基于以太网的列车通信网络性能仿真研究
基于实时以太网的列车重联研究
科学技术创新基于实时以太网的列车重联研究魏涛(株洲中车时代电气股份有限公司,湖南株洲412000)当前国内主流的TCN (列车控制网络)一般由M V B (多功能车辆总线)与W TB(绞线式列车总线)构成。
M V B 是车辆级总线,连接单个车辆单元内的终端设备,最大数据传输速率为1.5M bps ;W TB 是列车级总线,连接各动态编组车辆单元,最大数据传输速率为1M bps 。
随着铁路信息化、智能化建设推进,视频影音等对列车网络通信带宽、时延、灵活性等方面提出了更高要求[1]。
传统TCN 网络数据传输速率难以支撑多媒体音视频数据传输。
在此背景下,列车以太网编组网络ECN 和以太网骨干网络ETB 结合的列车以太网通信技术应运而生[2]。
对列车实时以太网重联技术进行研究,骨干网侧实现大流量数据传输、贯穿重联列车,能有力扩大载客量、提高运行效率。
1列车实时以太网重联技术列车重联是指列车间进行连挂运行,可扩大载客量、提高运行效率。
两车之间采用车钩连接,车钩中电气电路完成电气信号的互相连通。
重联列车采用以太网作为媒介,在骨干网侧传输重联相关信息,基于TTD P(列车拓扑发现协议)建立拓扑,在物理和逻辑上成为拓扑信息达成一致一体。
实时以太网重联与传统TCN 网络重联相比,速率更快、时延更小、组网更灵活[3]。
2重联关键技术研究2.1跨编组寻址技术终端设备跨编组通信时,要根据相关标准得出对方全局地址[4]。
结合图1描述跨编组寻址过程,编组子网1终端设备A (本地子网地址10.0.1.200),要访问编组子网2终端设备D (本地子网地址10.0.1.100)。
地址映射规则[5]为00001010.1bb00000.00000000.v0t t t t t t ,解释如表1。
得D 全局地址10.128.129.100,通信报文源地址10.0.1.200,目的地址10.128.129.100。
经1编组ETBN 将源地址转变为全局地址10.128.65.200。
基于交换式以太网的TCN仿真研究及分析
基于交换式以太网的TCN仿真研究及分析
邢震;康洪军;马连川;穆建成
【期刊名称】《铁道机车车辆》
【年(卷),期】2012(032)005
【摘要】针对传统列车通信网络(Train Communication Network,TCN)难以满足下一代列车通信网络的带宽需求,提出了基于交换式以太网的TCN解决方案,建立了基于交换式以太网的列车通信网络拓扑结构和通信协议栈模型.在满足网络强实时性方面,进行了相关改进.然后通过VxWorks试验平台进行试验验证,结论是这种新方案在较大提高网络带宽的同时,能保证网络的确定性和实时性,能很好地满足传统TCN网络传输数据的要求,证明了基于交换式以太网列车通信网络代替TCN的可行性.
【总页数】5页(P1-5)
【作者】邢震;康洪军;马连川;穆建成
【作者单位】轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京100044;北京交通大学电子信息工程学院,北京100044;唐山轨道客车有限责任公司,河北唐山064000;北京交通大学电子信息工程学院,北京100044;轨道交通运行控制系统国家工程研究中心,北京100044;铁道部科技司,北京100844
【正文语种】中文
【中图分类】U285.41
【相关文献】
1.基于交换式以太网安全通信协议的模型和仿真研究 [J], 张岩;唐涛;马连川;徐田华
2.基于交换式以太网的热工控制系统的仿真研究 [J], 李超
3.基于Stateflow的TCN列车通信网络仿真分析 [J], 王磊;何正友
4.基于OPNET的交换式以太网实时性仿真分析 [J], 宫丽宁;徐玉斌;牟肖光
5.基于交换式以太网的TCN设计与实时性能分析 [J], 邢震;贾步超;穆建成;马连川因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于以太网的列车通信网络性能仿真研究
基于以太网的列车通信网络性能仿真研究裴子秀;谭献海【摘要】给出了一种基于工业以太网的列车通信网络体系结构。
在对实际列车业务流量进行建模的基础上，利用网络仿真软件 OPNET 建立了以太网列车通信网络仿真模型，研究了车载工业以太网在进行大容量信息传输过程中的以太网时延、网络载荷、丢包率及以太网的极限流量等关键性能。
仿真结果表明：通过合理设置网络参数，以太网可以满足列车通信网络对带宽和数据传输时延的要求，将以太网用于高速列车网络系统具有充分的可行性。
%This paper presents a train communication network architecture based on the industrial Ether-net. Based on the actual train traffic modeling as well as the Ethernet network train communication simu-lation modeling established by using network simulation software OPNET,the key performances were stud-ied such as the critical delay,network load,packet loss rate and the ultimate flow of the vehicle Industrial Ethernet in the process of high - capacity information transmission. Simulation results show that a reasona-ble setup of network parameters can make the Ethernet to meet the train communication network band-width and data transmission delay requirements,which shows a full feasibility to use the Ethernet network for high - speed train system.