OPNET基于CAN总线的列车通信网络设计(2)
致 谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
LonWorks和WTB、MVB这两种技术是当今列车通信网络主要采用的技术，虽然它们都因其优点广受欢迎，但是也存在弊端。现场总线(LonWorks)的优点在对于传输介质和拓扑形式的要求较小，但不足的是传输速率则较低，难以满足信息的高速传递；绞线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）的传输速率分别为1Mbps和1.5Mbps，通信量和通信速率之间的矛盾也有待解决[1]。
控制器局域网络CAN是国际上应用最广泛的现场总线之一,其英文全称为Controller Area Network。CAN总线之所以在列车的通信中有很高的利用，是因为不仅是一种串行通信总线，还具有多主工作方式、设置灵活、报文优先级、高可靠性和实时性等特点[2]。同时，无论在什么样的环境中，CAN总线都能适应且保持配置灵活、价格便宜等特点不变。因此，采用CAN总线的列车通信系统，一方面能够高速、安全的传递信息，在降低的开发成本的基础上提高列车通信网络的安全可靠性；另一方面也加快了国内列车通信网络研究速度，开发自主研究产品，不再受制于国外技术。
1.2 国内外列车网络研究对象
2 控制局域网CAN
2.1 CAN总线介绍
CAN总线本质上是串行通信网络，在远距离且具有电磁干扰的环境下课能对实时数据进行可靠传输。即与一般的通信总线相比，它具有分布式、实时控制等特性。CAN总线具有的特点如下所示：
（1）CAN在通信距离为40m时通信速率最高，为1Mbit/s；在传播速率为5kbit/s时直接通信距离最远，为10km。
（2）CAN网络上的节点信息具有优先级，能够应付不同的实时需求。
（3）为了减少总线冲突仲裁时间，保证无网络瘫痪等情况出现， CAN总线对于多个节点同时向总线发送消息采取非破坏性总线仲裁技术，保证优先级高的节点继续传输数据，同时使优先级低的节点主动退出发送。
（4）CAN总线采用报文滤波方式传送接受数据，实现点对点，一对多等方式无需专门的“调度”。
（5）由于CAN总线采用多主方式工作，所以具有通信方式灵活的特点。即在任何时刻网络上的任一节点都可主动向其他节点发送消息。
（6）目前，由总线驱动能力决定CAN总线的节点可达110个；报文标识符可达2032种，同时扩展标准的报文标识符几乎不受限制。
（7）双绞线、光纤或同轴电缆均可作为其通信介质。
（8）为了保证数据的出错率非常低，采用CRC校验及其他检错措施对CAN每帧信息进行校验。
（9）CAN节点具有自动关闭输出功能，在错误严重的情况下能激活该功能，保证总线上其他节点的操作正常。
（10）由于CAN采用短帧结构，故传输时间相对较短，从而受干扰概率低，所以检错效果很好[6]。
2.2 CAN总线网络模型
如图2.1所示，CAN只采用了OSI参考模型中的两层，即可分为物理层和数据链路层，OSI剩下5层并没有采用。其物理层分为三个部分来完成电气连接、实现驱动器/接收器特性等功能，三部分为物理媒体连接（Physical Medium Attachment, PMA）、物理层信号（Physical Layer Signal, PLS）与介质从属接口（Medium Dependent Interface, MDI）[7]。数据链路层主要实现实现应答、出错检验、帧编码等动作，分为逻辑链路控制（LLC）与媒体访问控制（MAC）两部分。
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