基于以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘精確性研究.pdf

1、目前，基于以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)已成為TCN未來的發(fā)展方向，而傳統(tǒng)以太網(wǎng)在實(shí)時(shí)性以及確定性上的劣勢(shì)，是其應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的最大障礙，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)間的高精度時(shí)鐘同步是保障以太網(wǎng)高實(shí)時(shí)性的前提和基礎(chǔ)。本文在研究了影響以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性和確定性通信的因素后，提出了基于最小二乘法的時(shí)鐘同步方案，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)影響時(shí)鐘精度的因素進(jìn)行了分析，提出了解決辦法。本文的主要研究?jī)?nèi)容以及創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：
　　1、通過分析比較以太網(wǎng)列車通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)

2、構(gòu)，通信機(jī)制，實(shí)時(shí)性能等特性，提出了基于星型拓?fù)涞慕粨Q式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并分析了時(shí)鐘同步的必要性。
　　2、根據(jù)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性通信的要求，引入了IEEE1588同步協(xié)議，通過分析精確時(shí)鐘協(xié)議PTP的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，協(xié)議實(shí)現(xiàn)以及消息類型，提出了時(shí)鐘同步的最小二乘漸進(jìn)補(bǔ)償算法，并分析了兩種可能的最小二乘補(bǔ)償方式，解決了時(shí)鐘同步過程中的“突變”、時(shí)鐘偏差逐步擴(kuò)大、補(bǔ)償值選擇難等問題，運(yùn)用MATLAB進(jìn)行了建模，分析驗(yàn)證了算法的可行性，得到了滿意的仿

3、真結(jié)果。
　　3、設(shè)計(jì)搭建了基于AVR單片機(jī)和ARM的兩類數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上移植了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，TCP/IP協(xié)議棧和PTP同步協(xié)議棧，通過理論分析，數(shù)學(xué)計(jì)算，實(shí)際實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了提高以太網(wǎng)通信實(shí)時(shí)性的時(shí)鐘最小二乘同步方法，將精度控制在200ns以內(nèi)，符合列車通信網(wǎng)絡(luò)的要求。
　　4、結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及理論分析和計(jì)算，深入分析了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步精度的影響因素，針對(duì)晶振漂移，數(shù)學(xué)模型算法等突出的問