【期刊名称】《西南科技大学学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】6页(P66-71)【关键词】列车通信网络;以太网;网络仿真;业务流量建模【作者】裴子秀;谭献海【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院四川成都 610031;西南交通大学信息科学与技术学院四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TP391.9;U285随着客运专线和高速铁路的不断发展，列车通信网络的应用需求不断提高，出现了一些新型应用服务需求，例如视频监控、旅客信息系统、网络诊断等，使得列车通信网络的通信量急剧增加［1］。
基于以太网仿真的CRH2型动车通信网络监控系统
基于以太网仿真的CRH2型动车通信网络监控系统孙小盛;谭献海;侯世良【期刊名称】《铁路计算机应用》【年(卷),期】2012(21)11【摘要】本文在已开发的基于以太网的ARCNET仿真平台基础上,研究并实现一个CRH2型动车通信网络监控系统,利用该系统可以直观地理解CRH2型动车通信网络的动态工作状况,为ARCNET网络监控的研究提供参考.基于以太网的ARCNET 仿真平台,对监控系统的功能需求作深入分析,详细介绍系统的实现方案和技术路线,对监控系统运行结果进行分析验证.验证结果表明,监控系统可以正确、有效地监控仿真平台的运行状态.%The CRH2 EMU Communication Network Monitoring System based on Ethernet was implemented. This System could help people understand the dynamic working status of CRH2 EMU communication network and provide reference for the research of real ARCNET network monitoring. The ARCNET simulation platform based on Ethernet was introduced. And the function demand of the System was deeply analyzed. After that the implementation method and technical line were introduced. Finally the paper analyzed and verified the running result which indicated that this System could monitor the running status of the simulation platform correctly and efficiently.【总页数】5页(P45-49)【作者】孙小盛;谭献海;侯世良【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院,成都 610031;西南交通大学信息科学与技术学院,成都 610031;西南交通大学信息科学与技术学院,成都 610031【正文语种】中文【中图分类】U285;TP393【相关文献】1.以太网在CRH2型长编组动车视频娱乐系统中的应用分析 [J], 蔡蕾2.CRH2型列车通信网络系统仿真 [J], 周锋;刘雄飞;葛诗春3.CRH2型动车通信网络协议分析系统的设计与实现 [J], 于庆坡;谭献海4.基于以太网的CRH2动车组通信网络仿真研究 [J], 侯世良;谭献海;孙小盛5.基于ADAMS的CRH2型高速动车组建模与仿真 [J], 郑松;刘海娥因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于以太网通讯的高速列车智能调试技术
基于以太网通讯的高速列车智能调试技术摘要：近几年随着高速列车组的发展以及以太网技术的成熟，对列车智能化、舒适化、安全可靠性提出了更高的要求。
而传统的列车控制网络大多采用现场总线网络技术，国内针对以太网列车控制网络方面的研究还刚刚起步，尚存在许多技术问题有待进一步研究解决。
原本基于MVB网络的智能调试诊断装置已经无法应用于以太网通信中，本文主要研究了基于以太网通信的高速列车通信网络仿真技术，实现对以太网网络平台车辆的单车调试任务。
关键字：高速列车；以太网通信；单车调试；TRDP；ComId1 引言列车控制网络系统是动车组的核心组成部分，主要负责动车组的制动、车门、牵引、空调、辅助供电等系统控制、诊断及监视等。
但随着列车运行速度的不断提高，以及控制网络应用需求的不断扩展，要求列车网络系统具有较高的实时性和较好的可维护性。
