;陈宇;;基于CAN总线的楼宇智能监控报警系统研究与设计[J];安防科技;2009年01期
7 卫敏;HART调制解调器HT2012的原理和应用[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2004年Z1期
8 翟葵,朱军;抢占优先级业务量链路性能评价[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2005年02期
9 鲍现松;;继电保护故障信息子站现场总线的分析和应用[J];安徽电力;2009年04期
10 徐敏;;基于嵌入式TCP/IP系统的智能家居实现[J];安徽职业技术学院学报;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴雪莲;王维佳;喻青;吴婷;;基于无线网络的起重机运行安全监控管理系统设计[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 金浩;韩江洪;史久根;;基于LPC2119的CAN总线通信系统研究[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
3 张维勇;潘承锦;陆阳;;大坝安全监测系统结构设计及采样数据处理策略研究[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
4 刘暾东;郑国祥;骆勤强;;基于现场总线的造气炉智能控制研究[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
5 邱建洪;李华民;仇丁辉;陆勇键;;基于CAN通信技术的KB0(CPS)控制与保护开关电器多主机集中控制器[A];2011建筑工程电气技术文集[C];2011年
6 刘怀;黄建新;曹弋;;基于令牌总线的网络控制系统中信息的优化调度[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 解小华;马彦;陈虹;;总线技术在汽车车门系统中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 张小玉;朱小六;张宇林;徐保国;;基于CAN总线的β-甘露聚糖酶发酵控制系统的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 张静;吴敏;;钢铁工业筛焦过程自动控制系统设计与实现[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 陈景文;;造纸涂布机传动系统的研究与设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘心;基于Petri网的FMS建模及故障诊断方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 杨年华;模型驱动架构中的可信嵌入式软件建模与分析[D];华东理工大学;2011年
3 车建华;虚拟计算系统性能与可用性评测方法研究[D];浙江大学;2010年
4 郑霄;超级计算机系统的可用性评估研究[D];解放军信息工程大学;2009年
5 褚端峰;客车行驶稳定性控制的关键技术研究[D];武汉理工大学;2010年
6 赵亮;Web服务组合性能建模与分析[D];武汉大学;2009年
7 聂晓波;列车控制网络实时性能分析及调度策略研究[D];北京交通大学;2011年
8 李熙;城市轨道交通车辆走行部安全评估方法研究[D];北京交通大学;2011年
9 梅樱;城轨车辆新型网络控制系统的调度、建模及优化[D];北京交通大学;2011年
10 贺徽;基于混合智能优化方法的同步发电机励磁控制策略研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张良清;基于嵌入式技术的高精度程控直流电源的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 刘经纬;基于DSP的VS1-12/M型永磁真空断路器同步控制系统的研究[D];河南理工大学;2010年
3 冷碧炎;基于FPGA的火焰温度场测试研究[D];南昌航空大学;2010年
4 徐旭;基于ARM的电阻点焊控制器[D];南昌航空大学;2010年
5 张志伟;楼宇供暖节能系统的设计[D];山东科技大学;2010年
6 王岩庆;高校用水计量与远程抄表管理系统的设计[D];山东科技大学;2010年
7 王永;消防单兵综合信息采集系统研究[D];山东科技大学;2010年
8 张睿;农电自动抄表技术研究[D];山东科技大学;2010年
9 李蕾;有色Petri网的动态性质判定及其在组装生产线中的应用[D];山东科技大学;2010年
10 王廷刚;Petri网表征语言和可达性分析[D];山东科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨柳,卢清萍;嵌入式系统与Nios[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年02期
2 C.Kundmann,王渤洪;新型ICE3和ICE T电动车组的控制技术(一)[J];变流技术与电力牵引;2001年02期
