列车通信网 教学大纲

第页列车通信网一、课程说明课程编号：090333Z10课程名称：列车通信网/TrainCommunicationNetworks课程类别：专业教育课程学时/学分：32/2（含实践学时：4）先修课程：微机原理与接口技术、通信与网络适用专业：电子信息工程、通信工程教材、教学参考书：倪文波主编.高速列车网络与控制技术.成都:西南交通大学出版社.2010年；陶艳主编.列车网络控制技术原理与应用.北京:中国电力出版社.2010年；陈特放主编.列车微机与网络控制技术及应用.北京:科学出版社.2012年二、课程设置的目和意义随着国内外高速客运铁路和重载货运铁路的飞速发展，列车通信网已渗透到铁路运输的各个专业领域，成为控制和通信领域交叉学科的重要研究内容之一，具有较大的应用前景和开发应用需求。作为高等学校通信工程、电子信息工程类专业面向应用开发的专业课，要求学生具备一定的软硬件开发基础和计算机网络基础知识。课程通过对当前国内外主流的列车通信网络为研究对象，以列车通信网络的拓扑结构、数据传输等通信节点开发流程和软硬件设计方法为主要内容，课程理论严密、逻辑性强，有广阔的工程背景。通过本课程的学习，使学生掌握良好的产品开发基础、硬件设计流程、软件编程规范和和科学归纳能力，为今后参与铁路信号、通信系统的研发工作奠定基础。三、课程的基本要求知识：了解目前主要的现场控制总线技术的基本原理、技术特点、应用范围；掌握列车通信网络这一特殊复杂环境下对现场总线在通信质量、传输速率、总线管理、拓扑结构等方面的特殊要求；熟悉目前主流的各类网络化货运机车和客运列车所采用的列车通信网络技术以其在应用现状；熟悉自组网式以及主从应答式列车通信网络的应用范围及技术特点；了解LONTALK协议以及LONWORKS网络节点的硬件开发流程和软件编程规范；了解TCN协议以及MVB网络节点的总线管理过程和软硬件开发流程。能力：以列车控制系统和通信质量为切入点，以实际运营环境为背景，具有提出合适列车通讯网络设计方案的能力；具有灵活运用网络控制系统及计算机网络基本原理，选用合适的通讯网络拓扑方案、节点配置及传输性能要求的能力；具有LONWORKS节点开发和MVB节点开发的能力（包括节点设备的硬件和软件开发两部分）。素质：建立“列车通信网络——网络控制系统——通讯质量保障”的横向对比分析和循环优化设计的设计观念；通过对现场主流列车通信网络的优缺点分析，培养网络控制系统级开发人员的分析问题、解决问题和改进流程的业务素质；通过实践环节的培养，提升学生动手、动脑的自主学习积极性，形成不断学习和适应发展素质。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第1章绪论列车通信网络的发展历史、基本概念、当前研究热点难点、发展趋势220当前主流列车通信网络的选用标准本课程与前期课程的交叉知识点介绍当前国内外主流的列车通信网络的总线结构、应用范围、技术特点第2章列车通信网络技术路线（1）列车通信网络与传统以太网、工业控制网络的区别和联系；（2）列车通信网络的通信质量、传输速率、总线管理、拓扑结构要求分析；（3）以CANOPEN、LON、TCN、FIP、ARCNET为例介绍网络技术特点及应用440分析国内外常见的通信网络，总结其应用背景、技术特点、优缺点；分析当前列车通信网络的拓扑结构、Qos要求及解决办法；简化众多种类列车通信网络技术路线及优缺点等记忆内容、加深理解列车通信网的应用技术路线教学思路：以实例分析各种列车通信网络的应用背景和优缺点；通过横向和纵向对比方法加深知识点。教学模式：除正常教学外，增加1课时的自主学习和考核环节：总结其他工业控制总线的技术特点第3章列车通信网络拓扑结构与分析（1）自组网式列车通信网络设计方法（2）主从应答式列车通信网络设计方法440以ISO/OSI七层模型为研究对象，针对性分析列车通信网络对每层的技术要求；分析自组网式和主从应答式网络的区别和联系；分析两种拓扑结构的设计方法自组网和主从式网络结构的区别和联系教学思路：以当前主流电力机车为例，分析两种拓扑结构的应用场合和技术特点。