而传统的列车控制网络（现场总线网络技术）已经无法满足上述需求，而以太网具有数据传输速率高、应用范围广泛、组网灵活性能好、集成度高、成本较低等优点，以太网通信必将成为列车控制网络的未来发展方向之一。
时速400公里及以上高速客运装备关键技术项目已经全面采用以太网控车，由于以太网通讯和TCN通讯协议完全不同，数据包的接收和传输完全不同，现有的基于MVB网络的智能调试诊断装置无法应用到以太网通信的列车上，需研究基于以太网网络通信的智能调试技术，以满足时速400公里及以上高速客运装备关键技术项目的单车调试需求。
本文研究了基于以太网的通信网络仿真技术，通过硬件的开发及上位机应用软件的编制搭建以太网工作环境，建立被测试车辆与以太网单车试验台之间的通讯，模拟车辆中央控制单元的功能，对被测试车辆的I/O功能、通信功能、接口功能进行测试，实现对以太网网络平台车辆的单车调试任务以满足生产调试需求，使车辆各项功能能够得到有效的保障。
2 UDPUDP （User Datagram Protocol）用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联）参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。
基于交换式以太网的TCN仿真研究及分析
是将 Ｔ Ｎ 网络 中的 Ｒ Ｃ ＴＰ协议用 实 时协议 层表示 ， 在 并
＊十 一 五 国家 科 技 支 撑 计 划 （ 。 ９ Ａ ２ Ｏ 一 １— ２ ０ Ｂ Ｇ１ Ａ １Ｆ ５２与 ２ ０ Ｂ ０ ９ ＡＧ１ Ａ １Ｆ ５３ ， 道部 科技 计 划 （０ １ ０ ５Ａ） ２ ０ － １－）铁 ２１Ｘ ２－ 邢 震 （９ ７ ） ， １８ 一 男 山东 海 阳人 ， 士研 究 生 （ 回 日期 ：０２ ０ — １ ） 硕 修 ２ １ — ５ ８
关 键 词 交 换式 以太 网 ； Ｃ Ｔ Ｎ； 拟 链 路 ；Ｖ ｗｏ ｋ 虚 ｘ ｒｓ 中 图 分 类 号 ： ８． １ Ｕ２ ５ ４ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ ～ ７ ４ ． ０ ２ ０ ． １ ｏ：０ ３ ６／． ｓ ．０ ８ ８ ２ ２ １ ． ５０ ｓ
为 了进 一 步 验 证 基 于交 换 式 以太 网的 Ｔ Ｎ 方 案 Ｃ
的实 时性 能 ， 建 了一 个 基 于 Ｖｘ ｒ ｓ的 仿 真 系统 。 搭 ｗｏｋ 该仿 真 系统模拟 了如图 １的列车 通信 网络 系统 ， 中交 其
为 了能很 好 的与现 有 的 Ｔ Ｎ 网络融 合 ， 文使 上 Ｃ 本 层 的实 时 协 议 层 完 全 符 合 ＴＣ 中 的 实 时 协 议 规 定 。 Ｎ 但 这样做 的 同时 ， 要求下 层 为实时协 议层 提供传 输周 也 期 性数据 和非 周期性 数据 的服 务 ， 对此 我们 设计 实时虚 拟 层 。它的特 点是 为上层 提供进 程数 据 、 消息数 据和监
基于工业以太网的高速列车通信网络仿真
Ｈｉ ｇ ｈ－ ｓ ｐｅ ｅ ｄ Ｔｒ ａ ｉ ｎ Ｃｏ ｍ ｍ ｕｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｄｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｅｔ ｈｅ ｒ ｎ ｅ ｔ
ＺＨＡＮＧ Ｚｈ ｉ — ｇ ｕ ｏ
太 网的 高实时性和低延迟 的调 度算法 。经仿真 实验研 究表明 ， 该优化调 度算 法的性 能优 于基 于传 统 的端到端 队列数据
传 输算 法 １ ０倍 。
关键词 ： 以太 网；可靠性 ；调度算 法；低延迟 ；实时性
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文 献标 识 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ｔ ０ ０ ６ — ２ ４ ７ ５ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ９ ． ０ ０ １
张ห้องสมุดไป่ตู้志 国
（ 朔黄铁路 肃 宁分公 司 ， 河北 肃宁 ０ ６ ２ ３ ５ ０ ）
摘要： 为解决在 列车以太 网通信 中的 实时性 、 低 延迟和可靠性 问题 ， 研 究铁路传输 网 目前 的发展 状况 ， 基于 Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ３ ７ ５ － ２ — ５
标 准和 Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ３ ７ ５ ￣－ ４标准 ， 分析影响 以太网的主要 因素 。基 于现 有研 究基础 ， 提 出一种应 用在列 车通信 网， 基 于工 业以
（ Ｓ ｈ ｕ ｏ Ｈ ｕ ａ ｎ ｇ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ Ｓ ｕ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ，Ｓ ｕ ｎ ｉ ｎ ｇ ０ ６ ２ ３ ５ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｅ ｉ ｔ ｙ， ｌ Ｏ Ｗ ｒ ｅ ｔ ａ ｒ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｃ Ｏ Ｉ Ｔ ｅ — ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ．ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ．
