CN206547105U - 一种列车通信网络测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种列车通信网络测试仪，该测试仪通过以太网卡为硬件基础，通过中央控制模块接收上位机指定的以太网协议及数据内容，通过以太网卡的发送口发送至网络，以太网卡的接收口同时接收收到的流量，并统计发送/接收的帧大小、数量、速率等方式，得出网络的吞吐量、时延、丢包率等指标，最终实现列车太网主动测试。

Description

一种列车通信网络测试仪

技术领域

本实用新型涉及网络测试设备领域，更具体地，涉及一种列车通信网络测试仪。

背景技术

目前国内轨道交通行业所采用的列车通信网络中，使用的通信方式多种多样，包括MVB、WTB、CAN/CANOpen、实时以太网等。虽然针对这几种通信网络，市面上均有独立的测试方案和测试设备，但并没有一种测试设备可以独立地完成上述几种网络的测试。然而很多动车组/机车/城轨车辆上同时使用了多种通信方式，对整个网络进行测试需要大量的测试设备和仪器，不利于现场安装和应用。

目前，针对国内使用的列车通信网络包括工业以太网、MVB、WTB、CAN/CANOpen等，各类总线均有独立的测试方案。

对于CAN/CANOpen总线，由于不仅仅是在轨道交通应用上，其他工业现场也在大量使用，因此，对应的测试方案较多。大体方案如下：

示波器进行解码测试的方法，示波器抓取总线波形，并使用软件对波形进行高低电平分析，最终实现总线解码，完成总线测试；

逻辑分析仪解码测试的方法，逻辑分析仪获取总线高低电平，并使用软件对高低电平进行解码，完成总线测试；

专门的CAN总线分析仪，通过专用的CAN总线芯片，读取总线上的帧内容，完成总线测试。

对于MVB/WTB总线，由于只有轨道交通行业有该总线的应用，因此测试方案中多见专门的总线分析设备，使用专门的芯片或FPGA读取总线内容，实现总线测试。

对于以太网，市场上的测试方案非常成熟，一般分为主动测试和被动测试两种。主动测试即在被测网络的链路两端分别安装网络测试设备，用于在链路中产生测试流量，同时通过接收测试流量评估被测网络的性能(如附图1)。网络测试设备可以通过交换机作为终端接入网络，在现场条件下，也可以取代已有终端接入网络。被动测试即对被测网络中的某一(或者多条)链路进行监控，并对被测链路上的网络流量进行捕获和分析(如附图2)。被动测试灵活接入网络链路各个节点进行探测，用于连续的应用数据记录和网络故障诊断。目前，行业内均有较多的产品发布，但是，主动测试和被动测试兼备的测试仪较少。

实用新型内容

本实用新型提供一种列车通信网络测试仪，该测试仪兼容多种网络类型的测试，并可以使用以太网和WIFI远程控制，适合现场应用。

为了达到上述技术效果，本实用新型的技术方案如下：

一种列车通信网络测试仪，包括以太网测试模块、MVB/WTB总线测试模块、CAN总线测试模块和中央控制模块；中央控制模块通过USB总线分别与MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块连接，以太网测试模块通过PCI-E总线与中央控制模块连接，中央控制模块还与上位机连接；以太网测试模块、MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块固定在测试仪的支持半高PCI-E板卡的mini-ITX机箱内。

进一步地，所述以太网测试模块包括以太网卡，以太网卡的接口与被测试网络连接，列车通信网络测试仪作为网络测试设备接入被测网络，对其中的一条或多条链路进行带有背景流量的性能测试。

进一步地，所述以太网测试模块包括TAP接口，TAP接口与被测试链路链接，列车通信网络测试仪作为中间设备***被测链路，对该链路的流量进行分析和测试。

进一步地，所述MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块均包括逻辑分析仪来分别完成对WTB/MVB低速总线和CAN总线的解码分析，MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块的低电平差分线路上设置了电阻来解决逻辑分析仪测试差分信号时的单端共地问题以提高逻辑分析仪解码质量。

进一步地，所述中央控制模块通过以太网接口、无线网卡或通过列车通信网络测试仪广播的WIFI AP连接。

进一步地，所述中央控制模块以太网接口作为控制接口，两个以太网口设置为桥接，使用同一个IP地址。

进一步地，所述中央控制模块通过WIFI接口设置无线互联，当WIFI检测到列车通信网络测试仪在无线连接范围内时，可自动通过无线中继进行组网，上位机连接测试仪的无线AP，实现所有控制，协同完成现场测试。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

