基于工业以太网的高速列车通信网络仿真研究分析
高速列车信号通信网络设计与优化研究
高速列车信号通信网络设计与优化研究随着科技的不断发展和社会的进步，高速列车成为人们出行的重要选择之一。
高速列车的安全性和通信性能的要求也越来越高。
因此，高速列车信号通信网络的设计与优化成为了一个重要研究领域。
本文将就高速列车信号通信网络的设计与优化进行深入研究。
首先，高速列车信号通信网络的设计需要考虑到列车的运行速度和通信要求。
高速列车的运行速度通常远远超过传统列车，因此信号传输的稳定性和延迟控制成为了关键问题。
传统的通信技术往往无法满足高速列车的通信需求，因此需要采用更先进的技术来设计信号通信网络。
其次，高速列车信号通信网络的优化需要考虑到信号的覆盖范围和信号的传输速度。
在高速列车行驶过程中，信号的覆盖范围需要足够广泛，以保证隧道、高架桥等特殊区域也能够获得稳定的信号。
同时，信号的传输速度也需要尽可能快速，以确保列车与基站之间的实时通信。
针对高速列车信号通信网络的设计与优化，有以下几个方面的研究重点：1. 信号传输技术的研究与应用。
目前，5G通信技术被广泛应用在高速列车信号通信网络中。
5G通信技术具有高速率、低时延和大容量的特点，能够满足高速列车的通信需求。
因此，需要研究5G技术在高速列车通信网络中的应用和优化。
2. 网络拓扑结构的优化设计。
高速列车信号通信网络的拓扑结构对整个网络的性能起着决定性的作用。
通过对网络的拓扑结构进行优化设计，可以提高网络的覆盖范围和传输速度。
需要研究各种拓扑结构的优劣，并找到最优的网络拓扑结构。
3. 增强信号覆盖范围的技术研究。
由于高速列车经过的区域多样性，有些区域信号覆盖范围可能存在问题。
因此，需要研究如何增强信号的覆盖范围，包括使用中继设备、优化天线布局等技术。
4. 信号传输时延的优化研究。
高速列车信号通信网络的时延控制是一项重要任务。
由于列车的高速运行，信号传输的时延需要控制在较低的范围内，以确保实时通信的可靠性。
需要研究如何减小信号传输的延迟，减少信息丢失的可能性。
以太网在高速动车组通讯网络中的原理及故障分析
以太网在高速动车组通讯网络中的原理及故障分析发布时间：2023-03-21T03:05:19.528Z 来源：《工程管理前沿》2023年1月1期作者：张柠[导读] 车载网络系统作为列车的“大脑”，负责列车的控制、监控和信息传递。
随着高速动车组智能设备的应用及列车服务系统的逐步升级，TCN网络已逐步无法满足高速动车组对网络带宽的需求。
工业以太网以其传输速率高、结构简单等已在工业领域取得重大应用，但以太网络的不确定性和非实时性在高速动车组领域发展较为缓慢。
张柠中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春 130062摘要：车载网络系统作为列车的“大脑”，负责列车的控制、监控和信息传递。
随着高速动车组智能设备的应用及列车服务系统的逐步升级，TCN网络已逐步无法满足高速动车组对网络带宽的需求。
工业以太网以其传输速率高、结构简单等已在工业领域取得重大应用，但以太网络的不确定性和非实时性在高速动车组领域发展较为缓慢。
关键词：网络系统 TCN网络工业以太网一、高速动车组网络列车网络作为现代列车的关键技术之一，连接列车上的各车载设备，实现列车的控制、监测、信息传递等关键作用。
随着高速列车的发展，车载智能设备的应用与日俱增。
为了列车安全运行，在快速、可靠的基础上实现列车上设备间数据交互成为了必备功能。
随着人民对出行舒适度要求的不断升高，各式各样的人机交互设备在新型动车组中使用。
导致大量的数据充斥于列车组通讯网络系统中，列车通讯网络系统面临着前所未有的挑战，一方面要确保网络的实时性和稳定性，另一方面大容量数据能够实现传输。
1.TCN网络TCN网络采用绞线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）两级结构。
TCN列车通讯网络采用分级的网络拓扑结构，属于局域网系统。
上层WTB绞线式列车总线，连接列车的各网络节点，负责节点间的信息传递。
下层为MVB多功能车辆总线，负责连接车辆内部的可编程终端设备，实现车辆内部的信息传递[1]。
高速铁路通信信号与列车间通信的协议研究
高速铁路通信信号与列车间通信的协议研究随着科技的不断发展，高速铁路系统已经成为现代交通运输的重要组成部分。
高速铁路的通信信号和列车间的通信是确保铁路运行安全和高效的关键因素。
