列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)（機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制課件）

1.列車運行速度提高的需要動車組采用動力分散編組，其牽引、制動電器分散布置在多個車輛，但其動作要與控制指令保持一致2.控制項目增多的需要實現(xiàn)各動力車的重聯(lián)控制實現(xiàn)全列車所有由計算機(jī)控制的單元聯(lián)網(wǎng)通信和資源共享實現(xiàn)全列車的牽引控制、制動控制、門控制、空調(diào)控制及軸溫檢測等功能實現(xiàn)全列車的自檢及故障診斷決策全列車設(shè)備狀態(tài)信息、運行信息的顯示。為旅客提供信息服務(wù)。一、應(yīng)用列車通信網(wǎng)絡(luò)的必要性第一節(jié)列車通信網(wǎng)絡(luò)概述

列車通信網(wǎng)絡(luò)是一個安裝在列車上的計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對整列車各部分信息的采集與傳遞，對整列車進(jìn)行控制、監(jiān)測、故障診斷以及為旅客提供信息服務(wù)。二、列車通信網(wǎng)絡(luò)的定義三、列車通信網(wǎng)絡(luò)的特點工作環(huán)境惡劣，可靠性要求高實時性要求高（時間的準(zhǔn)確性、傳遞的快速性）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的自動配置（列車總線）四、常見列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)1.TCN網(wǎng)絡(luò)TCN標(biāo)準(zhǔn)對列車通信網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)、連接各車輛的列車總線、連接車輛內(nèi)部各智能設(shè)備的車輛總線及過程數(shù)據(jù)等內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。四、常見列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)2.現(xiàn)場總線（特點）線狀（總線、菊花鏈型）、星型、樹型以線狀結(jié)構(gòu)為多四、常見列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)2.現(xiàn)場總線（網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）五、列車通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢1.相互競爭2.相互兼容3.異軍突起8第7講高速列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本章主要內(nèi)容TCN概述TCN發(fā)展歷史及現(xiàn)狀WTBMVBRTP小結(jié)97.1TCN概述TCN（TrainCommunicationNetWork）現(xiàn)代列車朝高速化、自動化、舒適化方向發(fā)展已經(jīng)成為必然趨勢。列車通信網(wǎng)絡(luò)已成為高速列車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。10TCN的本質(zhì)

TCN是一種面向控制、連接車載設(shè)備的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),是分布式列車控制系統(tǒng)的核心。它集列車控制系統(tǒng)、故障檢測與診斷系統(tǒng)以及旅客信息服務(wù)系統(tǒng)于一體。以車載微機(jī)為主要技術(shù)手段,并通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)列車各個系統(tǒng)之間的信息交換,最終達(dá)到對車載設(shè)備的集散式監(jiān)視、控制和管理等目的,實現(xiàn)列車控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化與信息化。11TCN體系結(jié)構(gòu)列車級，車廂級，設(shè)備級1213TCN的三種應(yīng)用方式1)具有WTB但沒有車輛總線,或者有其它的車輛總線但不是MVB;2)具有MVB但沒有列車總線,或者有其它的列車總線但不是WTB;3)可以是其它形式的總線使用實時協(xié)議,而不是WTB或者M(jìn)VB。1415特征絞線式列車總線WTB多功能車廂總線MVB結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可變，構(gòu)成改變時，具有自適應(yīng)性結(jié)構(gòu)及設(shè)備的地址固定不變介質(zhì)屏蔽雙絞線（860米，32個節(jié)點，相當(dāng)于22個UIC車廂）雙絞線，RS-485（20米32設(shè)備）；變壓器隔離屏蔽雙絞線（200米32設(shè)備）；星型光纖網(wǎng)（2000米，2個設(shè)備）物理冗余雙份物理介質(zhì)雙份物理介質(zhì)信號帶16..32位前同步碼的曼徹斯特編碼帶定界符的曼徹斯特編碼信號速率1Mbit/s1.5Mbit/s地址空間8bit地址12bit地址物理地址點對點及廣播點對點及廣播有效的幀長度在4--132個字節(jié)之間可變量化的：16，32，64，128或者256bits完整性幀F(xiàn)CS-16，幀校驗以及曼徹斯特編碼IEC60870校驗序列及幀尺寸校驗介質(zhì)分配由一臺主設(shè)備完成由一臺主設(shè)備完成主設(shè)備權(quán)傳送主設(shè)備，強(qiáng)主設(shè)備或弱主設(shè)備總線管理器通過令牌傳送成為主設(shè)備主設(shè)備冗余初運行后，主設(shè)備權(quán)傳遞給另一節(jié)點令牌傳遞自動進(jìn)行主設(shè)備權(quán)轉(zhuǎn)換冗余校驗鏈路層服務(wù)過程數(shù)據(jù)

循環(huán)

源尋址廣播數(shù)據(jù)消息數(shù)據(jù)

偶發(fā)

點對點或廣播數(shù)據(jù)報監(jiān)督數(shù)據(jù)

循環(huán)/偶發(fā)

