[发明专利]一种高速列车控制网络半实物仿真系统

说明书

技术领域

本发明属于列车尤其是高速列车控制网络系统仿真领域，具体涉及一种高速列车控制网络半实物仿真系统。

背景技术

高速列车的控制网络是高速列车的大脑中枢，涉及列车的各个子系统，高速列车网络控制系统包括中央控制单元、牵引控制单元、制动控制单元、辅助电源控制单元等控制模块，对包含上述模块的高速列车网络控制系统半实物仿真环境的构建是半实物仿真平台和网络控制系统分析、评估、诊断、测试功能实现的基础和技术难点。

高速列车网络通信协议是联系列车控制系统和受控系统的关键，也是半实物仿真与联调联试平台各功能模块之间联系的基础和关键。对高速列车网络通信协议建模与仿真是网络控制系统仿真、分析、评估、诊断、测试真实性的基础和技术难点。

要研制我国具有自主知识产权的高速列车控制网络系统，首先就要对控制网络进行性能和功能仿真，为我国自主设计高速列车网络控制系统提供指导和参考。半实物仿真系统是研制高速列车控制网络的关键的一步。

当前国内外对于高速列车的控制网络仿真研究一般是基于OPNET的纯软件仿真，在我国高速列车的控制网络半实物仿真还处于起步阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速列车控制网络的半实物仿真系统，该系统能够对高速列车的控制网络的数据通信的性能和功能进行仿真。

本发明采用的技术方案是：

一种高速列车控制网络半实物仿真系统，其包括若干NetFPGA模块和若干计算机模块，

所述NetFPGA模块作为列车网络仿真接口，负责转发列车网络数据报文；各NetFPGA模块通过千兆以太网口构成线性的网络拓扑结构，并构建冗余的数据报文传输网络；

所述计算机模块按照高速列车车载设备的通信要求，接收各车载设备的通信数据，并将该通信数据通过所述NetFPGA模块定时发送到目的地址的车载设备。

进一步地，所述数据报文传输网络为线性型的双网络，其中一个为工作网络，另一个为备用网络。备用网络在检测到工作网络出现故障时，能自动切换。

进一步地，每个NetFPGA模块具有4个千兆以太网口，利用其中两个千兆以太网口搭建线性的网络拓扑，其余两个千兆以太网口用于实现冗余切换功能。

进一步地，所述NetFPGA模块中实现IEC61375 2-5以太列车骨干网协议。

进一步地，所述计算机模块中构建了车载设备的数据通信模型，所述车载设备包括牵引设备、制动设备、空调设备、辅助电源设备、显示指南设备等。其中牵引设备、制动设备的数据对实时性有严格的要求，属于过程数据，而其他的数据主要是状态数据，实时性要求要低些。

进一步地，所述计算机模块通过PCI总线将各车载设备的通信数据传输至所述NetFPGA模块中。

进一步地，通过寄存器对NETFPGA模块进行访问，寄存器的接口以管道方式连接。

进一步地，采用8个NetFPGA模块和8个计算机模块构建4动4拖的高速列车控制网络仿真系统，或者6动2拖的高速列车控制网络仿真系统。

进一步地，网络仿真软件包采用包-组件-模块的分解策略。

进一步地，网络仿真软件包分为4个组件：路由器底层管理组件、列车初运行组件、路由器协议管理组件和路由器初始化软件管理组件。

本发明的高速列车控制网络半实物仿真系统能够实现以太列车骨干网协议IEC613752-5，能实现8车编组和16车编组的控制网络，传输的数据报文符合IEC61375 2-5协议。该系统能仿真各种车载设备的数据报文，仿真各种车载设备的通信模型。本发明的仿真系统为以太列车骨干网在我国下一代列车的应用提供了指导和参考。

附图说明

图1是本发明的列车以太网节点拓扑连接示意图。

图2是本发明的NetFPGA管道图。

图3是本发明的网络仿真软件包UML组件图。

图4是本发明的软件包流程图。

图5是本发明的路由器底层管理组件模块分解示意图。

图6是本发明的路由器协议管理组件UML图。

图7是本发明的路由器仿真平台初始化管理组件UML图。

图8是本发明的以太网列车骨干网络底层包转发流程图。

图9是本发明的TTDP协议包转发流程图。

图10是本发明的以太网列车骨干网络带冗余的TTDP协议包转发流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图，对本发明做详细的说明。