【摘 要】
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列车网络控制系统是列车“神经系统”和“智能”的基础,大量车载智能设备的使用及高铁列车智能化水平的逐渐提高,使得列车通信网络需要传输的数据类型和数据量不断增多,现有的WTB/MVB列车通信网络越来越难以满足日益增长的高速率以及高带宽需求。以太网由于具有带宽高、成本低、速率快、兼容性好等优点逐渐成为列车通信网络的发展趋势,但由于以太网自身存在可靠性、实时性方面的不足,因此需要对以太网协议进行改进以提升
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列车网络控制系统是列车“神经系统”和“智能”的基础,大量车载智能设备的使用及高铁列车智能化水平的逐渐提高,使得列车通信网络需要传输的数据类型和数据量不断增多,现有的WTB/MVB列车通信网络越来越难以满足日益增长的高速率以及高带宽需求。以太网由于具有带宽高、成本低、速率快、兼容性好等优点逐渐成为列车通信网络的发展趋势,但由于以太网自身存在可靠性、实时性方面的不足,因此需要对以太网协议进行改进以提升其性能。本论文通过探索时间敏感网络（Time Sensitive Networking,TSN）协议簇,来确保网络数据传输的时延,改善列车以太网的实时性和确定性。文中首先介绍了时间敏感网络的基本原理与主要协议,然后基于对列车以太网的基本架构和列车实时数据协议（TRDP）的深度理解,尝试在数据链路层引入时间敏感网络协议簇中时间同步协议和门控调度协议,与现有的列车实时数据协议进行融合处理,为已有的TRDP协议建立统一的时间敏感机制,形成了新的列车以太网通信协议栈;论文介绍了以ARM+FPGA架构的PSo C芯片为主控单元,存储器（DDR3、TF卡等）驱动、三速以太网及其驱动电路等硬件设计方案;并以时间敏感网络的可编程逻辑IP核为基础,与原有的TRDP代码相结合,实现时间敏感网络相关的功能。论文实现了能够在PSo C上运行的Linux最小系统并完成软件代码移植工作;设计了实验方案,对自主构建的软硬件实验平台的时间同步效果和TRDP协议中过程数据传输的门控效果进行了测试。测试数据结果显示,硬件板卡能够在网络中以亚微秒级别实现时间同步,并且将过程数据在大数据流量背景下的传输时延控制在数据周期的±0.8%以内,表明本软硬件方案应用于列车通信网络具有可行性与有效性。
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