因此，研究高速铁路通信信号与列车间通信的协议变得至关重要。
高速铁路通信信号指的是在高速铁路系统中传输各种信息的信号。
这些信息包括列车状态、速度、位置等关键数据。
为了确保列车在高速运行过程中能够及时准确地获取这些信息，高速铁路通信信号的设计必须保证高可靠性、高带宽和低延迟。
在高速铁路系统中，列车间的通信尤为重要。
列车间的通信在许多方面起着关键作用，例如列车位置监测、列车调度、列车控制等。
为了实现这些功能，需要一种高效可靠的通信协议来确保列车之间的通信畅通无阻。
为了研究和实现高速铁路通信信号与列车间通信的协议，需要考虑以下几个方面：1. 高可靠性：高速铁路是一种高度安全敏感的运输系统，因此通信协议必须具备高可靠性。
这意味着协议设计需要考虑到信号传输的稳定性和容错能力，以确保信息的可靠传输和处理。
2. 高带宽：高速铁路系统中涉及的信息量巨大，因此通信协议需要具备高带宽的特性，以满足数据传输的需求。
这意味着协议设计需要采用高效的数据压缩和传输技术，以提高系统的数据处理能力。
3. 低延迟：在高速铁路系统中，每一秒的延迟都可能导致严重的事故发生。
因此，通信协议必须具备低延迟的特性，以确保信息能够在短时间内传输和处理。
这需要协议设计中考虑到多路复用和信息压缩等技术，以减少数据传输和处理的时间。
4. 安全性：高速铁路通信信号和列车间通信涉及到的信息非常敏感，必须得到保护，防止未经授权的访问和恶意攻击。
因此，通信协议必须具备安全性的特性，包括数据加密、身份验证和访问控制等。
为了满足这些需求，可以参考以下几个通信协议：1. EtherCAT（以太术语器）：EtherCAT是一种基于以太网的实时通信协议，广泛应用于工业自动化领域。
它具有高可靠性、高带宽和低延迟的特性，适用于高速铁路通信信号和列车间通信。
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］。
高速铁路通信信号的仿真与实验研究
高速铁路通信信号的仿真与实验研究引言：随着高速铁路的迅猛发展，通信信号的传输质量对于列车运行安全以及旅客通信需求的满足变得至关重要。
因此，对高速铁路通信信号的仿真与实验研究具有重要意义。
本文将探讨高速铁路通信信号的特点、仿真建模方法以及实验研究的重要性。
高速铁路通信信号的特点：高速铁路通信信号与传统的移动通信信号存在一些显著的差异。
关键特点如下：1. 高速度：高速铁路列车以每小时几百公里的速度运行，因此通信信号传输需要快速且稳定。
2. 多路径衰落：高速列车运行时，会经过隧道、山区和高楼等地形，导致信号传输会经历多路径衰落的现象。
3. 高速移动：高速列车的移动速度非常快，因此通信信号需要与列车保持良好的同步。
4. 多用户：高速列车上的乘客数量众多，对通信网络带宽的要求较高。
仿真建模方法：仿真建模是研究高速铁路通信信号的重要手段，下面介绍几种常用的仿真建模方法：1. 射线跟踪技术：射线跟踪技术是一种常用的电磁波传播仿真技术，它通过计算电磁波在不同介质中的传播路径，模拟真实环境中的信号传输效果。
2. 大规模仿真：大规模仿真是一种通过在计算机上建立高速铁路通信信号的仿真模型，模拟高速列车的运行轨迹以及通信信号的传输路径，以分析信号强度和传输延迟等参数。
3. 车载台移动仿真：通过在列车上搭载信号发射器和接收器，并利用GPS和地面基站网络进行通信信号的测试与仿真，以模拟车载台在高速铁路上的通信性能。
实验研究的重要性：实验研究对高速铁路通信信号的性能评估和改善具有重要意义，以下是几个方面的重要性：1. 信号覆盖评估：实验研究可以通过在实际场景中进行覆盖测试和强度测量，评估通信信号的覆盖范围和信号强度，并提供针对性的改进措施。
2. 传输延迟评估：高速列车通信信号的传输延迟对于通信质量至关重要，通过实验研究可以测量信号传输的延迟时间，为延迟控制和优化提供依据。
3. 多路径干扰分析：高速铁路通信信号在复杂环境中传输时会受到多路径衰落和干扰的影响，实验研究可以深入了解多路径干扰的特点，设计相应的解决方案。
高速列车网络通信系统设计与优化研究
高速列车网络通信系统设计与优化研究随着科技的不断进步，高速列车的网络通信系统在现代社会中起着至关重要的作用。
设计和优化高速列车的网络通信系统可以帮助提升列车的安全性、稳定性和效率，为乘客提供更好的出行体验。
本文将重点探讨高速列车网络通信系统的设计与优化。
一、需求分析在设计任何系统之前，首先需要进行需求分析。
对于高速列车网络通信系统，我们需要明确以下几个方面的需求：1. 带宽需求：高速列车需要传输大量的数据，包括乘客的通信数据、列车运行数据等。