用于總線管理的數(shù)據(jù)16數(shù)據(jù)分類列車通信網(wǎng)絡(luò)將傳輸兩類數(shù)據(jù)：短而緊迫的過程變量

(Process_Variables)（如用于牽引控制）；不太緊迫，但可能較長的消息變量（如用于診斷）。17列車通信網(wǎng)絡(luò)的特點工作環(huán)境惡劣，可靠性要求高；控制操作實時性（時間確定性）要求高；列車組成的動態(tài)性；18TCN的優(yōu)缺點優(yōu)點：TCN的功能齊全已經(jīng)成為鐵標(biāo)有一定國內(nèi)應(yīng)用的前例TCN的不足：WTB協(xié)議復(fù)雜TCN產(chǎn)品市場小，價格昂貴197.2TCN的發(fā)展歷史

自從19世紀(jì)末自動車鉤出現(xiàn)以來,鐵道車輛的自動化對接就已經(jīng)存在。對鐵路工業(yè)而言,下一個挑戰(zhàn)是帶數(shù)據(jù)總線的車輛自動互聯(lián)技術(shù),這就要求車載數(shù)據(jù)通信進(jìn)行世界范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化。201988年，受國際電工委員會（IEC）第9技術(shù)委員會（TC9）的委托，來自20多個國家（包括中國、歐洲國家、日本和美國，它們代表了世界范圍的主要鐵路運用部門和制造廠家）以及UIC（國際鐵路聯(lián)盟）的代表組成的第22工作組（WG22），共同為鐵路設(shè)備的數(shù)據(jù)通信制定一項標(biāo)準(zhǔn)。1999年6月，經(jīng)過長達(dá)11年的工作，IEC/TC9/WG22在ABB公司的MICAS基礎(chǔ)上，以及西門子的DIN43322和意大利的CD450等運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上制訂的列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）標(biāo)準(zhǔn)－－IEC61375正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)。21（IEC61375）表1.322在2002年，我國制定了鐵道部標(biāo)準(zhǔn)（TB/T3035-2002）TB中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T3035-2002列車通信網(wǎng)絡(luò)TrainCommunicationNetwork2002-02-09發(fā)布2002-07-01實施中華人民共和國鐵道部發(fā)布23TCN標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展核心芯片被幾大廠商控制，價格很貴

IEC2003，TAHG(TrainCommunicationNetworkADHocGroup)對TCN的開放性，互操作性進(jìn)行改進(jìn)，并且評估各種新的總線。表1.324TCN在我國的情況表1.2MVB在國內(nèi)已先后用于“先鋒”、“奧星”、“熊貓”、“藍(lán)箭”、“大白鯊”、“中原之星”、“中華之星”等動車組。

WTB在DJ“熊貓”號及DJJ“藍(lán)箭”號上作為列車總線使用;DJ2“奧星”號列車總線也為WTB;正在研制的擺式列車也考慮采用WTB。2526277.3WTB概述拓?fù)湮锢斫橘|(zhì)信號表示介質(zhì)訪問初始運行其他287.3.1絞線式列車總線

（Wire_Train_Bus，WTB）

WTB是為互連車輛設(shè)計的串行數(shù)據(jù)通信總線。對于頻繁改變其組成的列車組(如國際聯(lián)運列車UIC或市郊列車),WTB被設(shè)計成通過手插式跨接電纜或自動連接器來實現(xiàn)車輛之間的互連。29307.3.2WTB總線拓?fù)?/p>

接入主干電纜的兩種方式。317.3.3WTB物理介質(zhì)WTB采用屏蔽雙絞線，要求有較高的機(jī)械連接性能。使用該種介質(zhì)可以達(dá)到1Mbit/s通信速率，長度為860m，對應(yīng)22節(jié)26m長的UIC列車。3233WTB介質(zhì)附件（MediumAttachmentUnit）介質(zhì)附掛單元有兩個收發(fā)器,一個方向上一個。收發(fā)器使用變壓器實現(xiàn)與外部導(dǎo)線的電隔離，并附掛到曼切斯特編碼/譯碼器上總線開關(guān)端接開關(guān)方向開關(guān)34WTB介質(zhì)冗余總是在兩路總線上發(fā)送，而只是在一路總線上接收。357.3.4WTB信號表示36WTB幀37WTB鏈路層及其報文38三種報文1）過程數(shù)據(jù)報文，通常使用廣播的方式發(fā)送，通常周期性的報告。2）消息數(shù)據(jù)報文，通常是一個設(shè)備發(fā)送到一個設(shè)備或者是廣播，通常是按需求才發(fā)送。3）監(jiān)督數(shù)據(jù)報文，相同總線內(nèi)用于監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，檢測沉寂的設(shè)備，總線主權(quán)轉(zhuǎn)換，總線初始化等數(shù)據(jù)?？赡苁侵芷趥魉停部赡苁前葱鑲魉?。從設(shè)備總是與它接受的主幀相同類型的幀來回答。39WTB過程數(shù)據(jù)報文

