列车高速通信网络架构分析研究

作     者：李学振 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李鹏

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：以太网 网络系统性能测试 网络流量预测 电磁兼容 网络性能劣化 

摘      要：随着列车在智能化、高速化、舒适化等方面的不断发展,使得列车结构设计越来越复杂,列车通信网络的应用类型也越来越多样化。当前,较为成熟的列车通信总线有WTB、MVB、CAN等,但是列车通信网络带宽低,组网结构单一,难以满足大数据量的传输需求。相比之下,以太网总线具有数据传输速率高、应用范围广、组网灵活、集成度高、价格低廉、易于与信息系统集成等优点,将其运用于列车通信网络是未来的一个发展方向。同时,现代对网络服务质量的要求越来越高,在如何减少网络拥塞、辅助区分网络性能下降是由网络拥塞还是网络设备劣化造成、提高网络的服务性能等方面的需求,使得网络流量建模和预测显得十分重要的意义。针对列车以太网通信的研究,本文的主要工作和贡献如下:(1)搭建了Duagon专用列车通信模块实验平台。根据设计方案对Duagon设备的i303模块进行通信测试。测试的主要内容为单节点收发测试、双节点收发测试、单节点丢包率测试、双节点丢包率测试、欠电压环境下性能劣化测试以及网络拥塞性能劣化测试。结果表明:实现了以太网i303模块与PC机的数据接收与发送分析,以及基本性能如丢包率的测试分析。此次测试为下一步搭建包含两个ETB节点的实物仿真平台奠定了良好的基础。(2)针对网络流量建模与预测,本文应用了Animesh Anant Sharma的改进循环神经网络流量预测模型。我们将改进的循环神经网络与BP神经网络、支持向量机(SVM)进行了充分的实验对比分析。结果表明,支持向量机预测性能比BP神经网络预测性能好,而本文应用的改进的循环神经网络模型比BP神经网络和SVM的预测性能要优。(3)对列车以太网Duagon按照GB/T 17626.3-2016、GB/T 17626.4-2018、GB/T 17626.5-2008、GB/T 24338.4-2018标准进行了电磁兼容性能的测试。结果表明,本文应用的Duagon以太网通信设备,设计合理,可以满足EMC测试,对于设备的EMC性能的评估有较强的工程指导意义。最后基于前面的测试分析研究,设计了可视化操作界面。重点设计的内容为网络系统性能测试与劣化仿真。