因此，网络通信系统需要具备较大的带宽以满足数据传输的需求。
2. 时延需求：高速列车的网络通信系统需要具备低时延的特点，以确保实时性。
这对于列车的运行安全和数据传输的稳定性都至关重要。
3. 可靠性需求：高速列车的网络通信系统需要具备高可靠性，以应对各种复杂的环境和意外情况。
例如，系统应该能够在高速运行时保持通信稳定，避免数据丢失或传输中断。
二、系统设计在需求分析的基础上，我们可以开始进行高速列车网络通信系统的设计。
1. 网络架构设计：网络架构是整个通信系统的基础，需要考虑到系统的可扩展性和灵活性。
可以采用“总线”、“星型”或“环形”等不同的网络架构。
另外，由于高速列车的行驶速度较快，可以考虑利用移动通信技术，将列车与地面站点进行连接。
2. 信道分配与调度：为了满足大量数据的传输需求，我们需要对信道进行有效的分配与调度。
可以采用动态信道分配技术，根据实际需求不断调整信道的分配比例，并优化调度算法以提高资源利用率。
3. 安全性设计：高速列车网络通信系统需要具备较高的安全性，以防止数据泄露和恶意攻击。
可以采用加密算法对敏感数据进行保护，使用防火墙和入侵检测系统来防范攻击行为。
4. 传输协议选择：传输协议选择可以根据实际需求进行，例如可以采用TCP/IP协议来保证数据的可靠性和顺序性，同时可以考虑使用UDP协议来提高实时性。
三、系统优化在系统设计完成后，还可以进行系统的优化，以提高系统的性能和效率。
文献综述_工业以太网EtherCAT及列车总线系统
工业以太网EtherCAT及列车总线系统一．列车总线系统的发展背景现代列车朝高速化、自动化、舒适化方向发展已经成为必然趋势。
列车通信网络已成为高速列车控制系统的关键技术。
它能够通过对列车运行及车载设备动作的相关信息进行集中管理，从而保障列车安全高速运行。
列车通信网络是一种面向控制、连接车载设备的数据通信系统，是分布式列车控制系统的核心。
它集列车控制系统、故障检测与诊断系统以及旅客信息服务系统于一体，以车载微机为主要技术手段，并通过网络实现列车各个系统之问的信息交换，最终达到对车载设备的集散式监视、控制和管理等目的，实现列车控制系统的智能化、网络化与信息化。
TCN是IEC(国际电工委员会)专门为列车通信网制定的标准[1]，包括实时协议(RTP)，绞线式列车总线(WTB)、多功能车辆总线(MVB)。
它们作为相对较为独立的部分有各自的体系结构。
理论上可以在WTB和MVB上运行非RTP的其它协议，而RTP也可以作为除WTB和MVB[1]外其它总线上的通信协议，但一般作为一个总体来考虑。
TCN在欧洲得到了大量应用，在北美有部分列车采用，国内也引进了相应技术，先后用于“先锋”、“蓝箭”、“中原之星”、“中华之星”等动车组。
LonWorks[2]在国内已先后用于“新曙光”、“神州”、“集通”等动车组。
“新曙光”的首尾动力车的重联通信通过LonWorks列车总线以显式报文方式实现。
“神州”号动车组的LonWorks列车重联通信与此类似，但采用了两路，即设置了一路LonWorks冗余通道[3]。
CAN总线基本上有两种应用：一种是用作通信子网；另一种是用作数据通信模块。
作为通信子网，目前已成功应用于CMS一3型磁悬浮列车。
除了上面介绍的四种列车总线之外，还有其他几种总线网络应用在列车系统中，比如FF、Profibus、WorldFIP。
下图对这几种常用的列车总线进行了性能指标上的分析比较[4]如下图1。
图1：常用列车总线的性能指标比较从以上分析比较中我们可以发现，这几种列车总线的数据传输速率都是在1.5 Mbps以下，只有Profibus-DP和WorldFIP的通信速率达到了12 Mbps。
基于工业以太网的高速列车通信网络仿真
基于工业以太网的高速列车通信网络仿真张志国【期刊名称】《计算机与现代化》【年(卷),期】2017(000)009【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IEC 61375-2-5标准和IEC 61375-3-4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10倍.