40WTB消息數(shù)據(jù)報文通常消息報文只是被一個目標(biāo)接受41WTB監(jiān)督數(shù)據(jù)報文

可以沒有從幀427.3.5WTB介質(zhì)訪問（時分）周期性數(shù)據(jù)與偶發(fā)性數(shù)據(jù)43訪問的幾點規(guī)則當(dāng)列車網(wǎng)絡(luò)組成改變時，每個節(jié)點通知總線主，以改變輪詢的策略。當(dāng)車輛增加，周期相變長，而偶發(fā)相變短。緊迫和非緊迫的數(shù)據(jù)。偶發(fā)性數(shù)據(jù)必須留有足夠的時間。44常規(guī)操作WTB幀（總結(jié)）457.3.6WTB初運行

初運行目的：當(dāng)列車的組成改變時，特別是車廂被連掛或解掛時，主設(shè)備重新配置總線。這個過程稱為初運行?？偩€需要重新組態(tài)。46節(jié)點地址分配1）主設(shè)備地址為01；2）主設(shè)備定義方向1為“底部”，方向2為“頂部”；3）在方向1上從地址63開始降序排列從設(shè)備節(jié)點地址，該方向最后命名節(jié)點是底部節(jié)點；4）在方向2上從地址02開始升序排列從設(shè)備節(jié)點地址，該方向最后命名節(jié)點是頂部節(jié)點；5）主設(shè)備可以最多命名62個節(jié)點。47初運行完成后每個節(jié)點都知道：自己的地址線A和線B，分別命名為P和S.自己的地址是增序還是減序。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，所有?jié)點的位置，地址，類型。48強(qiáng)節(jié)點與弱節(jié)點只能指定一個節(jié)點為總線主，這個節(jié)點稱為強(qiáng)節(jié)點。在沒有總線主的情況下，允許幾個節(jié)點（弱節(jié)點）成為總線主。弱總線主——新的總線主弱節(jié)點的機(jī)制主要用來克服總線主故障。有幾個弱節(jié)點的情況，有幾個強(qiáng)節(jié)點的情況。49初運行中的MAU單元在末端：總線開關(guān)打開，端接器插入，主輔通道接到相反的方向上。在中間：總線開關(guān)閉合，端接器斷開，輔助通道斷開。50命名的基本過程51給節(jié)點命名52主設(shè)備沖突

5354新增加節(jié)點總線收縮WTB總線主冗余其他的相關(guān)知識557.4MVB概述物理層總線控制器（信號表示，幀，端口，報文略）介質(zhì)訪問容錯567.4.1MVB概述MultifunctionVehicleBus車廂總線用于將一個車廂內(nèi)或不可分的車廂組內(nèi)的設(shè)備連接起來。57

車廂總線允許設(shè)備的安裝間距在200米以內(nèi)；車廂總線至少支持256個設(shè)備；車廂總線在最差情況下的響應(yīng)時間低于16ms；58特征絞線式列車總線WTB多功能車廂總線MVB結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可變，構(gòu)成改變時，具有自適應(yīng)性結(jié)構(gòu)及設(shè)備的地址固定不變介質(zhì)屏蔽雙絞線（860米，32個節(jié)點，相當(dāng)于22個UIC車廂）雙絞線，RS-485（20米32設(shè)備）；變壓器隔離屏蔽雙絞線（200米32設(shè)備）；星型光纖網(wǎng)（2000米，2個設(shè)備）物理冗余雙份物理介質(zhì)雙份物理介質(zhì)信號帶16..32位前同步碼的曼徹斯特編碼帶定界符的曼徹斯特編碼信號速率1Mbit/s1.5Mbit/s地址空間8bit地址12bit地址物理地址點對點及廣播點對點及廣播有效的幀長度在4--132個字節(jié)之間可變量化的：16，32，64，128或者256bits完整性幀F(xiàn)CS-16，幀校驗以及曼徹斯特編碼IEC60870校驗序列及幀尺寸校驗介質(zhì)分配由一臺主設(shè)備完成由一臺主設(shè)備完成主設(shè)備權(quán)傳送主設(shè)備，強(qiáng)主設(shè)備或弱主設(shè)備總線管理器通過令牌傳送成為主設(shè)備主設(shè)備冗余初運行后，主設(shè)備權(quán)傳遞給另一節(jié)點令牌傳遞自動進(jìn)行主設(shè)備權(quán)轉(zhuǎn)換冗余校驗鏈路層服務(wù)過程數(shù)據(jù)

循環(huán)

源尋址廣播數(shù)據(jù)消息數(shù)據(jù)

偶發(fā)

點對點或廣播數(shù)據(jù)報監(jiān)督數(shù)據(jù)

循環(huán)/偶發(fā)

用于總線管理的數(shù)據(jù)597.4.2MVB物理層MVB提供三種不同的物理介質(zhì)，它們以相同速率運行：電氣短距離介質(zhì)（ESD）傳送距離≤20米，使用標(biāo)準(zhǔn)的RS-485收發(fā)器，每段最多支持32個設(shè)備。電氣中距離介質(zhì)（EMD）傳送距離≤200米，每段最多支持32個設(shè)備，屏蔽雙絞線，變壓器隔離；光學(xué)玻璃纖維介質(zhì)（OGF），星型連接或點到點方式下最大距離2000米。60RS485和RS232一樣，是一種典型的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)。

RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。

接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。

RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps61RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。一般只需二根連線(半雙工)。