1、通过以太网卡为硬件基础，通过中央控制模块接收上位机指定的以太网协议及数据内容，通过以太网卡的发送口发送至网络，以太网卡的接收口同时接收收到的流量，并统计发送/接收的帧大小、数量、速率等方式，得出网络的吞吐量、时延、丢包率等指标，最终实现列车太网主动测试；

2、通过在列车通信网络测试仪内集成逻辑分析仪，实现WTB/MVB、CAN及其他总线等传统低速总线的解码分析功能，逻辑分析仪接入总线后，不向总线发送任何数据，并对总线的波形进行采样，并将采样结果实时传输至上位机，由上位机进行解码及分析得出测试结果。

附图说明

图1为现有技术中以太网主动测试架构图；

图2为现有技术中以太网被动测试架构图；

图3为本实用新型结构示意图；

图4为TAP接口原理示意图；

图5为双以太网接口桥接结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图3所示，一种列车通信网络测试仪，包括以太网测试模块、MVB/WTB总线测试模块、CAN总线测试模块和中央控制模块；中央控制模块通过USB总线分别与MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块连接，以太网测试模块通过PCI-E总线与中央控制模块连接，中央控制模块还与上位机连接；以太网测试模块、MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块固定在测试仪的支持半高PCI-E板卡的mini-ITX机箱内。

以太网测试模块包括以太网卡，以太网卡的接口与被测试网络连接，列车通信网络测试仪作为网络测试设备接入被测网络，对其中的一条或多条链路进行带有背景流量的性能测试。

以太网测试模块包括TAP接口，TAP接口与被测试链路链接，列车通信网络测试仪作为中间设备***被测链路，对该链路的流量进行分析和测试。

所述MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块均包括逻辑分析仪来分别完成对WTB/MVB低速总线和CAN总线的解码分析，MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块的低电平差分线路上设置了电阻来解决逻辑分析仪测试差分信号时的单端共地问题以提高逻辑分析仪解码质量。

中央控制模块通过以太网接口、无线网卡或通过列车通信网络测试仪广播的WIFIAP连接；中央控制模块以太网接口作为控制接口，两个以太网口设置为桥接，使用同一个IP地址。

中央控制模块通过WIFI接口设置无线互联，当WIFI检测到列车通信网络测试仪在无线连接范围内时，可自动通过无线中继进行组网，上位机连接测试仪的无线AP，实现所有控制，协同完成现场测试。

本实施例中，以多口以太网板卡为硬件基础，通过接收上位机指定的以太网协议及数据内容，测试仪自身通过软件生成某一吞吐量的测试流量，通过以太网卡的发送口发送至网络，以太网卡的接收口同时接收收到的流量，并统计发送/接收的帧大小、数量、速率等方式，得出网络的吞吐量、时延、丢包率等指标，最终实现4端口的100Mbps工业以太网主动测试。

主动测试即在被测网络的链路两端分别安装网络测试设备，用于在链路中产生测试流量，同时通过接收测试流量评估被测网络的性能。网络测试设备可以通过交换机作为终端接入网络，在现场条件下，也可以取代已有终端接入网络。

在以太网主动测试中，列车通信网络测试仪作为网络测试设备接入被测网络，对其中的一条或多条链路进行带有背景流量的性能测试。

主动测试的指标至少包括网络吞吐量、时延、丢包率等基本性能指标，其他指标视现场应用的需求，构造特定的网络流量进行测试。

由于车载以太网协议的特殊性，网络测试设备发送的测试流量应具有一定针对性，如可生成网络中常见的UDP/TCP流量。同时，虽然测试流量具备模拟仿真实际运用特性，但其注入可能会对正在运行中的网络产生影响(如链路带宽占用)，因此，出于安全起见，在现场环境下，主动测试只能在车辆未运行的情况下进行。

在列车通信网络测试仪中集成TAP，实现单纯的链路流量获取，同时，不影响被接入网络的通信状态。将获取的流量上传至上位机，可支持流量分析软件对捕获的流量进行分析。其中，TAP的组成原理见附图4。

被动测试即对被测网络中的某一(或者多条)链路进行监控，并对被测链路上的网络流量进行捕获和分析。被动测试灵活接入网络链路各个节点进行探测，用于连续的应用数据记录和网络故障诊断。

被动测试中，列车通信网络测试仪作为网络监视设备，接入链路中，对链路两端的通信报文进行捕获。

现场环境下，网络测试和故障排查应以不影响现有网络状态的方式为主，即被动测试应成为现场测试和故障的主要手段。

通过在列车通信网络测试仪内集成逻辑分析仪，实现WTB/MVB等传统低速总线的解码分析功能。逻辑分析仪接入总线后，不向总线发送任何数据，并对总线的波形进行24M/s采样，并将采样结果实时传输至上位机，由上位机进行解码及分析。