教学模式：加入实际电力机车的模型、图片、视频，提高学习积极性和主观能动性。第4章LONWORKS网络开发技术（1）神经元芯片与智能家居介绍;LON详细分析;（2）LONTALK协议及LONWORKS网络节点开发流程（3）ECHELON公司节点开发工具安装、使用方法介绍（4）LONWORKS节点开发硬件设计方法及软件编程（5）实践环节：1082LON网络的应用特点、国内当前的应用热点；LON节点开发流程、配套软件功能搭配使用；LON专业芯片软硬件开发流程针对自主网式拓扑，凤分析LON网络技术特点：(1)区别8086/MCS51设备开发流程（2）按照Echelon公司提供的LON网络节点的开发流程进行教学教学思路：按Echelon公司提供的开发流程进行产品化开发讲解。教学模式：除正常教学外，增加主学习和考核环节：阅读文献，了解基于LONTALK的技术及产品特点。实践环节：LONWORKS网络监控分析系统第5章TCN网络开发技术（1）TCN总线协议分析编码方式及节点类别功能（2）WTB总线及MVB总线的技术特点及应用背景（3）MVBC-01和FPGA为技术特点的MVB节点开发硬件设计方法（4）以HXD1机车为例说明TCN总线的应用特点（5）实践环节：MVB节点开发1082以ISO/OSI七层模型为对应，介绍TCN协议的实现方式，分析TCN的技术特点；WTB和MVB两种网络的应用场景、通信速率、节点要求；以MVBC01和FPGA为核心，分析两类节点开发流程TCN协议中WTB和MVB的基本拓扑结构、MVB的通信编码方式、MVB二类节点到四类节点的开发需求和功能分析教学思路：提炼TCN网络节点的技术特点、开发流程；按两种思路设计TCN节点的开发流程。教学模式：增加主学习和考核环节：熟悉DXP或POWERPCB软件。实践环节：用FPGA开发简单的MVB一类节点。第6章列车通信网络一致性测试技术（1）网络通信节点性能检测方法分析（2）网络节点故障检测及恢复技术分析220结合列车通信网络节点开发流程，对比分析常见的网络节点故障原因、故障现象及故障恢复方法结合列车通信网络节点开发流程，对比分析常见的网络节点故障原因、故障现象及故障恢复方法教学思路：根据铁路机车两年检和六年检规范需求进行讲授。教学模式：分组讨论网络节点开发过程的难点，针对性讲解总计32284注：实践环节应配套不少于4学时的自主学习时间，包括实验、上机等。五、实践教学内容和基本要求本课程实验为4学时，利用PCB制图软件，完成LONWORKS通信节点和TCN通信节点的硬件设计、布线和制版过程，熟悉NeuronC编程语言及调度机制，与现有硬件联调实现简单的交通灯控制实验；熟悉FPGA开发语句和仿真环境。使学生从实践中了解和掌握本课程的基本概念、方法及其基本开发思想。通过实验增强学生对列车通信网了的学习兴趣和热情，提高学生的动手能力。学生按照实验指导书的要求独立完成上机实验，掌握实验的基本原理、实验任务和实验步骤，分析总结实验结果，并根据实验结果回答相关问题。实验名称实验内容学时基本要求自主学习工业总线技术总结0按照当前常见的工业总线，分组讨论每种总线的应用背景、技术特点、优缺点LONWORKS节点开发熟悉绘制电路图和电路板软件，用ECHELON公司的FT3150核心板开发LONWORKS通信控制节点2熟悉POWERPCB或者DXP软件熟悉LONWORKS节点开发流程了解NeuronC语句MVB节点开发用FPGA开发MVB通信控制节点2了解Altera或者Xilinx的FPGA芯片参数熟悉Verilog语句熟悉FPGA开发工具及仿真流程六、考核方式及成绩评定教学过程中采取讲授、讨论、分析