RS485接口連接器通常采用DB-9的9芯插頭座。

RS485編程串口協(xié)議只是定義了傳輸?shù)碾妷?，阻抗等，編程方式和普通的串口編程一樣另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)62電短距離介質(zhì)ESD該介質(zhì)使用RS-485收發(fā)器，基于基本的差分傳輸。無需在發(fā)送器和收發(fā)器之間電氣隔離。63ESD連接器布置64電氣中距離介質(zhì)EMD在封閉的列車系統(tǒng)中，MVB可以跨越幾個車廂。在這種應(yīng)用中可采用電中距離介質(zhì)，每段最大可以達(dá)到200米，約4個車廂。用于連接不解掛的車廂組合。65EMD傳輸介質(zhì)采用雙絞屏蔽線，屏蔽方式如圖；收發(fā)器與傳輸介質(zhì)之間采用變壓器隔離。66設(shè)備與EMD的雙線連接(冗余)67光纖介質(zhì)連接光纖介質(zhì)由一對構(gòu)成全雙工點對點連接的光纖組成。光介質(zhì)被推薦用于高電磁噪音的區(qū)域。68拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電介質(zhì)采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而光介質(zhì)通常采用星型拓?fù)洹?9MVB總線段連接(混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))707.4.3總線控制器（Bus_Controller）總線控制器用途：控制總線的訪問；通過發(fā)送器和接收器附掛到兩條冗余總線；包含編碼器/譯碼器和通信存儲（Traffic_Store）控制邏輯；譯碼到達(dá)幀并尋址通信存儲。717.4.4MVB信號編碼MVB速率：1.5MB/s。數(shù)據(jù)采用曼切斯特編碼。數(shù)據(jù)位編碼如圖72MVB鏈路層一次傳輸包括兩種類型幀：主設(shè)備幀（Master_Frame），只由總線主設(shè)備生成；從設(shè)備幀（Slave_Frame），由從設(shè)備在響應(yīng)主設(shè)備幀時發(fā)送。一個主設(shè)備幀及相應(yīng)從設(shè)備幀共同形成一個報文：737.4.5MVB介質(zhì)分配（MAC）MVB由單個主設(shè)備控制，該設(shè)備是能發(fā)送Master_Frames（主設(shè)備幀）的唯一設(shè)備，所有其它的設(shè)備都是從設(shè)備，他們不能自發(fā)發(fā)送。在持續(xù)幾秒鐘的一輪期間，可能有幾個設(shè)備——Bus_Administrators（總線管理器）——能夠成為主設(shè)備，但一次只能一個成為主設(shè)備。主設(shè)備可位于總線的任意位置。主設(shè)備按照某種預(yù)定順序（策略）對端口進(jìn)行周期性的輪詢（Polling）。74MVB介質(zhì)分配基本周期、周期相、偶發(fā)相；過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)；主設(shè)備輪詢：源尋址廣播；

757.4.6MVB容錯檢測傳送過程中的錯誤。故障獨立性。提高可用性。（雙份物理介質(zhì)和冗余總線管理器）系統(tǒng)可有單線和備份混合組成。767.4.6.1介質(zhì)冗余電器和光纖的物理介質(zhì)全部備份77光纖介質(zhì)冗余787.4.6.2總線管理器冗余（主設(shè)備權(quán)的轉(zhuǎn)移）令牌傳送算法：相應(yīng)的策略來保證所有的管理器對總線的循環(huán)訪問。797.5RTP概述變量服務(wù)消息服務(wù)807.5.1RTP概述RealTimeProtocol它為一個應(yīng)用與另外一個應(yīng)用在列車通信網(wǎng)絡(luò)上提供協(xié)議和服務(wù)。81變量與消息RTP提供以下兩種主要的應(yīng)用通信服務(wù):1)變量(分布式進(jìn)程數(shù)據(jù)庫):傳送具有確定傳輸延時的短數(shù)據(jù)。2)消息(呼叫/應(yīng)答及多播消息):傳送可能冗長但不頻繁的數(shù)據(jù)項。3）在RTP的標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩種接口:鏈路層接口(LPI和LMI)和應(yīng)用層接口(AVI和AMI)。82RTP體系結(jié)構(gòu)LPI,LMI分別定義從總線所期望得到的服務(wù)種類;AVI,AMI分別定義了提供給應(yīng)用層的變量和消息服務(wù)。83消息與變量的基本區(qū)別RTP之所以分為變量服務(wù)和消息服務(wù)兩大部分,是由變量和消息不同的傳輸方式與要求所決定的。變量主要是列車運行的控制命令和運行狀態(tài)。這些信息對于列車的正常運行來說都是非常重要的。為了保證變量在確定的較小的時延下能夠被及時地發(fā)送到相應(yīng)的端口中,在RTP中對變量的傳輸是周期性的、廣播的,從而保證變量的實時性;