轨道交通用CAT7类以太网电缆仿真设计研究
轨道交通用CAT7类以太网电缆仿真设计研究郭玉林1、袁保平1、刘汉猛2、李亚明1、刘永青1关键词：CAT7以太网电缆；近端串音；仿真设计0 引言列车通信网络（Train Communication Network，TCN）属于列车上的一种特殊的工业控制局域网，在列车上一般以现场总线的形式应用，目前在各型列车上用作TCN的总线协议及最大通信速率的总线电缆一般包括WTB(1Mbps)，MVB(1.5Mbps)及CAN BUS(1Mbps)，但是随着TCN通信数据量的增加，工业以太网因为高速传输速率和广泛的兼容性优势，成为了下一代TCN的主流发展方向。
其中CAT7类以太网电缆最高传输速率可达到600Mbps，但是更高的传输性能的CAT7类以太网电缆需要更加严苛的电磁兼容设计，而数据电缆在设计之初往往只停留在理论计算上，从产品研制开发到实际生产验证需要很长的周期，大大加大了产品的研制成本和周期，我们使用的是一款专门针对数据电缆传输性能仿真的设计软件，用户可以在软件对电缆的材料和结构进行设计，然后对设计参数进行小幅修改，从而得到电缆传输性能对材料及集合结构的变化情况。
我们可以借助仿真软件对数据电缆进行仿真设计，以此来减少数据电缆的研制周期和成本。
1 产品结构设计图 1 CAT7 4×2×24AWG,100 OHM以太网电缆结构图通过均匀传输线的理论方程我们可以推导出以太网电缆线对的衰减α与导体直径D c，、绝缘外径D i，、绝缘材料的相对介电常数ɛ以及损耗角的正切值tan(δ)相关，即：。
为保证产品的传输性能、电性能，减少信号在整个传输线路上的衰减，保证数据电缆的阻抗均匀性，通过理论计算，初步确定了产品的各部分结构，利用仿真软件的结构设计功能画出轨道交通用CAT7 4×2×24AWG,100 OHM以太网电缆的结构图，具体的结构图见图1。
通过固定CAT7 4×2×24AWG,100 OHM以太网电缆的Dc及Di，我们可以利用仿真软件更改绝缘材料的相对介电常数ɛ以及损耗角的正切值tan(δ)，并且还可以通过调整电缆的屏蔽材料结构仿真出不同材料的ɛ及tan(δ)下的传输性能，而具体绝缘材料的数据可以从材料厂家的材料物性表中获取。
基于OPNET的列车通信网络仿真研究的开题报告
基于OPNET的列车通信网络仿真研究的开题报告一、研究背景及意义随着高速铁路的发展，列车通信网络作为一种关键的基础设施得到了广泛应用。
列车通信网络可以为车内和车外的通信提供支持，实现运输过程中的信息共享和传递。
另外，列车通信网络也可以为智能交通系统提供数据支持，促进交通流量的优化调控。
目前，列车通信网络研究已经成为该领域的一个研究热点。
为了更好地实现列车通信网络的设计、优化和管理，必须对列车通信网络进行细致深入的研究。
OPNET作为一种有效的仿真软件，可以提供高质量的仿真环境，为列车通信网络的研究提供必要的支持。
因此，基于OPNET 进行列车通信网络的仿真研究具有很高的实用价值和研究意义。
二、研究内容本研究旨在利用OPNET软件建立列车通信网络仿真模型，探究列车通信网络的通信机制、性能和优化策略等方面。
具体包括以下内容：1. 建立列车通信网络仿真模型：建立列车通信网络仿真模型，并考虑列车通信网络的拓扑结构、网络协议、通信技术等因素。
2. 分析列车通信网络的性能：在仿真模型中分析列车通信网络的传输性能、接入性能、网络效率等性能指标，研究列车通信网络的性能特点及其对网络性能的影响因素。
3. 探讨列车通信网络的优化策略：针对列车通信网络出现的性能问题，提出相应的优化策略，探讨列车通信网络的优化方案，并通过仿真实验验证其有效性和可行性。
三、研究方法本研究采用基于OPNET的仿真方法，通过构建列车通信网络仿真模型，分析列车通信网络的性能表现，探讨不同优化策略对网络性能的影响，并通过实验验证优化效果。
四、预期成果本研究的预期成果包括：1. 建立基于OPNET的列车通信网络仿真模型，包括网络拓扑结构、通信协议和传输技术等方面的模拟。
2. 分析列车通信网络的性能，包括网络传输性能、接入性能、网络效率等性能指标，探究影响性能的因素。
3. 探讨列车通信网络的优化策略，提出相应的优化方案，并实现优化效果的仿真验证。
五、论文组成部分本研究论文主要包括以下部分：1. 绪论：介绍研究的背景、目的和意义，总体扼要阐述研究的内容、研究方法和预期成果。
基于以太网技术的列车网络系统研究
基于以太网技术的列车网络系统研究余军【摘要】列车网络控制系统是动车组的核心组成部分,对动车组的运行具有非常重要的作用.从现阶段的研究来看,列车网络系统的研究,多半集中在技术层面,力求应用较为先进的技术,完成对列车的有效控制,提高列车运行的速度、效率、安全性等等.从已经掌握的技术来看,以太网技术在目前受到了广泛的欢迎,并且在客观上、主观上均取得了非常优秀的成绩,是我国主要应用的列车网络系统的控制技术.以太网技术在应用过程中,可节省较多的工作成本,实现对列车网络系统的全面控制,未来的拓展空间较大,值得深入研究.【期刊名称】《数字技术与应用》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】1页(P48)【关键词】以太网;列车;网络系统;研究【作者】余军【作者单位】江西省南昌市轨道交通地铁运营有限公司江西南昌330002【正文语种】中文【中图分类】TP273对于列车网络控制系统而言，在实际的研究和应用中，主要的目的在于，实现对动车组的有效牵引、制动、辅助供电、车门等控制、监视、诊断，减少一系列安全事故的出现，需在多方面完成技术水平的进步和运行水平的提升。
