用于动车组间互联、互通和互操作的UIC网关研究
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第３ ４ 卷， 第６ 期 ２ ０ １ ３年 １ １月
文章编号 ：１ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ６ — ０ １ １ ０ — ０ ７
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ Ｎ Ａ ＲＡＩ ＬＷ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ６
的 ＴＣ Ｎ 网络设备 ，动车 组 之 间实 现互 通 、互 联 和 互 操作 非常 困难 。 ＵＩ Ｃ 网关 是 实 现 动 车 组 之 间互 通 、互 联 和 互
Ｆ Ｐ ＧＡ 对 ｗ Ｔ Ｂ 协 议 控 制 器 进 行 设 计 ，建 立 了 ｗＴＢ协 议 控 制 的 Ｉ Ｐ核ｌ ５ ； 肖 家 博 等 人 对 基 于 ＴＣ Ｎ 的车辆控 制 单 元进 行 了研 究 和 设计 ，给 出 了 车辆控 制单元 的软 、硬件设 计 方法［ ６ ］ ，但是对 ＵＩ Ｃ
基金项 目：铁道部科技研究开发计划项 目 （ ２ ０ １ ２ Ｊ ０ ０ ５ 一 Ｈ） 作者简介 ：李常贤 （ １ ９ ７ ２ ） ，男 ，山东莱州人 ，副教授 ，博士。
网关 的设 计及 实现 方法 的研 究 报告却 很少 。本文研 究 ＵＩ Ｃ网关 实现互 联 、互 通 和互 操作 等关 键 算法 ， 以及 ＵＩ Ｃ网关 的硬 件 系统 组 成 和 软件 系统 架 构 的
实现 。
操作 的关 键 设 备，它 的通 信协 议 既 要 符合 Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ３ ７ ５ — １ ｛ １ ］ 标 准 ，又 要 符 合 ＵＩ Ｃ ５ ５ ６ ｌ ２ ］ 标 准 ，其 中
要 ：为解决我 国不 同型号 动车 组在 重新编 组或 解编 后存 在 的互 通 、互联 和互 操作 问题 ，开 展既符 合
Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ３ ７ ５ — １ 标准 、又符合 ＵＩ Ｃ ５ ５ ６ 标准 的 ＵＩ Ｃ网关关键算法和软硬件系统架构的研 究。ＵＩ Ｃ网关 的关键算法包
括 ＵＩ Ｃ初运行 、过程 数据 编组 （ Ｐ Ｄ Ｍ）和 ＵＩ Ｃ映射 服务 （ ＵＭＳ ）等算法 ，分别用于实现动车组 网络控制系统 的
作功 能 的实 现 。 近年来 国内外对 ＭＶＢ和 ＷＴＢ的技 术 做 了一
些研 究 ，其 中 Ｆ ｅ ｒ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｚ 等 人 做 了 ＴＣ Ｎ 网关 的仿
真研 究［ ３ ］ ，利用 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ 的应用程 序模 拟 ＴＣ Ｎ协
议栈 软件 的通 信原 理 ；Ｊ ｉ ｍｅ ｎ ｅ ｚ 等 人对 多 功 能 车辆
中 图分 类 号 ：Ｕ２ ７ Ｏ ． ３ ８ ２ ：Ｕ２ ８ ５ ． ４ 文献 标 识 码 ：Ａ
目前 ，国内外 的高速动 车组 多数采 用 由绞线 式 列车 总 线 （ ＷＴＢ ） 和 多 功 能 车 辆 总线 （ ＭＶＢ ）２
级总 线 构 成 的列 车通 信 网 络 （ Ｔｒ ａ ｉ ｎ Ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ Ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ，ＴＣ Ｎ） 。动 车 组 有 时需 要 根 据 运 行 线路 和载 客量 的不 同重新 编组 ，这必 然导 致整 车的 网络 拓扑 发生 变化 ，需要 对整 车 的网络控 制系统 重
总 线主 设 备 的设 计 方 法 进 行 研 究 ｌ ４ ；蒋 国涛 利 用
新进 行 配 置 ，实 现 动 车 组 间 的互 联 、互 通 和 互 操 作 。对 于 同一 制造 商 的 Ｔ Ｃ Ｎ 网络控 制 设 备 和 同一 型号 的动车组 来说 ，实 现动态 编组 相对容 易 ，但 是 由于我 国 的动 车组 型号 较多 ，且采 用 了不 同制 造商
Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ３ ７ ５ — １标 准 规 定 了 ＭＶＢ和 ＷＴ Ｂ通 信 协 议
及其技 术实 现 ，ＵＩ Ｃ ５ ５ ６ 标 准是 为 了解 决 不 同 网络
１ ＵＩ Ｃ 网关 关 键 算 法 的分析
动 车 组 编组 后 ，通 过 ＵＩ Ｃ 网关 关 键算 法 实 现 新编 组动 车组 的列车 网络控 制系统 重新组 网、网络
动态编组 、多功能车辆 总线 （ ＭＶ Ｂ ）与绞线式列 车总线 （ ＷＴ Ｂ ）问的双 向周期性 数据传输 以及初运行 算法 的调
用 ，并通过 Ｅ报文的收发 向用户提供服务 ；ＵＩ Ｃ网关的硬件 系统 由主机 、通用外 围电路、ｗＴ Ｂ和 ＭＶＢ通信存
储器 以及控制器等组成 ；ＵＩ Ｃ网关在 Ｎｕ ｃ ｌ ｅ ｕ ｓ 实时 操作 系统的调 度下 ，通过 运行 Ｔ Ｃ Ｎ协议 栈和 ＵＩ Ｃ 议 栈软 件 ，实现 ｗＴ Ｂ链路 层 、ＭＶＢ链路层 、消息 数据 和过程数据 的通信 。 关键词 ：列车 网络 ；网关 ；通信协议 ；总线 ０ １ ３