而消息則不同,消息是一些冗長但不頻繁傳輸?shù)臄?shù)據(jù),消息是按需傳輸?shù)?所以消息的傳輸是非周期性的、點對點的。這就決定了消息的傳輸需要發(fā)送方和接收方建立連接。從而也就決定了消息要有網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層等變量沒有的層。（表3.5）847.5.2變量為時間緊迫的數(shù)據(jù)或者過程提供的一種傳送服務(wù)。采用廣播的方式。采用分布式過程數(shù)據(jù)庫，不同設(shè)備中的應(yīng)用程序訪問位于一個全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中的過程變量，每個設(shè)備各有自己的過程變量。消費者與發(fā)行者。8586因為過程變量周期性地通過總線來發(fā)送,所以在數(shù)據(jù)偶然丟失的情況下不需要明確的重發(fā)。為了對付持續(xù)的錯誤,總線控制器為每個變量提供了1個計數(shù)器,這個計數(shù)器表示在多久以前變量被刷新。此外,它也能隨同每個變量發(fā)送1個校驗變量以保證變量及時、正確地產(chǎn)生。87數(shù)據(jù)集列子

應(yīng)用可以單個訪問過程變量,也可以更有效地按組訪問過程變量。過程數(shù)據(jù)應(yīng)用層按單個的應(yīng)用變量安排被發(fā)送數(shù)據(jù)。它也可以將數(shù)據(jù)形式轉(zhuǎn)換成客戶所使用的表示法。887.5.3消息各應(yīng)用之間通過列車通信網(wǎng)絡(luò)“透明”地交換消息。一個應(yīng)用并不了解其對方是駐留在同一總線、同一站,還是在TCN的其他任何地方。（圖3.61）應(yīng)用在客戶機(jī)/服務(wù)器基礎(chǔ)上通信。一個會話包含兩個消息:一個由客戶機(jī)發(fā)出的呼叫和一個響應(yīng)它由遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)出的應(yīng)答。消息被分段成若干小包以便發(fā)送。每個包帶有標(biāo)識其源和目標(biāo)的全部地址。列車總線各節(jié)點為各包確定路線。重發(fā)協(xié)議用于流控制和出錯恢復(fù)。這個傳送協(xié)議僅由端設(shè)備執(zhí)行,中間節(jié)點僅在特殊情況下(例如初運行)才介入。897.6TCN小結(jié)與OSI模型的比較網(wǎng)絡(luò)管理907.6.1TCN與OSI模型的比較OSI通用，TCN專用都強(qiáng)調(diào)兼容性TCN總是實時工作，而OSI中沒有考慮數(shù)據(jù)是短距離傳輸，且頻繁，時限緊迫的情況。OSI包頭相對復(fù)雜。（網(wǎng)絡(luò)速率不同）OSI軟件復(fù)雜，而TCN主要應(yīng)用于大量小設(shè)備的目標(biāo)之間相互通信。TCN因為引入不見相互之間的約定而簡化。917.6.2TCN網(wǎng)絡(luò)管理（TNM）網(wǎng)絡(luò)管理提供對TCN進(jìn)行配置、試運行和維護(hù)等服務(wù)。為此,可將一個網(wǎng)絡(luò)管理者(例如,作為一個車輛設(shè)備)連接到TCN。管理者能訪問在同一車輛和其他車輛中連接到TCN的所有設(shè)備。管理者通過代理者能夠檢查和修改其他設(shè)備的變量和參數(shù),代理者是在每個能被管理的站中運行著的一個應(yīng)用任務(wù)。代理者能局部訪問被管理的對象:例如過程變量、協(xié)議、內(nèi)存、任務(wù)、時鐘等。管理服務(wù)能夠以管理者消息的格式讀和寫被管理的對象。92管理者和代理者的概念93西門子公司TCN之產(chǎn)品SiemensAG與德國Adtranz一起生產(chǎn)牽引電氣設(shè)備。西門子生產(chǎn)的列車通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要是基于其車載微機(jī)SIBAS/SIBAS32系統(tǒng)的WTB和MVB的網(wǎng)卡和輸入輸出接口卡。

94杜岡公司(duagonGmbH)產(chǎn)品95優(yōu)尼康公司（UniControls）產(chǎn)品捷克一家從事運輸及能源系統(tǒng)開發(fā)生產(chǎn)的公司。

在列車通信網(wǎng)絡(luò)方面的產(chǎn)品有：車載微機(jī)、WTB總線網(wǎng)關(guān)。96TCN應(yīng)用97動力集中

動力集中方式的列車，可以完全按照典型的TCN標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)組織通信網(wǎng)絡(luò)。WTB/MVB網(wǎng)關(guān)IDU顯示單元CPS電源控制單元ATP列車超防BCU制動控制單元DSU1/2司機(jī)控制單元ACU輔助變流器控制單元DCU1/2主變流器控制單元LCU邏輯控制單元CCU1/2中央控制單元SC星形耦合器MVBWTBMVBWTB動力集中機(jī)車網(wǎng)絡(luò)98動力分散

TCU牽引控制單元CCU中央控制單元IDU顯示單元ACU輔助控制單元XDU軸溫車門空調(diào)單元TCU牽引控制單元XDU軸溫車門空調(diào)單元XDU軸溫車門空調(diào)單元BCU制動控制單元BCU制動控制單元ACU輔助控制單元ACU輔助控制單元BCU制動控制單元ATP列車防護(hù)VCU拖車控制單元MCU動力車控制單元WTBMVBMVBMVBMVBMVB動力分散列車網(wǎng)絡(luò)第二節(jié)列車通信網(wǎng)絡(luò)TCN

