1、隨著軌道交通技術向便捷化、舒適化、智能化方向發(fā)展，機車車輛的控制和診斷技術越來越先進，列車控制數據越來越多，目前常用的列車通信網絡難以滿足持續(xù)增長的大信息量的數據傳輸需求。
　　交換式以太網的傳輸速率高，成本低，且基本解決了傳統(tǒng)以太網的不確定性問題，因此成為未來列車通信網絡的主要解決方案之一。進一步提高交換式以太網的實時性，是將其應用于列車通信網絡的關鍵技術問題，本文基于此開展研究。
　　本文將IEC61375標準對WTB+

2、MVB網絡和以太網列車通信網絡的時延上限規(guī)定分別作為低標準時延約束條件和高標準時延約束條件，以此考察在交換式以太網中，數據幀的最大端到端時延和平均端到端時延能否滿足網絡的實時性需求。
　　本文從拓撲結構設計、交換機隊列調度算法和終端設備訪問方式這三個影響交換式以太網實時性的主要因素出發(fā)，分別討論了提高實時性的通信技術和實時性評價方法，主要研究成果包括以下幾個方面:
　　1、定量分析了基于交換式以太網的列車通信網絡的最大端到端

3、時延和及時可靠性。首先按照IEC61375標準的規(guī)定，設計了具有冗余結構的列車通信網絡拓撲。然后提出了基于邊擴張的二元決策圖方法分析網絡的及時可靠性，通過理論分析和仿真實驗，驗證了給出的網絡拓撲具有較高的及時可靠度。最后證實了網絡的最大端到端時延滿足本文所述的低標準時延約束條件，通過理論分析和仿真實驗，給出了滿足高標準時延約束條件的實時性改進方法。
　　2、研究了基于相對時延的終端設備到交換機的優(yōu)化分配。首先提出了基于相對時延方差

4、的終端設備到交換機分配的目標函數，通過理論分析和仿真實驗，驗證了該目標函數能有效降低設備的數據傳輸時延。然后從擴展搜索域的角度出發(fā)，提出了基于混合交叉的遺傳算法，進一步優(yōu)化設備分配，經驗證該算法能加快收斂速度，提高最優(yōu)適應度值和平均適應度值。
　　3、提出了交換機的兩級調度算法。首先在采用IEEE802.1P標準將三種列車數據（實時周期數據、實時非周期數據和非實時數據）分成三個優(yōu)先級隊列的基礎上，提出了兩級隊列調度算法:一級優(yōu)先級

5、-時間片調度算法解決了不同隊列的調度順序問題，二級最小截止期調度算法解決了實時隊列里的截止期較小數據的優(yōu)先調度問題。兩級調度算法既保證了實時數據的發(fā)送不會受到非實時數據的阻礙，又兼顧了實時周期數據和實時非周期數據的發(fā)送，同時能保證具有較小截止期的實時周期數據得到優(yōu)先發(fā)送。然后在兩級調度算法的基礎上，提出采用G/D/1排隊論進行平均端到端時延分析，驗證了網絡的平均端到端時延滿足高標準時延約束條件。
　　4、研究了兩種基于時分復用技術

6、的帶寬分配策略。首先研究了基于數據類型的時分復用模型，提出了改進的Dijkstra算法設計周期數據調度表，該算法考慮了鏈路資源受限和防止交換機通信阻塞的情況，并通過仿真證實了該算法相較于RM算法能得到更小的實時周期時段的交付時間。然后研究了基于節(jié)點時分多址接入的訪問控制方式，建立了基于RTNET以太網協(xié)議棧的測試網段，通過多項測試驗證了基于TDMA的帶寬分配策略相較于以太網+TCP/IP協(xié)議棧能降低網絡時延，同時總結了該方法的局限性和時