以太网技术作为目前比较突出的技术，在很多方面都完成了技术体系的健全和应用效果的提升，因此得到了业界的广泛肯定。
从客观的角度来分析，现阶段的列车网络系统，多数是将以太网技术作为基础的技术内容，总体上取得的积极成果，是比较值得肯定的。
在此，本文主要对基于以太网技术的列车网络控制系统进行研究。
列车网络系统的研究和实施，与基础技术具有密不可分的关系。
目前，比较常用的技术有两种，分别为以太网技术和MVB技术，两种技术都具有各自的优势和劣势，在实际应用中，均为我国的列车网络系统控制提供了较大的帮助。
从优势上来分析，以太网技术在实际的应用中，成本相对较低；在可靠性方面是比较突出的；以太网技术的开放性是比较好的，能够与其他的技术联合应用，不会产生较多的冲突，属于“一专多能”的技术类型。
基于OPNET的列车工业以太网仿真研究_丁超义
第35卷第2期2010年4月 广西大学学报:自然科学版Journal of Guangxi University:Nat Sci Ed Vol .35No .2A r p.2010 收稿日期:2009210222;修订日期:2009211212 基金项目:国家863资助项目(2009AA04Z410);广西科技攻关项目(0992006-4) 通讯联系人:苗 剑(19742),男,广西桂林人,广西大学副教授,博士;E 2mail:m iaojian22@ 。
文章编号:100127445(2010)022*******基于O PNET 的列车工业以太网仿真研究丁超义,苗 剑,贺德强,章 睿(广西大学机械工程学院,广西南宁530004)摘要:列车通信网络因为其传输速率的限制,无法满足大流量的视频监视和故障诊断信息的传输。
工业以太网虽然有大的传输速率,但是实时性和确定性却不能得到保证。
本文利用网络仿真软件OP NET 建立工业以太网列车通信网络的网络拓扑结构模型、节点的应用层进程模型和链路层进程模型并进行仿真,研究不同载荷和带宽下以太网延时、服务器载荷和链路使用率的变化,结果表明:通过增加网络带宽可明显改善网络的性能。
关键词:列车通信网络;工业以太网;OP NET中图分类号:TP14 文献标识码:AS i m ul a ti on of tra i n i n dustr i a l Ethernet ona O PNET 2ba sed Comm un i ca ti on networkD I N G Chao 2yi,M I A O J ian,HE De 2qiang,ZHANG Rui(College ofM echanical Engineering,Guangxi University,Nanning 530004,China )Abstract:Because of its restricti ons on transfer rate,Train Communicati on Net w ork can πt meet the need of high l oad video surveillance and tr oubleshooting traffic 1A lthough industrial Ethernet has large band width,real ti m e and deter m inistic perfor mance can not be guaranteed 1This design by using OP NET net w ork si m ulati on s oft w are t o set up industrial Ethernet net w ork πs train net w ork t opol 2ogy model,the app licati on layer p r ocess node model,p r ocess model for link layer and run si m ula 2ti on 1Ethernet delay,server l oad and link point t o point utilizati on under different l oad and band 2width is studied 1Net w ork perf or mance could be i m p r oved by increasing the net w ork bandwidth 1Key words:Train Communicati on Net w ork;industrial Ethernet;OP NET 列车通信网络经过几十年的发展,形成了Train Communicati on Net w ork 、Cnotr ollerAera Net w ork 、Lon 2Works 、Device Net 、H igh way Addressable Re mote Transducer 等标准[122],虽然这些标准在传输小流量数据信息(如检测信息、状态信息、控制信息等)方面实时性和确定性高,但是这些技术主要是低速总线产品,数据吞吐能力有限,无法满足大流量的故障诊断信息和视频监视信息传输。
以太网技术在列车通信网络中的应用探究
以太网技术在列车通信网络中的应用探究作者：王中尧来源：《中国管理信息化》2018年第16期[摘要]目前，已有列车通信网络无法满足传输信息的需求，在这样的情况下，将同时共存工业以太网和CAN总线的方案提出来具有非常重要的作用。
基于此，本文对这种方案和列车通信网络的组成进行了具体的研究与分析。
