一种基于OMNeT++的灵活通用MVB网络建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种轨道列车MVB网络建模方法，特别是一种基于OMNeT++的能够灵 活构建通用MVB网络模型的方法，可用于任意网络规模、任意网络拓扑结构的MVB网络模型 建立，为MVB网络应用及其理论研究提供基础平台。
【背景技术】
[0002] 多功能车辆总线 MVB (Multifunction Vehicle Bus)是 IEC61375-1 (1999)列车 通信网络TCN(Train Communication Network)标准中明确定义的用于车辆内部各功能设 备之间实现互联的网络总线，是应用于列车车辆控制这一特定场合的现场总线，其传输速 率I. 5Mbit/s，介质为双绞线或光纤，能满足列车车辆快速、实时、可靠的控制要求，从而得 到了广泛应用。
[0003] 目前，国内外都对MVB网络进行了大量的研究，国外由于起步早、技术积累丰富而 掌握了诸多关键技术，且进行技术垄断和封锁。国内起步晚，尚未完全掌握MVB网络控制系 统的核心关键技术。列车车辆网络控制系统已成为制约我国轨道交通技术发展的瓶颈之 一，使我国不得不整车引进国外既有系统，直接影响和制约了整个列车车辆技术领域（牵 弓丨、供电、信号、控制、诊断等）的发展。因此研究MVB网络关键技术，实现列车车辆网络控 制系统的自主知识产权，对促进列车车辆技术的发展具有重要的意义。
[0004] MVB网络关键技术如通信网络传输介质、网络协议、网络性能、网络通信调度等的 研究都离不开网络模型，网络模型的建立是研究MVB网络关键技术的基础，对网络性能的 优化、系统设计及具有重要影响。目前对MVB网络的建模都是针对具体的研究内容构建具 体拓扑结构和网络规模的模型，如基于OPNET的MVB总线运行模型，基于Petri网的用于 MVB网络吞吐性能分析的网络模型，以及基于MATLAB软件Stateflow工具箱构建分层MVB 网络模型。现有的建模方法通常针对MVB网络某方面研究内容而建，缺乏通用性；而且所 建模型通常没有可视效果，而OMNeT++网络仿真平台可以直观体现MVB网络数据通信过程。 特别地，关注某个MVB网络领域或应用研究的研究人员还需投入大量精力构建网络模型以 及进行网络通信，延长了研发周期。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有基于0PNET、Petri网以及Stateflow等建 模方法存在的问题，提供一种基于OMNeT++的灵活通用的MVB网络建模方法，将MVB网络节 点模块封装成一个可视化透明元件，用于构建任意网络规模、任意网络拓扑结构的MVB网 络模型的方法，能极大简化建模过程，缩短研发周期。
[0006] 本发明为解决上述问题采用以下技术方案：一种基于OMNeT++的能够灵活通用 MVB网络建模方法，包括MVB网络节点、MVB总线、MVB网络拓扑结构、MVB网络过程数据传 输模型及过程数据实时性计算模型的建模方法；所述MVB网络节点模型包括Data_S 〇urce、 TX、RX、Data_Process、接收器端口、发送器端口六个简单模块，它们之间通过定义在复合模 块中的Connections段进行连接封装成一个可视化透明元件；所述MVB总线通过OMNeT++ 中的信道封装一些与连接相关联的参数和行为，其中包括数据传输速率、传播时延、误比特 率；所述MVB网络拓扑结构由MVB网络节点模块封装成的可视化透明元件通过收发器端口 由链路挂接到MVB总线上形成；所述MVB网络过程数据传输模型为封装在MVB网络中的数 据传输过程；所述MVB网络过程数据实时性计算模型主要是对MVB网络中透明化元件端到 端数据传输的编码时延、介质传输时延、发送时延、接收时延、中继器时延进行计算，对MVB 网络性能进行分析测试，实现所建模型的最优化。
[0007] 所述的MVB网络中的各个由MVB网络节点模块封装成的可视化透明化元件结构相 同。
[0008] 所述的MVB网络中的各个由MVB网络节点模块封装成的可视化透明化元件在不 同的初始化代码定义下所实现的功能不同，其中初始化代码〇〇〇〇为1类设备、初始化代码 0001为2类设备、0010为3类设备、0011为4类设备、0100为5类设备。
[0009] 所述5类设备具有TCN网关性能、消息数据性能、过程数据性能、设备状态性能，4 类设备具有总线管理性能、消息数据性能、过程数据性能、设备状态性能，3类设备具有消息 数据性能、过程数据性能、设备状态性能，2类设备具有消息数据性能、过程数据性能、设备 状态性能，1类设备具有过程数据性能、设备状态性能。
[0010] 所述由MVB网络节点模块封装成的可视化透明元件，Data_S〇Urce模块为数据 源，通过指定的均匀分布函数定期发送事先定义好的周期扫描表中的主帧；TX为总线发送 器，负责把数据发送到MVB总线上；RX为总线接收器，负责接收MVB总线上的数据；Data_ Process模块负责数据处理；发送器端口与接收器端口负责可视化透明元件与MVB总线的 连接。
