基于NetFPGA的列車以太骨干網(wǎng)絡底層硬件平臺的研究與設計.pdf

1、現(xiàn)代列車正朝著高速化、自動化和舒適化的方向發(fā)展，相對于傳統(tǒng)的列車，列車上的通信數(shù)據(jù)量越來越大，諸如狀態(tài)控制、故障診斷、旅客服務、語音、視頻等信息。如何將這些大量的信息安全快速、可靠并準確的在整個列車上傳輸，已成為列車設備研制中面臨的一個關鍵性課題。
　　 本文基于以上問題結合《IEC61375-2-5Ed.1:電子鐵路設備—列車通信網(wǎng)絡—2-5分冊:以太網(wǎng)列車骨干網(wǎng)》協(xié)議通過XilinxNetFPGA平臺構建列車以太骨干網(wǎng)絡，并

2、在對網(wǎng)絡延時模型進行分析的基礎上給出了基于XilinxNetFPGA的兩種改進骨干網(wǎng)絡傳輸方法，即數(shù)據(jù)負載均衡傳輸和數(shù)據(jù)分類分通道傳輸，對構建的骨干網(wǎng)絡進行了不同背景流量下的傳輸時延性能測試。
　　 NetFPGA的模塊化設計使得在該平臺上可以輕松構建高性能的網(wǎng)絡系統(tǒng)。本課題是在NetFPGA參考路由設計的基礎上作二次開發(fā)，實現(xiàn)IEC61375-2-5協(xié)議約定的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸和轉發(fā)。IEC61375-2-5規(guī)定的列車以太骨干網(wǎng)

3、絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是802.3數(shù)據(jù)類型，與一般常用的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)類型有所不同，所以底層硬件平臺首先需要識別數(shù)據(jù)類型，然后再對數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)類型主要有IP數(shù)據(jù)、TTDP數(shù)據(jù)、ARP數(shù)據(jù)報文以及802.2LLC數(shù)據(jù)報文。其中IP數(shù)據(jù)報文有的數(shù)據(jù)需要作轉發(fā)處理，其他數(shù)據(jù)類型則直接提交給CPU由相關協(xié)議進行處理，如TTDP數(shù)據(jù)報文則直接由列車拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議處理。
　　 通過對列車骨干網(wǎng)絡延時模型的分析，本文采用負載均衡和數(shù)據(jù)分類分通道傳輸兩種

4、方式減小端口的到達率以改善網(wǎng)絡的時效性、確定性。在一般列車骨干網(wǎng)絡設計的基礎上，通過Verilog-HDL編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文在兩條物理數(shù)據(jù)鏈路上均衡傳輸?shù)竭_下一節(jié)點以及通過數(shù)據(jù)優(yōu)先級別將數(shù)據(jù)分為高優(yōu)先級別和低優(yōu)先級別在兩條物理鏈路上傳輸，以改善網(wǎng)絡的性能。
　　 最后，對搭建的列車骨干網(wǎng)絡的功能，即數(shù)據(jù)的負載均衡傳輸和數(shù)據(jù)分類分通道傳輸?shù)墓δ苓M行測試，并在不同背景流量的情況下對網(wǎng)絡的時延進行測試、分析、對比，測試結果表明改進措施可