TCN（列車通信網(wǎng)絡(luò)）于1999年6月正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，即IEC61735。該標(biāo)準(zhǔn)對列車通信網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)、連接各車輛的列車總線、連接車輛內(nèi)部各智能設(shè)備的車輛總線及過程數(shù)據(jù)等內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。

TCN（列車通信網(wǎng)絡(luò)）將列車上的智能設(shè)備連接起來，完成下述功能：列車牽引及車輛控制（如車門、車燈等的遠(yuǎn)程控制）；遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)；旅客信息及舒適性；第二節(jié)列車通信網(wǎng)絡(luò)TCN

第二節(jié)列車通信網(wǎng)絡(luò)TCN

一、TCN的內(nèi)容及適用范圍序號標(biāo)準(zhǔn)號內(nèi)容1IEC61375-1-2012通用架構(gòu)2-1IEC61375-2-1-2012列車總線（WTB）2-2IEC61375-2-2-2012列車總線的一致性測試3-1IEC61375-3-1-2012多功能車輛總線（MVB）3-2IEC61375-3-2-2012多功能車輛總線的一致性測試3-3IEC61375-3-3V2012CANopen構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)（CCN）一、TCN的內(nèi)容及適用范圍該標(biāo)準(zhǔn)適用于開放式列車的數(shù)據(jù)通信，它包括開放式列車的車輛與車輛間的數(shù)據(jù)通信及開放式列車中某一車輛內(nèi)的數(shù)據(jù)通信。如果供應(yīng)商與用戶協(xié)商同意，本標(biāo)準(zhǔn)也可適用于閉式列車及多單元動車。二、TCN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)列車總線連接不同車輛（單元）中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點（即網(wǎng)關(guān)），實現(xiàn)列車編組中各個車輛之間的信息交換；車輛總線連接同一車廂或固定車組內(nèi)部各種可編程終端裝置，實現(xiàn)了一個車輛（或一個固定編組）內(nèi)部各設(shè)備的信息交換。二、TCN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從控制結(jié)構(gòu)及控制器實時性要求角度來看，TCN網(wǎng)絡(luò)形成了三級控制結(jié)構(gòu)，即列車控制極、車輛控制極和傳動控制極。傳動極總線控制是指在車輛總線下擴(kuò)展的第3級總線，如連接傳感器的總線或連接執(zhí)行單元的控制總線，它們可作為車輛總線的設(shè)備連接到車輛總線上。三、TCN的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)三、TCN的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)WTBMVB組態(tài)根據(jù)列車編組在線自動組態(tài)總線成員事先確定介質(zhì)雙絞線總線母板，雙絞線,光纖設(shè)計長度860m20m(無隔離),200m(有隔離),2000m（光纖）數(shù)據(jù)速率1.0Mbps1.5Mbps編碼曼徹斯特碼+分界符曼徹斯特碼+分界符幀長度最大1024位最大256位帕格式HDLCTC57支持設(shè)備最多32個節(jié)點最多4096個節(jié)點地址相對的，在組態(tài)時在線分配事先確定基本周期25ms最小1ms

