基于NetFPGA的列車以太骨干網(wǎng)絡(luò)底層硬件平臺的研究與設(shè)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(wù)、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(shè)備研制中面臨的一個關(guān)鍵性課題。
　　 本文基于以上問題結(jié)合《IEC61375-2-5Ed.1:電子鐵路設(shè)備—列車通信網(wǎng)絡(luò)—2-5分冊:以太網(wǎng)列車骨干網(wǎng)》協(xié)議通過XilinxNetFPGA平臺構(gòu)建列車以太骨干網(wǎng)絡(luò)，并

2、在對網(wǎng)絡(luò)延時模型進行分析的基礎(chǔ)上給出了基于XilinxNetFPGA的兩種改進骨干網(wǎng)絡(luò)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(gòu)建的骨干網(wǎng)絡(luò)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(shè)計使得在該平臺上可以輕松構(gòu)建高性能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本課題是在NetFPGA參考路由設(shè)計的基礎(chǔ)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(zhuǎn)發(fā)。IEC61375-2-5規(guī)定的列車以太骨干網(wǎng)

3、絡(luò)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(zhuǎn)發(fā)處理，其他數(shù)據(jù)類型則直接提交給CPU由相關(guān)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(luò)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(luò)的時效性、確定性。在一般列車骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的基礎(chǔ)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(luò)的性能。
　　 最后，對搭建的列車骨干網(wǎng)絡(luò)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(luò)的時延進行測試、分析、對比，測試結(jié)果表明改進措施可