基于时间敏感网络的列车通信网络研究及应用

[目的]TCN(列车通信网络)拓扑结构复杂而且对传输实时性要求较高,目前列车数据传输主要采用TRDP(列车实时数据协议)进行承载,但会存在网络时延不确定的问题,故研究采用TSN(时间敏感网络)保证数据传输的有界时延,来解决TCN面临的以上问题。[方法]提出了TTAM(一种TRDP与TSN自适应的方法),以实现TRDP与TSN的协议转换,保证列车数据在网络中传输的时间确定性。[结果及结论]通过搭建TSN测试台,对TSN网络功能及性能(IEEE 802.1 AS与IEEE 802.1 Qbv协议)进行测试,验证了TTAM在TSN技术应用中的有效性。

速度400 km/h高速动车组网络系统实时以太网技术应用研究

速度400 km/h高速动车组的研制始于2017年,其网络控制系统基于以太网技术搭建。文中阐述了400 km/h高速动车组网络系统的基本原理及实时以太网技术的应用研究,并对比以往动车组网络系统总线技术分析了实时以太网技术应用的优势所在。

数字孪生技术下虚拟工程训练车间建模仿真

为了提升车间设备使用的合理性,提高生产力,提出了基于数字孪生的虚拟工程训练车间建模方法与仿真研究。建立设备几何模型,按照实际运动模式、约束条件和经验总结,获得机器设备的数字孪生模型构建原则。利用MES系统将文件下发至接口,将有关资料传输到设备端,使构件姿态能达到最优的目标位置。加入构件的建模语言,完成实体车间和虚拟训练车间的双向实时数据交互,在角色库层面上构建基于OPC UA通信协议的数据连接客户端,完成不同来源数据的整合。根据产品、工艺和资源数字孪生,建立车间的生产过程模型,通过数据层将信息传送到相应的数据库,调整物理层与模型层,实现车间的智能化管理。通过实验证明所建模型应用后能够提高车间产品生产效率,使内部设备利用更加合理。

基于MULTIPROG的TCMS数据协议配置工具设计与实现

传统的列车控制与管理系统(TCMS)软件数据协议配置方式主要依靠人工进行,配置过程繁杂、低效且易错。针对该问题,文章提出基于MULTIPROG编程系统设计TCMS数据协议配置,从功能需求、软件架构、软件数据结构和功能模块等方面,详细阐述了该工具的设计方案,并对其进行了功能与应用测试验证。结果表明,该工具具备工程管理、协议编辑和纠错、配置文件导出、代码生成等功能,能有效提高TCMS数据协议配置的效率,大大提升配置的准确率。

MVB协议一致性测试研究与实现

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。

Ⅰ型铁路信号安全协议的消息时效性防护机制

借鉴Ⅱ型铁路信号安全协议中EC周期计数时间戳的时效防护原理,在保持Ⅰ型铁路信号安全协议(RSSP-Ⅰ)的帧格式、时序和安全校验措施的基础上改进接收端处理过程,建立RSSP-Ⅰ的消息时效性防护机制。该机制采用对周期计数时间戳进行时效性检查的方法,通过周期计数对准、周期计数检查和定时启动传输延时检测3个环节,实现消息时效性的防护。在分析消息时效性防护机制的安全性和安全处理原则的基础上,确定消息时效性防护机制中可容忍最大时序偏差、启动传输延时检测周期、发出时序校正请求(SSE)之后等待时序校正答复(SSR)的时限、测得的传输延时状态持续正值的最大保持周期数和传输延时检测最大失败次数这5个关键参数的取值方法。经实验室仿真结果表明,该防护机制能够有效地针对传输延时的风险对消息时效性进行安全防护,可进一步提高RSSP-Ⅰ的安全性。

战役训练仿真系统的网络延时分析

在简要介绍战役训练仿真系统发展现状的基础上 ,初步分析了战役训练仿真系统对网络设计的要求 ,应用随机过程理论 ,建立了网络传输延时量化分析模型 ,得出了相应的定量分析结论 ,从数量上找出了影响网络传输延时的原因。

CBTC数据通信系统性能分析模型及应用研究

数据通信系统DCS(Data Communication System)是影响CBTC系统的控制精度、效率和安全性的主要因素,其通信性能的仿真、验证对于CBTC系统的研发和改进有重要意义。本文介绍利用OPNET模拟自主研发的安全通信协议和构建DCS性能仿真研究平台的方法,给出安全通信协议有限状态机模型和可配置的通信子系统节点通用模型,研究平台可用于分析安全协议在整个通信网络上的总体性能。给出利用节点模型建立整个DCS通信网络的算例和网络性能的仿真结果,实验结果表明,通信周期不完全同步可以减小报文时延,网络出现故障后,改变生成树根节点位置使最大报文时延增加近34%。

DIS的多武器模拟器训练系统

现有的武器系统模拟器大多是对单个武器系统平台的性能仿真,利用DIS可以将它们联结成多武器平台的作战环境下的对抗仿真。在分析基于DIS的多武器系统模拟器训练系统的基础上,确定了系统的仿真框架,介绍了系统中通信的实现方法,并介绍了系统的工作过程。

列车通信网安全性分析

列车通信网(TCN)是在开式列车上使用实时协议的数据通信局域网,它由多功能车辆总线MVB和绞线式列车总线WTB构成。列车通信网采用了强有力的数据差错控制措施和监视数据帧,保证了高速运行列车的安全。该文分析了列车通信网中的各种安全性措施,并与传统局域网进行了比较。

列车通信网安全性研究

列车通信网(Train Communication Network)是一个集列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准(IEC-61375-1),它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)。为保证列车在高速运行中的安全性,列车通信网采用了数据差错控制和监视数据帧。本文着重分析了高速列车中的各种安全性措施.