※WTB和MVB的基本特點

※WTB和MVB的基本特點WTBMVB冗余物理層雙份冗余總線管理總線由一個主設(shè)備控制，支持總線主設(shè)備冗余介質(zhì)訪問周期性的過程數(shù)據(jù)，偶發(fā)的消息數(shù)據(jù)，隨機(jī)的監(jiān)管數(shù)據(jù)協(xié)議分布式數(shù)據(jù)庫（過程數(shù)據(jù)）網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和會話層協(xié)議（消息數(shù)據(jù)）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)類型應(yīng)用接口過程變量（過程數(shù)據(jù)），遠(yuǎn)程調(diào)用處理（消息數(shù)據(jù)）四.多功能車輛總線MVBMVB是將位于同一車輛，或不可分割的多個車輛中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備連接到列車通信網(wǎng)絡(luò)上的車輛總線。它提供了兩種連接：一是可編程設(shè)備之間的互聯(lián)，二是將這些設(shè)備與它們的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)互聯(lián)。MVB亦能用作正常運行中閉式列車的列車總線。?車輛總線支持距離２００m以內(nèi)的設(shè)備；?車輛總線至少能支持２５６個設(shè)備；?車輛總線在最不利情況下，響應(yīng)時間小于１６ms。四.多功能車輛總線MVB1.MVB傳輸介質(zhì)MVB提供三種物理介質(zhì)，工作速率相同。標(biāo)準(zhǔn)的RS-485收發(fā)器，距離20m，最多連接32個設(shè)備；（電氣短距離介質(zhì)ESD）IEC61158-2規(guī)定的變壓器及電氣隔離收發(fā)器，采用屏蔽雙絞線，距離200m，最多32個設(shè)備；（電氣中距離介質(zhì)EMD）光纖，距離2000m，點對點連接或星形連接。（光纖介質(zhì)）MVB上連接的設(shè)備都有一總線控制器，設(shè)備通過它來控制總線訪問。MVB采用曼徹斯特編碼，每一數(shù)據(jù)位碼元中間都有跳變，從高到低的跳變（負(fù)跳變）表示‘1’，正跳變則表示‘0’。1.MVB傳輸介質(zhì)圖中展示了設(shè)備間采用星型耦合器、插件箱內(nèi)采用電氣總線的典型組態(tài)。一個MVB結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括一個或多個總線段，總線段可由上述的三種介質(zhì)構(gòu)成。各總線段必須經(jīng)由耦合器相互連接，采用連接不同介質(zhì)的中繼器，或?qū)⒐饫w匯人總線的星形耦合器。2.MVB設(shè)備0類——簡單設(shè)備，不參與數(shù)據(jù)交換（如中繼器）；1類——不帶本地智能的簡單設(shè)備，不能交換消息，只能交換過程數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)；2類——帶本地智能，但用戶不能編程，可交換消息；3類——智能設(shè)備，用戶可編程，能交換消息（如PLC）；4類——復(fù)雜設(shè)備，可用作總線管理器；5類——復(fù)雜設(shè)備，可用作網(wǎng)關(guān)和總線管理器。絞線式列車總線（WTB）的初衷是為互連車輛設(shè)計的串行數(shù)據(jù)通信總線，不排斥用于其它場合。五.絞式列車總線WTB拓?fù)錁?gòu)成總線的電纜節(jié)鏈接介質(zhì)屏蔽雙絞線，120Ω長度采用規(guī)定的電纜,860m,32節(jié)點。更長的距離、更多的節(jié)點（多至62個）也是可能的。物理冗余雙線物理介質(zhì)信號表示幀頭16～32位的曼徹斯特編碼信號數(shù)據(jù)速率1.0Mbit/s尋址單播(由初運行分配的6位位置地址)廣播幀尺寸有效數(shù)據(jù):每個HDLC幀4～132個八位位組完整性每幀16位幀校驗序列、幀尺寸管理及曼徹斯特編碼五.絞式列車總線WTB介質(zhì)分配由一個總線主分配通信周期性地（周期為25ms）,（對過程數(shù)據(jù)）偶發(fā)性地（對消息數(shù)據(jù)和監(jiān)視數(shù)據(jù)）主權(quán)通過初運行每個節(jié)點都可成為總線主--根據(jù)應(yīng)用命令—根據(jù)初始化或故障后的競爭總線主冗余初運行后總線主權(quán)轉(zhuǎn)移到其它節(jié)點鏈路層服務(wù)過程數(shù)據(jù)：源尋址的變量廣播消息數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)報文監(jiān)視數(shù)據(jù)：總線監(jiān)視鏈路層管理鏈路管理接口可選項清潔連接器的線路加電清除電路五.絞式列車總線WTB列車節(jié)點直接或通過擴(kuò)展電纜連到主干電纜上。1.WTB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湮?絞式列車總線WTB當(dāng)列車的組成改變時，特別是每次車車輛連掛或解掛時，總線主要重新組態(tài)總線，這個過程叫做列車初運行。在初運行時，所有節(jié)點接收到一個唯一的標(biāo)識它們在列車中的位置的地址,節(jié)點還必須能確定列車的定向，以便區(qū)分左右，例如門控制。在初運行結(jié)束時，所有節(jié)點都知道新的構(gòu)形，并且總線進(jìn)入常規(guī)操作。2.WTB列車初運行在初運行過程中，節(jié)點和電纜段從電氣上連接起來，形成一條兩端都有終端連接器的單一總線。初始時，如果一個節(jié)點未被命名，它的介質(zhì)連接裝置便通過打開總線開關(guān)，同時在與之相連的每段的末端插入一個終端連接器的方法，把總線斷開。介質(zhì)連接裝置的兩個信道監(jiān)聽總線，每個信道監(jiān)聽一個方向。一個沒命名的從設(shè)備不能發(fā)送幀。2.WTB列車初運行2.WTB列車初運行2.WTB列車初運行持續(xù)這一交換直到這一方向上的所有節(jié)點都被命名。盡管導(dǎo)向車廂可能是推式車廂，這種情況下，由于可能的節(jié)點都位于司機(jī)室的前方，初運行時接63，62，···等給節(jié)點命名。當(dāng)端節(jié)點在一定的時延之內(nèi)不再向主設(shè)備報告檢測到其它節(jié)點時，主設(shè)備認(rèn)為檢測到了列車的末端。但是沒有返回響應(yīng)并不能安全地識別就是最后一節(jié)車廂、例如，下一節(jié)車廂可能沒有可操作的列車總線設(shè)備。應(yīng)用必須用其它方法（打開自動耦合開關(guān)，人工開關(guān)）來識刻列車的末尾。另外，我們還希望司機(jī)對列車組成部分的完整性進(jìn)行檢查。2.WTB列車初運行

【主要內(nèi)容】第三節(jié)ARCNET網(wǎng)絡(luò)