[关键词]以太网技术；列车通信网络；CAN总线doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.16.066[中图分类号]TP 393；U285.5 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2018）16-0-02传统的现场总线已经无法满足当前列车传输信息的要求，所以逐渐将工业现场总线应用在列车系统中，部分国内列车将CAN和RS485等现场总线在已有列车通信网络的基础上引入，但是由于以太网具有特殊的通信机制和复杂的列车环境，导致其应用并不广泛。
另外，传统工业现场总线具有较高的实时性和抗干扰性，但依然存在许多问题，如较低的通信速率和较少的传输数据量、只支持单一的网络拓扑，这会在很大程度上影响组网的灵活性，在数据交换中需要专门的网关设备等，这些问题都导致列车信息传输的需求无法得到满足。
所以具体研究以太网技术在列车通信网络中的应用具有非常重要的现实意义。
1 共存工业以太网与CAN现场总线的方案1.1 比较工业以太网总线和CAN总线应用在不同的工业信息化网络领域，是工业以太网和CAN总线最明显的差别。
目前，主要在最上层的企业信息管理网络和中间过程的监控网络中应用工业以太网，这些网络终端设备之间具有相对较长的交换信息的报文和较大的数据吞吐量，所以这就需要很大的网络宽带，但是在实时性方面并没有严格的要求，所以主要由工业以太网组成该部分。
一般在底层现场设备层网络应用CAN现场总线，其与工业以太网的要求正好相反，即严格要求通信具有实时性，但是并没有严格的网络传输的吞吐量要求，而且其具有较小的开发难度。
基于以太网的列车骨干网性能研究
基于以太网的列车骨干网性能研究李元轩;高枫;孔元;赵红卫【摘要】为满足未来列车网络承载大数据量传输需求,设计基于以太网的列车骨干网网络架构.在分析列车骨干网的特点的基础上,完成了列车骨干网节点的软、硬件开发,并进行了网络性能的相关测试,测试结果表明,基于以太网的列车骨干网络具有高数据吞吐量、高传输可靠性的特点,证明了基于以太网技术的列车骨干网络方案的可行性.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2015(035)006【总页数】5页(P11-14,18)【关键词】列车以太骨干网;列车以太骨干网初运行;网络性能【作者】李元轩;高枫;孔元;赵红卫【作者单位】中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081;中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081;中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081;中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U285.5+4随着高速铁路技术的快速发展，列车网络承载的传输业务也日趋多样化，在网络吞吐量、可靠性等方面对列车通信网络有更高的要求。
列车网络需具有能够满足多种数据信息的传输能力，如：列车控制信息传输、诊断信息传输、视频监视信息传输、旅客信息传输及多种多媒体信息传输等。
信息传输量大大增加，网络结构有日益复杂化的趋势。
现有诸如TCN ( WTB/MVB )[1] 、LonWorks[2]、CANOpen[3]、ArcNet[4]、WordFIP[5] 等列车通信网络，因具有实时性好和确定性高的特点，在现阶段被广泛应用。
但是，现有这些网络技术所能完成的传输速率较低(一般不超过10 Mbs)，网络拓扑较单一，无法满足大吞吐量和灵活组网的需求；此外，由于承载的业务具有多样性，在实际网络应用中存在多种不同类型的网络设备，会造成网络结构复杂、相互通信存在困难、装备质量体积无法缩小等现实使用问题。
在下一代铁路车辆车载网络研究中，目标之一是构建统一结构、具有高可靠性、大数据吞吐量能力、能同时承载多种业务的新一代列车网络。
基于实时以太网的列车网络系统拓扑形式研究
基于实时以太网的列车网络系统拓扑形式研究摘要：基于实时以太网技术，介绍了列车网络系统主干网常用拓扑形式，并在带宽、冗余性、可靠性等方面进行了对比分析，为列车网络系统拓扑设计提供参考。
关键词：以太网，环形拓扑，双线性拓扑，可靠性1 前言列车网络控制系统（TCMS）是城铁车辆的神经中枢，实现列车控制、诊断和监视。
TCMS主干网有多种通信方式，如MVB、CAN-Open、LonWork、以太网等，实现TCMS系统设备之间及TCMS系统与车辆各子系统之间的信息交互[1]。
随着通信技术的快速发展，实时以太网凭借其自身高速率、高带宽等优势，逐渐成为国内外轨道交通行业TCMS系统主干网的主流通信方式。
以太网通信周期更短，通信速率是MVB的60多倍，单个报文传输的数据量大，至少是MVB网络的30多倍。
实时以太网通信网络具有更大的数据吞吐量和更高的传输实时性，进而提升整车的性能。
TCMS系统主干网的以太网组网形式通常有环形拓扑和双线性拓扑两种，本文对这两种拓扑形式进行介绍，对比分析其优缺点。
2 网络拓扑介绍以某8辆编组城铁车辆为例，介绍环形拓扑和双线性拓扑结构。
2.1环形网络拓扑图1 环形网络拓扑示例以太网拓扑结构说明：TCMS系统按照IEC61375标准规定的列车通信网络组建，所有具有以太网口的子系统，通过实时以太网点对点接入，实现实时以太网通信，列车网络控制系统采用环形拓扑+星型拓扑的复合式拓扑结构方案。
以交换机为核心，构建环形冗余的网络。
列车级网络与车辆级网络采用冗余传输机制。