[0011] 所述MVB网络过程数据传输模型包括主帧源寻址广播和从帧响应两个过程，具体 工作方式如下： 主帧源地址广播过程： a. MVB网络上电初始化，完成MVB总线网络可视化透明元件的初始化设置，其中包括周 期扫描表的定制、初始化代码定义设备所属类型及总线主权转移到由MVB网络节点模块封 装成的可视化透明元件而成为总线主设备，此时可视化透明元件(总线主设备）对整个MVB 网络进行控制； b. 数据源Data_Source模块通过指定的均勻分布函数定期从通信存储器（TM)中读取 事先定义好的周期扫描表中的数据并传送给数据处理Data_Process模块； c. 数据处理Data_Process模块对数据源Data_Source模块发出的数据进行封装处 理； d. 数据发送TX模块将数据处理Data_Pr〇CeSS模块封装好的主帧通过发送器端口广 播到MVB总线上；主帧广播到MVB总线上后，进入等待状态，等待下一次周期轮询； 从帧响应过程步骤是： a. MVB网络上电初始化，此初始化过程与主帧源地址广播的初始化过程为同一过程，在 此过程中除了由于主权转移之后成为总线主设备的可视化透明元件的其它透明化元件被 设置为从设备，此时可视化透明元件(从设备）从MVB总线上接收信息或向总线发出信息以 响应主设备请求； b. 数据接收RX模块，通过接收器端口 5接收由可视化透明元件(总线主设备）发送出 的主帧； c. 数据处理Data_Process模块，对RX模块数据接收状态下接收的主帧并进行译码， 将自身的设备地址与主帧的地址字段进行对比；如果地址相同，则此模块所在的可视化透 明元件(从设备）作为源设备将存放在源端口的过程数据组成从帧，并通过数据发送TX模 块发送到MVB总线上，其它从设备接收该从帧，对其译码后上传给应用层；如果地址不相同 则此模块所在的可视化透明元件作为从设备通过数据接收RX模块接收源设备发送出的从 帧； d. 最后进入等待状态，等待下一次周期轮询。
[0012] 所述MVB网络过程数据实时性计算模型主要是对应用于由OMNeT++构建的MVB 网络性能进行分析测试，实现所建模型的最优化。
[0013] 与现有构建MVB网络模型方法相比，本发明具有以下优点： a. 本发明涉及符合TCN标准的MVB网络控制系统的一种轨道列车MVB网络建模方法， 特别是一种基于OMNeT++的能够灵活构建通用MVB网络模型的方法，将MVB网络节点模块 封装成一个可视化透明元件，用于构建任意网络规模、任意网络拓扑结构的MVB网络模型 的方法，能极大简化建模过程，为MVB网络应用及其理论研究提供基础平台，缩短研发周 期； b. 现有的建模方法通常针对MVB网络某方面研究内容而建，缺乏通用性；而且所建模 型通常没有可视效果，而一种基于OMNeT++的能够灵活构建通用MVB网络模型的方法，更具 普遍性，而且OMNeT++网络仿真平台可以直观体现MVB网络数据通信过程。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的MVB网络节点模块封装成的可视化透明元件结构示意图。
[0015] 图2为本发明的MVB网络拓扑结构示意图。
[0016] 图3为本发明的MVB网络过程数据通信方式流程图。
[0017] 图4为本发明的MVB网络过程数据实时性计算模型结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明的作进一步的详细说明，如图1所示，一种基于OMNeT++的 能够灵活构建通用MVB网络模型的可视化透明元件包括数据源Data_S 〇UrCe模块1、数据处 理Data_Pr〇cesS模块2、数据接收RX模块3、数据发送TX模块4、接收器端口 5、发送器端 口 6,其中7代表由以上模块构成的可视化透明元件。
[0019] 可视化透明元件中的数据源Data_Source模块1、数据处理Data_Process模块2、 数据接收RX模块3、数据发送TX模块4、接收器端口 5、发送器端口 6通过OMNeT++进行 拓扑结构及功能定义，数据源Data_Source模块1的输出与数据处理Data_Process模块2 的输入端进行连接，数据处理Data_Process模块2的输出端与数据发送TX模块4的输入 端进行连接，数据接收RX模块3的输出端与数据处理Data_Pr 〇CeSS模块2的输入端进行 连接，数据发送TX模块4的输出端与发送器端口 6进行连接，接收器端口 5与数据接收RX 模块3的输入端进行连接，通过复合模块对以上模块及模块之间的连接封装成为一个可视 化透明元件7作为MVB网络设备。
[0020] 如图2所示，一种基于OMNeT++的能够灵活构建通用MVB网络模型的MVB网络拓 扑结构示意图，其中包括可视化透明元件8、可视化透明元件9、可视化透明元件10、可视化 透明元件11、可视化透明元件12、MVB总线及连接可视化透明元件与MVB总线之间的链路 13和链路14组成；链路13的一端与可视化透明元件8的接收器端口 5连接，另一端与MVB 总线相连接；链路14的一端与可视化透明元件8的发送器端口 6连接，另一端与MVB总线 相连接；可视化透明元件9、可视化透明元件10、可视化透明元件11、可视化透明元件12与 MVB总线的连接方式与可视化透明元件8相同；通过上述的连接形成MVB网络拓扑结构，进 行MVB网络过程数据通信。
[0021] 如图3所示，一种基于OMNeT++的能够灵活构建通用MVB网络模型的MVB网络过 程数据通信方式工作原理示意图，具体工作方式如下： 主帧源地址广播过程：MVB网络上电初