基于列车实时数据协议的以太网高速通信技术

为了满足列车通信网络中过程数据与消息数据传输的需要,在可扩展处理平台上,设计了一种基于列车实时数据协议(TRDP)的以太网网卡,并在此基础上提出一种片间总线接口方法,实现了对过程数据和消息数据的实时交互,解决了传统片间总线速率低的问题;同时利用串并联端接电阻,从硬件上改善了高速片间总线的信号完整性,保证了高速模式下过程数据与消息数据的实时交互;在所搭建的研究测试平台上,实现了TRDP对过程数据的高速传输。

磁浮交通系统动力学分布式协同仿真接口的设计与实现

针对磁浮列车与桥梁及外部空气流场动力相互作用的数值仿真分析,首先采用多体动力学SIMPACK、有限元分析ANSYS、流体动力学CFD/FLUENT等大型通用仿真软件,建立流固耦合、机电耦合、结构刚弹性耦合的高速磁浮列车耦合大系统动力学模型,然后使用分布式耦合仿真平台进行联合仿真,实现高速磁浮列车的数值仿真和参数优化分析。对于SIMAPCK与分布式耦合仿真平台数据交互的问题,提出了借助Matlab/SIMULINK等工具开发出SIMPACK与耦合式分布式平台的接口。仿真算例表明,开发的接口模块实现了不同数值分析模型之间实时数据的可靠交互,分布式协同仿真计算结果准确可信。

基于列车实时以太网过程数据通信研究的设计

随着以太网技术逐渐走向成熟,列车上的实时以太网的应用需求日渐增加,尤其是近几年发展迅速的高速列车组。国际电工委员会将以太网列车骨干列入了IEC61375新的标准中后,针对列车上通信主要使用的过程数据的研究也日渐深入。使用列车控制单元VCU(Vehicle Control Unit),使用显示屏作为终端设备,以太网列车列车骨干网节点ETBN(Ethernet Train Backbone Node)作为网关,交换机来模拟列车间的列车实时数据协议-过程数据(TRDP-PD)通信。

基于列车实时数据协议AES加解密算法的实现

随着高速列车智能化集成度不断的提高,传输数据量的增大推动了TRDP(列车实时数据协议)技术的发展,与此同时,也为移动网络随意接入列车网络并恶意篡改通信数据提供了可能性。因此,提出搭建TRDP通信网络平台,在TRDP传输数据帧的基础上增加AES加/解密技术,实现对数据的加密和解密处理。结果显示,重要控制指令数据经过加密后,成功的避免了未知网络设备对列车传输数据的读取和篡改。为列车通信传输质量提供了基本保障。

列车实时以太网通信与监视软件的设计与开发

随着列车控制系统向智能化、网络化发展,列车实时以太网技术的研究逐渐成为热点课题。首先介绍了列车实时数据协议及TCNOPEN协议栈,然后在此基础上设计并开发了列车实时以太网通信与监视软件,包括通信参数的配置、过程数据通信、消息数据通信、数据的实时显示、用户界面设计、列车网络状态监视等。重点介绍了软件在开发过程中的要点和难点。最后,通过与列车控制单元和车载显示屏通信,验证了上位机软件开发的正确性、实用性。

基于以太网的城轨列车网络系统设计

针对当前城轨列车中大数据量信息传输、智能诊断、旅客娱乐信息服务一体化的多服务高性能综合业务需求,文中设计了一种基于以太网总线的列车网络系统。通过阐述基于梯形拓扑的列车网络结构以及组网交换机中环协议和VLAN的配置方法,实现了网络系统、PIS系统、火警系统和维护网的多网融合列车网络设计,并进一步研究基于TRDP的通信接口在新一代智能化列车网络系统中的实际应用,验证了列车网络系统的数据传输和控制功能。

TDCS/CTC系统路局中心网络防火墙桥接模式

TDCS/CTC系统作为铁路运输指挥的重要行车设备,系统网络安全是保障其正常运行的因素之一,防火墙是重要的网络安全设备。简单介绍防火墙在TDCS/CTC系统中应用情况及接入模式,并根据TDCS/CTC系统的特点详细分析中心网络的2种防火墙接入模式(路由模式和桥接模式)及透明桥接模式的优势。

基于工业以太网的列车网络控制系统研究及应用

阐述了基于工业以太网的列车网络控制系统关键技术,对网络系统拓扑结构、实时性和可靠性进行了研究,基于实际工程项目,采用了交换式以太网、环形拓扑结构以及关键设备冗余的设计方案,完成了实时数据通信协议的开发。试验证明,该网络系统实时性与可靠性满足标准和实际运用要求。