由于集成的逻辑分析仪为实时采样并传输，最终存储在上位机的内存里，因此逻辑分析仪支持的存储深度直接由上位机的内存大小决定，使得测试仪的逻辑分析功能具备远大于一般仪器的存储深度。市面上逻辑分析仪的存储深度多在1GB左右，但对于该测试仪，如使用16GB内存的上位机，则测试仪支持至少12GB(除去了上位机操作***已占用的内存)的存储深度。此外，逻辑分析仪采样点存储方式为跳变采样(0变成1或者1变成0时才存储)，使得测试仪的内存利用率大为提升，对于频率为1.5MHz的MVB信号，支持2000秒以上的连续采样。

在MVB/WTB的低电平差分线路上增加电阻即可解决逻辑分析仪测试差分信号时的单端共地问题，同时获得较好的解码质量。

列车通信网络测试仪提供两种上位机连接方式：通过设备的1000M以太网接口进行直连；或者使用无线网卡，通过列车通信网络测试仪广播的WIFI AP连接。(件附图5)

列车通信网络测试仪使用两个以太网接口作为控制接口，两个以太网口设置为桥接，使用同一个IP地址。其中，一个控制以太网口连接至内置的WIFI AP，同时，WIFI接口设置无线互联，当WIFI检测到多个列车通信网络测试仪在无线连接范围内时，可自动通过无线中继进行组网，上位机连接任意一台测试仪的无线AP，即可实现所有控制，协同完成现场测试。

列车通信网络测试仪与上位机通信的内容有：

自行开发的设备控制与设置指令，如以太网端口速率与双工配置、tcpdump的开启与关闭、设备IP地址设置等；

主动测试软件之间的通信数据、控制指令、测试结果等，该部分通信连接由软件封装；

Tcpdump抓取的报文内容，该部分内容由samba文件共享的方式实现；

逻辑分析仪的控制、设置与采样点传输。

本实用新型通过以太网卡为硬件基础，通过中央控制模块接收上位机指定的以太网协议及数据内容，通过以太网卡的发送口发送至网络，以太网卡的接收口同时接收收到的流量，并统计发送/接收的帧大小、数量、速率等方式，得出网络的吞吐量、时延、丢包率等指标，最终实现列车太网主动测试；通过在列车通信网络测试仪内集成逻辑分析仪，实现WTB/MVB、CAN及其他总线等传统低速总线的解码分析功能，逻辑分析仪接入总线后，不向总线发送任何数据，并对总线的波形进行采样，并将采样结果实时传输至上位机，由上位机进行解码及分析得出测试结果。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种列车通信网络测试仪，其特征在于，包括以太网测试模块、MVB/WTB总线测试模块、CAN总线测试模块和中央控制模块；中央控制模块通过USB总线分别与MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块连接，以太网测试模块通过PCI-E总线与中央控制模块连接，中央控制模块还与上位机连接；以太网测试模块、MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块固定在测试仪的支持半高PCI-E板卡的mini-ITX机箱内。

2.根据权利要求1所述的列车通信网络测试仪，其特征在于，所述以太网测试模块包括以太网卡，以太网卡的接口与被测试网络连接，列车通信网络测试仪作为网络测试设备接入被测网络，对其中的一条或多条链路进行带有背景流量的性能测试。

3.根据权利要求1所述的列车通信网络测试仪，其特征在于，所述以太网测试模块包括TAP接口，TAP接口与被测试链路链接，列车通信网络测试仪作为中间设备***被测链路，对该链路的流量进行分析和测试。

4.根据权利要求1所述的列车通信网络测试仪，其特征在于，所述MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块均包括逻辑分析仪来分别完成对WTB/MVB低速总线和CAN总线的解码分析，MVB/WTB总线测试模块和CAN总线测试模块的低电平差分线路上设置了电阻来解决逻辑分析仪测试差分信号时的单端共地问题以提高逻辑分析仪解码质量。

5.根据权利要求1所述的列车通信网络测试仪，其特征在于，所述中央控制模块通过以太网接口、无线网卡或通过列车通信网络测试仪广播的WIFI AP连接。

6.根据权利要求5所述的列车通信网络测试仪，其特征在于，所述中央控制模块以太网接口作为控制接口，两个以太网口设置为桥接，使用同一个IP地址。

7.根据权利要求5所述的列车通信网络测试仪，其特征在于，所述中央控制模块通过WIFI接口设置无线互联，当WIFI检测到列车通信网络测试仪在无线连接范围内时，可自动通过无线中继进行组网，上位机连接测试仪的无线AP，实现所有控制，协同完成现场测试。