3 C.Kundmann,王渤洪;新型ICE3和ICET电动车组的控制技术(二)[J];变流技术与电力牵引;2001年04期
4 周源海,陈谊;分布式三维虚拟环境中的实时性[J];北京工商大学学报(自然科学版);2004年05期
5 张仁忠;多入口无阻塞串行生产线的生产周期[J];纯粹数学与应用数学;2000年02期
6 李宗金;1553B总线系统的技术指标分析[J];电讯技术;1998年04期
7 陈炳瑞,冯夏庭;压缩搜索空间与速度范围粒子群优化算法[J];东北大学学报;2005年05期
8 林强;NAT7210 GPIB接口芯片及其应用[J];电测与仪表;1999年08期
9 路向阳;MICAS-S2列车控制与通信系统[J];电力机车技术;1997年04期
10 严云升;列车计算机网络控制系统[J];电力机车技术;1999年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 颜兆林;系统安全性分析技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邱公伟,张小清;多级分布式计算机控制系统实时性设计[J];现代电子技术;1996年01期
2 李冬生;;汉字扫描表修改程序[J];微计算机应用;1987年05期
3 职东成;;对压缩CC—DOS扫描表问题的探索[J];河南师范大学学报(自然科学版);1988年04期
4 张云云;;自动汉字词组扫描表生成与加载[J];陕西科技大学学报;1992年02期
5 赵恒友;五笔字型扫描表编码方法和五笔字型编码打印程序[J];电子技术应用;1990年10期
6 张自强,李春林,于立婷,王颍;一种新型的数据采集系统[J];测控技术;1995年06期
7 石奋谡;;在CC-DOS中加入多种汉字输入方法的探索与实现[J];计算机工程与应用;1988年06期
8 郑飞;CCDOS4.0下新汉字输入码的实现[J];微计算机应用;1992年03期
9 陆建明;高频字优先处理技术的研究[J];苏州大学学报(自然科学版);1994年01期
10 毕广吉,俞雁;海量词库的结构与动态查询方法[J];中文信息;1994年06期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 任静;刘燕丽;宦怡;葛雅丽;常英娟;赵海涛;;MRI动态电影扫描技术对颞下颌关节紊乱病的诊断价值[A];中国人民解放军医学会第九届放射诊疗专业学会论文集[C];2005年
2 崔旭梅;陶伯万;熊杰;李言荣;;氧分压对TFA-MOD方法制备的YBCO薄膜的影响[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
3 吕良彬;曹阳;高洵;罗卉;;基于球壳交集的传感器网络三维定位算法[A];2006年全国通信软件学术会议论文集[C];2006年
4 张峰;宋杰;周德友;王大玲;鲍玉斌;于戈;;一种实时数据仓库中海量数据高效分区算法[A];第二十五届中国数据库学术会议论文集(二)[C];2008年
5 林玉满;;长裙竹荪菌丝体糖蛋白DiGP—2的分离纯化及其性质的研究[A];全国第6届食用菌学术研讨会论文集[C];2001年
6 崔旭梅;陶伯万;熊杰;李言荣;;氧分压对TFA-MOD方法制备的YBCO薄膜的影响[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
7 林江;蔡展恒;;气象灾害预警短信发送任务的监控[A];中国气象学会2007年年会加强气象科普能力建设,推动气象事业又好又快发展分会场论文集[C];2007年
8 何盈捷;王珊;史大治;;多版本并发控制方法比较研究[A];第二十届全国数据库学术会议论文集(技术报告篇)[C];2003年
9 付强;王新军;;概率数据库查询结果分级中的数据模型改进[A];第二十三届中国数据库学术会议论文集(技术报告篇)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 安徽 高飞;扫描表格快速编辑[N];电脑报;2004年
2 ;Acer推出新款超薄绿旋风扫描仪[N];科技日报;2000年
3 赵玲;扫描仪操作中的常见问题[N];中国税务报;2002年
4 王征;家用办公两相宜[N];计算机世界;2003年
5 上海 陈修来;表格文字也可“扫”出来[N];电脑报;2003年
6 河南 崔开生;表格填写巧定制[N];电脑报;2003年
7 何;BenQ5000系列扫描仪技术独特[N];电脑商报;2004年
8 ;明基Acer萤火虫扫描仪评测报告[N];电脑报;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 蒋瑾;列车控制网络多功能车辆总线配置[D];西南交通大学;2011年
2 王峰超;MVB节点设计及其测试研究[D];北京交通大学;2013年
3 于晨昕;管理信息系统中的DB2数据库查询优化研究[D];华中科技大学;2009年
4 于晨昕;管理信息系统中的DB2数据库查询优化研究[D];华中科技大学;2009年
5 胡水友;MVB多协议通信网关的设计[D];西南交通大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026