%In order to solve the problems of instantaneity,low retardance and reliability,which related to the train Ethernet correspondence system,this thesis studies the present development of railway transmission network and analyzes the main factors influencing Ethernet according to the standard IEC 61375-2-5 and IEC 61375-3-4.Basing on the present research,this thesis presents a scheduling algorithm based on the high instantaneity and low retardance of industry Ethernet,which can also be used for train correspondence system.The simulation research shows that the performance of this optimization scheduling algorithm is 10 times better than the traditional queue data transmission algorithm.【总页数】6页(P1-6)【作者】张志国【作者单位】朔黄铁路肃宁分公司,河北肃宁062350【正文语种】中文【中图分类】TP391.9【相关文献】1.基于工业以太网的高速列车通信网络仿真研究分析 [J], 符伟杰;刘志刚;吴娟;侯运昌2.基于工业以太网的地铁通信网络仿真研究 [J], 安琪;丁超义3.西门子工业以太网通讯网络仿真 [J], 华闰祺4.基于OPNET的星型工业以太网列车通信网络仿真研究 [J], 丁超义;周勇;邹华兵;周洪波;张敬;黄泰明5.基于云测试的无线通信网络仿真系统研究 [J], 邵玉成;孙昊;王先鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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基于工业以太网的高速列车通信网络仿真研究分析＊
符伟杰１
刘志刚１ 吴 娟２
侯运昌１
（１．西南交通大学电气工程学院，６１００３１，成都；２．湖南文理学院，４１５０００，常德∥第一作者，研究生）
ｅｎｃｅｓ ａｒｅ
２５％时，可以保证实时性和可靠性［９］。当网络负荷 小于１０％时，通信网络数据报文碰撞的发生率很 小，几乎为零。文献［９］对以太网和令牌总线性能进
行了对比分析，如图Ｉ所示。从图１中可以看出，以
ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｅｄ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒ． ａｎｄ ｌｉｎｋ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｂｅ－
３基于ＯＰＮＥＴ仿真软件的建模
在仿真模型中，利用ＯＰＮＥＴ仿真软件搭建基 于以太网的列车通信网络仿真模型。仿真模型从三 个层次搭建．即进程模型、节点模型和网络模型。通
・
过对列车设备节点特性和网络拓扑结构的分析，对
整个网络进行配置，以完成整个网络模型。
３．１
介质访问控制层进程模型
介质访问控制层（ＭＡＣ）进程是以太网协议的
短，但发生时问比较集中。当有突发数据产生时，会
｝
有相对较高的负载，否则网络会持续一段空闲时间。
本文对突发性数据采用的是ＯＮ、ＯＦＦ两种状态模
图１工业以太网和令牌网的时间响应曲线
型。当持续发生突发性数据时为ｏＮ，该状态持续 时间服从Ｐａｒｅｔｏ分布；当不发生突发数据时为 ＯＦＦ，该状态持续时间服从？自松分布。
ＦＴＰ数据流主要是模拟列车的故障数据，通过
秒钟３０帧，传输的视频分辨率为３５２×２４０像素。
此时，网络视频的监控效果较好，能够满足正常的监 视需要。优先级设置为Ｂｅｓｔ Ｅｆｆｏｒｔ（０），此时，该数 据的优先级最低，为“尽力而为”的传输数据。 ３）状态数据传输时数据发送时间间隔为２０ ｍｓ，每个设备发送的平均数据长度为２５６ Ｂｙｔｅ。每
Ｂａｓｅｄ
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｊｕａｎ，Ｈｏｕ Ｙｕｎｃｈａｎｇ
ｔｏ
Ｆｕ