TCMS系统设备采用两个以太网接口接入车辆级网络，其他子系统设备采用以太网总线接入车辆级网络。
TCMS系统设备间以太网通信协议符合IEC61375 TRDP+SDT安全通信协议要求，保证通信的实时性与安全性。
干路以太网总线数据通讯速率为1000Mbit/s[2]。
连接到TCMS系统的各个子系统的控制单元提供两路以太网接口，这些子系统包括包括：牵引控制单元、制动控制单元、辅助控制单元、空调控制单元、门控单元、列车乘客信息显示单元、火灾报警单元、弓网监测单元、障碍物检测系统以及走行部检测系统。
轨道交通以太网一致性测试研究及仿真设计
现代电子技术Modern Electronics TechniqueJul.2023Vol.46No.142023年7月15日第46卷第14期0引言以太网作为列车通信网络（Train CommunicationNetwork,TCN ）制式，被广泛应用于各种轨道交通列车控制特定场景。
在IEC61375系列标准中，明确定义了连接车辆内部各种设备的参数要求[1‐2]。
为了确保不同设备制造厂家生产设备的兼容性，标准要求须对各接入设备开展一致性测试，以确保车辆内不同厂家生产的以太网产品能满足“互联互通”。
目前对列车MVB 网络的一致性测试形成了相关标准[3]，在全球范围内广泛应用。
国内外对以太网的一致性测试开展了部分研究，R&SRTO 发布了以太网接口示波器测试方案，一致性测试满足EEE 与ANSI 以太网测试标准；安捷伦公司（Agilent ）推出了以太网一致性测试软件[4]；福禄克（Fluke ）公司研发了测试仪，可以快速诊断以太网通信故障点位。
目前对以太网的研究主要集中在对物理层一致性测试试验台以及网络性能仿真分析方面[5]，而关于列车广泛应用的百兆以太网一致性测试原理、方法和通信接口的电路设计方面研究还不够深入。
本文从典型的车载以太网物理层、应用层一致性测试入手展开原理分析和研究，并指导以太网通信电路选型和设计。
1一致性测试以太网是物联网（IoT ）的重要接口之一。
以太网设计遵循IEEE 802.3标准，该标准定义了7层OSI 模型的物理层和数据链路层[6]，并规范了波形特征。
依照该标准设计能够确保和全世界所有其他设备的兼容和交互，否则可能会出现传输问题和数据丢失。
一致性测试保证设计能够符合标准。
物理层一致性测试和应用层一致性测试都是黑盒测试，性能测试是依据性能指标对测试协议的参数进行DOI ：10.16652/j.issn.1004‐373x.2023.14.015引用格式：徐东超，李国斌，林晓琳，等.轨道交通以太网一致性测试研究及仿真设计[J].现代电子技术，2023，46（14）：80‐84.轨道交通以太网一致性测试研究及仿真设计徐东超，李国斌，林晓琳，李宗亮（中车青岛四方车辆研究所有限公司，山东青岛266001）摘要：以太网作为列车通信网络（TCN ），已广泛应用于动车组、城轨列车，然而当前对于车载以太网的一致性测试仍集中在物理层测试。
基于交换式以太网的列车通信网络建模与性能分析
基于交换式以太网的列车通信网络建模与性能分析张玉琢;曹源;闻映红【期刊名称】《通信学报》【年(卷),期】2015(036)009【摘要】为了满足未来大容量、高速率、硬实时性的信息传输需求,将交换式以太网技术引入列车通信网络(TCN,train communication network).针对不同优先级消息,根据其通信调度方式对传输过程建立了TCN的确定与随机Petri网(DSPN,determined and stochastic Petri nets)模型,比较了交换机不同调度算法对时延的影响,并分析了消息数目和产生周期,以及消息数目和吞吐量的关系.实验结果表明,采用优先级调度算法能在牺牲非实时数据时延的条件下降低实时数据的时延,验证了采用交换式以太网的TCN吞吐量远超过现有的TCN,并且能够为今后的设计和优化提供理论依据.【总页数】7页(P181-187)【作者】张玉琢;曹源;闻映红【作者单位】北京交通大学电子信息工程学院,北京100044;北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心,北京100044;北京交通大学电子信息工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U285【相关文献】1.交换式以太网NC建模与实时性能分析 [J], 王晓欣;刘鲁源;刘昆;马津艳2.基于交换式以太网的列车通信网络实时性研究 [J], 王涛;王立德;周洁琼;申萍3.基于虚拟链路交换式以太网的列车通信网络可靠性分析 [J], 周洁琼;王立德;王涛;申萍4.基于交换式以太网的列车通信网络的交换机排队时延分析 [J], 周洁琼;王立德;王涛;申萍5.基于交换式以太网的TCN设计与实时性能分析 [J], 邢震;贾步超;穆建成;马连川因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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基于以太网的列车通信网络性能仿真研究
列车通信网络是列车通信的核心部分，它负责对整辆列车进行控制、检测，以及各种信息的采集和传送。
通过对子网拓扑结构，从网络时延、网络负载以及吞吐量、链路使用率方面进行分析。
研究表明，增加冗余可以满足列车以太网通信低时延、高实时性的需求，改善了吞吐量和链路使用率。
标签：以太网；拓扑；列车
随着客运专线和高速铁路的不断发展，列车通信网络的应用需求不断提高，以太网作为一种应用最普遍的标准网络技术，具有高的通信速率，可以满足对带宽的更高要求，同时还具有价格低廉、容易扩展、通用性强等优点。