令牌總線簡介ARCNET協(xié)議ARCNET幀的類型及其結(jié)構(gòu)ARCNET的工作機(jī)制ARCNET網(wǎng)絡(luò)的性能分析第三節(jié)ARCNET網(wǎng)絡(luò)是一種基于令牌傳遞協(xié)議的現(xiàn)場總線。1977年由美國的Datapoint公司制定，1999年成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ATA878.1。曾普遍用于辦公室自動化，經(jīng)過優(yōu)化，逐漸演進(jìn)成了一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，廣泛運用于工業(yè)控制領(lǐng)域、智能樓宇、交通運輸、機(jī)器人及電子游戲等領(lǐng)域。是什么樣的體系構(gòu)架和工作特點使ARCNET成為一種理想的現(xiàn)場總線并成功應(yīng)用于列車網(wǎng)絡(luò)控制?一、

令牌總線簡介1、令牌總線原理IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)是令牌總線介質(zhì)訪問方法和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。令牌總線的物理連接一般采用總線拓?fù)浜桶腚p工的通信方式，令牌順著邏輯環(huán)路來傳遞。每個節(jié)點都動態(tài)地維護(hù)著一個連接表，該表記錄著本節(jié)點在環(huán)路中的前繼、后繼和本節(jié)點的地址。一、

令牌總線簡介1、令牌總線原理這種結(jié)構(gòu)又叫做邏輯環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)上只允許有一個令牌，就避免了發(fā)送時的競爭現(xiàn)象。一個站點要發(fā)送數(shù)據(jù)必須持有令牌，持有令牌的站發(fā)完數(shù)據(jù)幀或發(fā)送的數(shù)據(jù)幀到達(dá)規(guī)定的個數(shù)，必須將發(fā)送控制權(quán)傳送給邏輯環(huán)的下游站。一、令牌總線簡介2、令牌總線的特點：同一時刻，總線上只有一個數(shù)據(jù)幀在傳輸，也即只有一個節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)；總線上所有節(jié)點共享網(wǎng)絡(luò)帶寬；有最小的傳輸延遲時間。邏輯環(huán)網(wǎng)與物理環(huán)網(wǎng)相對比，由于物理環(huán)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)必須按環(huán)路進(jìn)行，而邏輯環(huán)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)有直接通路，所以邏輯環(huán)網(wǎng)延遲時間最短。數(shù)據(jù)從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點的時間是可計算的，可用于實時控制。

二、ARCNET協(xié)議

ARCNET定義了ISO/OSI七層參考模型當(dāng)中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，并開放底層接口，允許用戶自行開發(fā)嵌入式設(shè)備。在物理層，可使用的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線、光纖。ARCNET的數(shù)據(jù)傳輸速率為2.5Mbit/s，最大傳輸距離可達(dá)6.4km；新型的ARCNETplus速率已從原來的2.5Mbit/s增加到100Mbit/s（使用光纖時）在數(shù)據(jù)鏈路層，采用令牌傳遞(TokenPassing)實現(xiàn)介質(zhì)訪問。ARCNET網(wǎng)具有效率高、節(jié)點進(jìn)退網(wǎng)操作比較簡單、實時性好等特點，用它作為列車通信網(wǎng)中的列車總線能夠滿足列車的特殊要求。三、ARCNET幀的類型及其結(jié)構(gòu)邀請發(fā)送（ITT）令牌幀空閑緩沖器詢問（FBE）幀ACK(確認(rèn))幀NAK(否認(rèn))幀PAC數(shù)據(jù)幀1.ARCNET幀不管是哪種幀都由ALERT引導(dǎo)2.（a）所示為邀請發(fā)送（ITT）令牌幀。它總是傳遞給它的后繼工作站。

EOT是ASCII碼中的傳輸結(jié)束控制符。后跟的兩個字節(jié)都是DID（終點標(biāo)識符），即后繼工作站的地址。重復(fù)使用DID的目的是增加可靠性。（b）是空閑緩沖器詢問（FBE）幀。ENQ是ASCII字符集中的詢問字符。它后跟的兩個字節(jié)DID是想通過詢問了解空閑緩沖器狀態(tài)的工作站標(biāo)識。DID重復(fù)使用也是為提高尋找終點工作站的可靠性。（c）是ACK（確認(rèn)）幀，由ALERT和ACK組成。ACK是ASCII字符集中的確認(rèn)字符當(dāng)響應(yīng)FBE幀而發(fā)送ACK時，表示接收工作站具有可供使用的緩沖器空間。ACK幀所以沒有DID字段是因為這種幀是作為廣播方式發(fā)送的。（d）是NAK（否認(rèn)）幀。NAK是ASCII字符集中的否認(rèn)字符。當(dāng)響應(yīng)FBE幀而發(fā)送NAK時，表示接收工作站不具有可供使用的緩沖空間。NAK幀也沒有DID字段，其原因與ACK幀相同。（e）PAC幀，即數(shù)據(jù)幀。幀中SOH（標(biāo)題開始）是ASCⅡ字符集中的標(biāo)題開始字符。SID（源點ID）和DID（終點ID）表示源點和終點工作站的地址。CP（連續(xù)指針）字段指示工作站在存儲器中找到的傳輸數(shù)據(jù)的起點。數(shù)據(jù)字段DATA具有可變長度，處于1字節(jié)和508字節(jié)之間，用以攜帶用戶數(shù)據(jù)。2字節(jié)