探析基于时间触发机制的以太网在cbtc系统应用中的研究

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1、北京交通大学硕士学位论文基于时间触发机制的以太网在CBTC系统应用中的研究姓名：王洪涛申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：马连川20090601中文摘要摘要：基于通信的列车控制(Communications-BasedTrainControl，CBTC)系统在我国城市轨道交通的发展中占据着越来越重要的地位。国内CBTC系统的应用研究还处于起步阶段，进行相关的理论研究是非常有必要的。CBTC的数据通信系统(DataCommunicateSystem，DCS)不仅包含有线局域网通信，而且包含车地之间的无线局域网(WirelessLAN，WLAN)通

2、信。列车在WLAN中经常发生的越区切换等问题会增加信息的延迟时间。在通信量增加的情况下，基于以太网的事件触发机制的DCS会带来通信的不确定性。相比之下，时间触发(Time—triggered，TT)机制能够增加系统通信的确定性，提高系统的实时性。松散时间触发(Looselytime—triggered，LTT)机制是TT的一种弱化形式，适用于带有WLAN的实时分布式控制系统。本文主要针对CBTC系统通信的不确定性问题，设计了一个时间触发层协议，并对其进行了验证。首先，根据标准的TCP／IP四层协议模型，论文确立了时间触发层协议在标准的TCP／IP四层协议模型中

3、的位置。同时，结合CBTC系统的车地通信的特点，分析并给出了时间触发层协议所要实现的功能需求。其次，论文对LTT机制进行了深入的研究。从研究LTT机制的原理出发，以车地通信中车载控制器(VehicleOnBoardController，VOBC)与区域控制中心(ZoneController，ZC)之间的通信为研究对象，设计了CBTC系统的时间触发层协议，给出了时间触发层协议的实现流程。根据VOBC与ZC之间通信的特点，选用了主从式的架构，设计了可以进行时间窗动态分配的调度表。在此基础上，论文进一步从定性的角度分析了时间触发层协议的性能。然后，论文按照从上至下的

4、分层思想建立了车地通信、时间触发层协议以及无线信道的赋时层次有色Petri网(HierarchicalTimedColoredPetriNet，HTCPN)模型。为了记录消息的延迟时间，方便于系统性能的分析，利用建模工具的赋时特性，在消息中加入了时间戳。最后，论文利用时间触发层协议建立了车地通信的多车模型。分别对ET机制和LTT机制下的车地通信模型进行了仿真。仿真结果表明，在通信列车数量增加的情况下，相比ET机制，LTT机制能够增加系统通信的确定性，提高系统通信的实时性。关键词：基于通信的列车控制系统；事件触发机制；松散时间触发机制；赋时层次有色Petri网；

5、确定性分类号：U285．49ABSTRACTABSTRACT：Communication-basedtraincontrolsystem(CBTC)inChina'surbanrailtransitdevelopmentprocess，isoccupyingallincreasinglyimportantposition．TherearemanyissuestobeovercomeandtoimproveCBTCsystemforthestudyarea．DatacommunicationssystemofCBTC(DataCommunicateSystem,

6、DCS)includesnotonlywiredLANcommunications，andincludesthevehicle-groundcommunicationswiththewirelessLANcommunication．Trainsinthewirelesslocalareanetworkareoftenmakingahandoverandconfront、Ⅳi廿lsuddendropofchannelquali够issues，whichwillincreasethedelaytime．Inaddition,DCSisstructuredonthe

7、productsofcommercialoff-the—shelf,thetraditionalevent-triggeredmechanismEthemetwhentrafficcommunicationincreasedwillbringuncertainty．Incontrast，time-triggered(Time-triggered，mmechanismCanbringaboutmorecertaincommunicationandimprovethesystemsreal—timeproperty．Looselytime-triggered(Lo

8、oselytime-triggered