因此组建采用以太网的列车通信网络非常有实际价值。
但是，由于列车本身运行环境的复杂性和以太网自身不确定性的缺点阻碍了以太网在列车通信网络中的应用。
本文通过构建以太网子网网络拓扑的不同模型进行仿真，分析不同的网络拓扑结构的网络时延、网络负载以及吞吐量、链路使用率。
一、列车通信网络构造
列车通信网络骨干系统主要部件包括列车信息中央装置、列车信息终端装置、列车信息显示器、车内信息显示控制装置、卡架、列车引导信息显示器等。
列车从车头到车尾，各个车厢编号如表一按照从左到右的顺序，也是整个列车通信网络的控制中心，头车中设置有由控制部分和监视器部分构成的中央装置，具有列车编组整体信息管理功能和向司机台信息显示器传送数据的功能。
各车厢分别设置有台终端装置，实现各车厢车载设备的控制功能和信息传送。
列车通信网络装置具有三大功能控制指令传送功能动车组牵引、制动、辅助电源等设备分散布置于列车各车辆，司机操作台布置在头车，控制指令通过信息网络，实现整列车集中控制。
监视器功能将列车信息显示在司机台的显示器上，使乘务员了解列车运行状态。
车载检测功能使列车检测自动化，实时检测记录列车设备状态，及时切除故障设备，避免故障扩大，记录的状态数据还可作为维修依据，减轻维护保养工作。
二、基于以太网子网网络拓扑结构的列车通信
1、TCP/IP协议列车通信网络采用TCP/IP协议[1]，该协议使用四层网络，其中底层的网络访问层包括物理层和数据链路层，而数据链路层又包括了逻辑链路控制子层以及介质访问控制子层。
应用层：为lnternet操作、文件传输、网络排错以及远程控制提供了所需的应用程序，同时还支持应用编程接口，使得网络能够被某一操作系统编写的程序所访问。
传输层：提供流量控制、确认服务和错误控制，充当网络应用程序的接口。
网际层：提供独立于硬件的逻辑寻址，从而让数据能够在具有不同物理结构
的子网之间传递。
提供路由功能降低流量，支持网间的数据传递。
实现物理地址与逻辑地址的转换。
网络访问层：提供与物理网络连接的接口。
针对传输介质设置数据的格式，根据硬件的物理地址实现数据的寻址，对数据物理网络中的传递提供错误控制。
2、子网网络结构拓扑图，基于以太网的交换技术组网，交换机成为通信网络的中间桥梁，交换机与所有终端设备直接连接[1]，由于终端设备过多或交换机过多，利用子网将路由器以及各个终端设备放在不同的子网中进行信息传输。
当以太网的交换技术以子网的形式在列车通信网络中应用时，为了比较不同数量的冗余，将所用到的子网网络拓扑结构分为直线形拓扑结构、环形拓扑结构以及双冗余环形拓扑结构三种，子网内部主要采用了三层结构：网络模型、节点模型、进程模型，在子网中采用了四个子网结合的三种拓扑结构图，分别创建了三种不同的网络场景，采用带宽10M以太网传输。
三、网络传输性能仿真结果
仿真实验中，首先验证所构建的子网网络拓扑结构仿真模型是否具有可行性，即是否能够查看网络时延、网络负载、数据吞吐量等，以及是否能够完成总体数据的发送和接收等相关的基础研究。
仿真中三种不同的子网网络结构按照要求，一共设置了三个仿真场景，其中仿真时间设定为1h。
以太网网络时延、网络负载和点对点吞吐量、链路使用率仿真结果其中，浅色代表直线形拓扑结构，略深色代表环形拓扑结构，深色代表双冗余环形拓扑结构。
列车通信网络的网络时延性能分析：在三种不同的子网网络拓扑结构进行仿真时，直线形拓扑结构的以太网网络延时最小，只有0.0275s左右；双冗余环形拓扑结构的以太网网络延时适中，在0.0325s左右；环形拓扑结构的以太网网络延时在三者之中达到最大，在0.0375s左右，这三种以太网子网网络拓扑结构在网络实时性方面都能满足列车的实时性要求，即延时小于0.04s。
列车通信网络的网络负载性能分析：在使用这三种不同的冗余拓扑结构的以太网时，网络负载都较为相似，其大小在4000bit/s左右。
相比之下直线形拓扑结构负载更大一些，而双冗余环形拓扑结构负载更小一些。
列车通信网络的点对点吞吐量性能分析：在三种不同的子网网络拓扑结构进行仿真时，双冗余环形拓扑结构的以太网点对点吞吐量最小，只有7000bit/s左右；直线形拓扑结构的以太网点对点吞吐量适中，在10000bit/s左右；环形拓扑结构的以太网点对点吞吐量最大，达到11000bit/s左右。
列车通信网络的链路使用率性能分析：在三种不同的子網网络拓扑结构进行仿真时，双冗余环形拓扑结构的以太网链路使用率最小，只有0.075s左右；直线形拓扑结构的以太网链路使用率适中，在0.1s左右；环形拓扑结构的以太网链路使用率最大，达到0.125s左右，如图。
从图可以分析出：这三种不同的网络拓扑结构中链路使用率大大低于25%的标准；此时，通信网络几乎不会发生数据报文的碰撞，能够保证网络中各种数据可靠、实时地传输[2]。
通过分析三组仿真可以发现，三种以太网子网网络拓扑结构虽然都能进行数据的发送和接收，而以太网子网直线形拓扑结构虽然时延较低，但负载较高，而列车以太网的通信网络需要低负载，显而易见，子网直线形拓扑结构是不能满足列车以太网通信网络性能要求的。
以太网子网双冗余环形拓扑结构时延适中，相较于其他拓扑结构而言负载更小，而列车以太网中的通信需要低时延、低负载以及低网络利用率，可见子网双冗余环形拓扑结构能够满足列车以太网通信网络性能要求。
参考文献：
[1]丁超义，苗剑，贺德强.基于网络的双向S7通信仿真[M].广西大学学报出版社，2014.
[2]苗剑，贺德强，丁超义. 基于工业以太网的列车通信网络及其仿真[J]. 计算机测量与控制，2012，（18 ）20.
[3]王周海，金谋平，范娟. 复杂大网络的仿真与优化设计[J]. 现代电子，2012，（1）17.。