Ｗｅｉｊｉｅ，Ｌｉｕ Ｚｈｉｇａｎｇ，ｗｕ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｄａｔａ ｎｅｅｄ
ｂｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
ｃａｎ—
ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ．ｂｕｔ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｆｉｅｌｄ ｂｕｓ
（１）
２基于工业以太网的列车通信网络拓扑结构
现分析工业以太网在高速列车中的应用，并以 高速动车组ＣＲＨ ５为例进行分析。ＣＲＨ ５动车组 一共由８节车厢组成，每节车厢长一般是２６ ｍ。由
于电缆需要弯曲和延伸，故每节车辆电缆总长度是
车辆长度的１５０％。因此，每节车辆的通信电缆长
２）随机数据是由外部事件触发的数据，具有以 下主要特性：数据分组会在任何时间段内以概率Ｐ 出现，与前时间段是否有报文发送无关。由数学统 计知识可知，该数据类型符合泊松（Ｐｏｉｓｓｏｎ）过程。
提高了系统的可靠陛，同时减小了冲突域。
ｉ
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图５司机室局域网拓扑结构 图４网络仿真拓扑结构
・
７１
・
万方数据
灏｜因ｌｍｍ ｕ／ｗ｝燹酒ｌ翼蜜豢漆｛ｌ＇｜｛蒸睡蠢鋈｜｜｜｝Ｉ鬻嚣蘸黉黉嚣黉黉鋈鬻鋈薰蓠鬻蒸骥慰溺薰闲霆溺懑添戮惑嚣黉陵黉剿蘸蘸
据；第３类是随机数据，主要是控制命令数据和旅客 服务信息。周期数据具有数据连续、稳定和变化量小
展，使新型大数据量业务设备不断增加，列车通信网
＊国家自然科学基金项Ｅｌ（５１００７０７４）；教育部新世纪优秀人才支持计划项目（ＮＥＣＴ一０８—０８２５） ・６９・
万方数据
囝Ｉ蘧潮ｌ辕潼餐懑瓣懑豢添蓬懑｜＝｛１＿｜｛Ｉ｜＿薰蠹滔懑《蠹黉懑辍熏鞭垂黉澍鞭蒸鎏骚鞭灏鞭蘸懑蒸蒸懑黉鬻蒸蠹｜｜｜｜｜澜鋈纂
触发条件满足时才开始发送数据；ＣＯＬＬＩＳＩＯＮ状
状态是对相关参数和统计量等方面进行初始化，初
始化完成后进入ＳＴＡＲＴ状态；ＴＸ—ＷＡＩＴ状态是 发送准备状态，当有数据发送时，状态转移到ＦＲＭ
态是指对冲突进行检测，然后重发，当重发超过限定
次数，则放弃。
一 ▲（！ＦＵＩ，Ｌ［）ＵＰＬＩ（Ｘ’
ｉ一……～～………一１１ｉ！！！＝。；；ｌ；；≯ｌ １●ｒ
在Ｌｏｗ
Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｖｉｄｅｏ和ＶＣＲ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｖｉｄｅｏ
Ｓ
Ｃｏｎｆｉｇ模块对仿真环境进行全局设置。
３．３．１周期性数据流 在网络中，假设每个车厢装有一个视频监控装 置，同时向主控室传递视频信息。视频监控信息为
视频监控数据流时列车网络的延时情况：在前３０ 的网络平均延时差别不大。
的延时约为１１ ｍｓ，后３０ Ｓ的延时为３～４ ｍｓ，二者
Ｍ的工业以太网列车通信网络的延时特性和利用率等
０００
方面进列车通信的实时性和可靠性要求。 关键词 工业以太网；高速列车；通信网络；仿真
３９３．０２８：Ｕ ２３８
传输ｊ生能，而且还具有更好的兼容性［３］。但是，基于
ｃｓＭＡ／ｃＤ（载波监听多路访问／冲突检测机制）的 工业以太网，其网络性能具有不确定，陛；［４－５３，需要对
ａｒｅ
ｏｆ ｂｕｓ
ｄｅｌａｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
１ ０００
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ｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
０００
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Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｆ １
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ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
，（！
度远小于最大值１００
ｍ［６］。
基于工业以太网的列车通信网络，是一种新型 的列车网络。在该网络中，使用了８台工业以太网 交换机，上层实现列车网络的互联，下层连接车厢级 各监视、控制设备。其拓扑结构如图２所示。
Ｐ｛Ｎ（ｆ＋ｓ）一Ｎ（ｓ）：ｋ）－盟娑（２）
式中：
图２基于工业以太网的列车通信网络拓扑结构
１）周期性数据是列车通信网络中的重要数据 之一。该类型报文的分组大小可以事先确定，一般
长度固定。在建立周期性数据的数学模型时，需要
确定以下参数：Ｌ；（周期性数据的长度）；Ｔ；（报文产 生的间隔时间）；Ｃ。（网络传送延时）；Ｄｉ（数据端到 端的延时）。其中，ｉ为不同的节点。则周期性数据 流Ｍ：可以表示为： Ｍ，＝（Ｌｉ。丁。，Ｃ。，Ｄ；）
真模型中一共搭建了１（）个子网，其中８个子网分别代表 列车的８节车厢。在各子网中，交换机采用三角形连接，
图５是司机控制室网络。在该网络中，配置１ 台显示单元ＤＤＵ，１台中心控制单元ＭＰＵ、１台
ＦＴＰ服务器（ＦＴＰ—Ｓｅｒｖｅｒ）、１台视频服务器（Ｖｉｄｅｏ —Ｓｅｒｖｅｒ）以及３台工业交换机（Ｓｗｉｔｃｈ）。
以太网通信实时性分析 经研究表明，共享式以太网在网络负荷低于
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ
ｃｏｓｔ，ａ
ｂａｎｄｗｉｄｔｈ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｒａｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ
ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＯＰＮＥＴ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｕｐ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐａｃｋｅｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ
仿真时间／Ｓ
每秒钟１０帧，传输的视频分辨率为１２８×１２０像素。 此时，网络视频的监控效果较差。优先级设置为
Ｂｅｓｔ
Ｅｆｆｏｒｔ（０），此时，该数据的优先级最低，为“尽 Ｖｉｄｅｏ（ＶＣＲ质量视频）时，每
图６带宽１００ Ｍ工业以太网情况下， 不同视频流的网络延时比较
力而为”的传输数据。
２）ＶＣＲ Ｑｕａｌｉｔｙ
太网在负荷低于２５％时，其响应速度比令牌总线网 络快很多。这体现了工业以太网在低负荷情况下具
有很好的实时性。
ｏｆ ｔｒａｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｅｌｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｅｔｈｅｒｎｅｔ；ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎ；ｃｏｍｍｕ—
ｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｆｉｒｓｔ－ａｕｔｈｏｒ’Ｓ ａｄｄｒｅｓｓ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
１ ０００
络需要具备满足对故障诊断系统、视频监控系统、旅 客服务信息系统等功能做出实时处理的能力，故带
宽已成为影响通信网络性能的主要瓶颈［１］。传统的
通信总线带宽有限，不能够满足大容量数据的传输 要求，而工业以太网为解决这一问题提供了可能［２］。 此外，铁路专用的网络设备，其成本较高，采用工业 以太网作为列车通信网络不仅能够降低成本、提高
摘要现代高速列车需要传输大量的数据。传统的现场 总线存在带宽低的缺点，不能满足大量数据的传输任务，而 工业以太网具备带宽高、成本低等方面的优势。利用仿真软 件ＯＰＮＥＴ，搭建了基于工业以太网的高速列车通信网络仿 真模型。针对实际高速列车网络通信数据特性进行分类，并 对其进行分析和建模。通过仿真，对基于宽带１００ Ｍ和
等特点；故障突发数据具有不确定性和数据量大等特
点；随机数据在网络中也具有十分重要的作用，尤其
ｓ——某一时刻； ｆ——时问段； 叉——数据报文的平均达到速率５ Ｎ（ｔ＋ｓ）一Ｎ（ｔ）——在时间段ｔ内数据报文
的统计数量；
ｋ＝０，１，２…。
是列车控制命令数据，但该数据的数据量较小。