用 于 动 车 组 间 互 联 、 互 通 和 互 操 作 的 ＵＩ Ｃ 网 关 研 究
李常贤 ，刘 洋。 ，张 彤 ，孙 燕楠
１ １ ６ ０ ２ ８ ； １ １ ６ ０ ２ ８ ） （ Ｌ 大连交通大学 动车运用与维护学院 ， 辽宁 大连 ２ ．大连交通大学 机械工程学 院 ，辽宁 大连 摘
控制设 备 制造商 的系统之 间互联 、互通 和互 操作 而 提 出的 ，它能 够 提 供 ＵＩ Ｃ 网关 初 运 行 、过 程 数 据
编组 （ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｄ ａ ｔ ａ Ｍａ ｒ ｓ ｈ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ，Ｐ Ｄ Ｍ） 、Ｒ报
过程 数据通 信 和网络 消息数据 通信 。
１ ． １ 初运 行算 法 ＵＩ Ｃ网关 初 运 行 算 法 在 动 车 组 动 态 编 组 的开
文 和 Ｅ报 文 的 ＵＩ Ｃ映射 服务 （ ＵＩ Ｃ Ｍａ ｐ ｐ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｅ ｒ ｖ —
ｅ ｒ ，ＵＭＳ ）等 重要 功 能 以支 持 互 联 、互 通 和互 操
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ １ — ２ ０ ；修 订 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ９ — ０ ８
文章编号 ：１ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ６ — ０ １ １ ０ — ０ ７
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ Ｎ Ａ ＲＡＩ ＬＷ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ６
的 ＴＣ Ｎ 网络设备 ，动车 组 之 间实 现互 通 、互 联 和 互 操作 非常 困难 。 ＵＩ Ｃ 网关 是 实 现 动 车 组 之 间互 通 、互 联 和 互
Ｆ Ｐ ＧＡ 对 ｗ Ｔ Ｂ 协 议 控 制 器 进 行 设 计 ，建 立 了 ｗＴＢ协 议 控 制 的 Ｉ Ｐ核ｌ ５ ； 肖 家 博 等 人 对 基 于 ＴＣ Ｎ 的车辆控 制 单 元进 行 了研 究 和 设计 ，给 出 了 车辆控 制单元 的软 、硬件设 计 方法［ ６ ］ ，但是对 ＵＩ Ｃ
基金项 目：铁道部科技研究开发计划项 目 （ ２ ０ １ ２ Ｊ ０ ０ ５ 一 Ｈ） 作者简介 ：李常贤 （ １ ９ ７ ２ ） ，男 ，山东莱州人 ，副教授 ，博士。
网关 的设 计及 实现 方法 的研 究 报告却 很少 。本文研 究 ＵＩ Ｃ网关 实现互 联 、互 通 和互 操作 等关 键 算法 ， 以及 ＵＩ Ｃ网关 的硬 件 系统 组 成 和 软件 系统 架 构 的
实现 。
操作 的关 键 设 备，它 的通 信协 议 既 要 符合 Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ３ ７ ５ — １ ｛ １ ］ 标 准 ，又 要 符 合 ＵＩ Ｃ ５ ５ ６ ｌ ２ ］ 标 准 ，其 中
要 ：为解决我 国不 同型号 动车 组在 重新编 组或 解编 后存 在 的互 通 、互联 和互 操作 问题 ，开 展既符 合
Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ３ ７ ５ — １ 标准 、又符合 ＵＩ Ｃ ５ ５ ６ 标准 的 ＵＩ Ｃ网关关键算法和软硬件系统架构的研 究。ＵＩ Ｃ网关 的关键算法包
括 ＵＩ Ｃ初运行 、过程 数据 编组 （ Ｐ Ｄ Ｍ）和 ＵＩ Ｃ映射 服务 （ ＵＭＳ ）等算法 ，分别用于实现动车组 网络控制系统 的
作功 能 的实 现 。 近年来 国内外对 ＭＶＢ和 ＷＴＢ的技 术 做 了一
些研 究 ，其 中 Ｆ ｅ ｒ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｚ 等 人 做 了 ＴＣ Ｎ 网关 的仿
真研 究［ ３ ］ ，利用 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ 的应用程 序模 拟 ＴＣ Ｎ协
议栈 软件 的通 信原 理 ；Ｊ ｉ ｍｅ ｎ ｅ ｚ 等 人对 多 功 能 车辆
中 图分 类 号 ：Ｕ２ ７ Ｏ ． ３ ８ ２ ：Ｕ２ ８ ５ ． ４ 文献 标 识 码 ：Ａ
目前 ，国内外 的高速动 车组 多数采 用 由绞线 式 列车 总 线 （ ＷＴＢ ） 和 多 功 能 车 辆 总线 （ ＭＶＢ ）２
级总 线 构 成 的列 车通 信 网 络 （ Ｔｒ ａ ｉ ｎ Ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ Ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ，ＴＣ Ｎ） 。动 车 组 有 时需 要 根 据 运 行 线路 和载 客量 的不 同重新 编组 ，这必 然导 致整 车的 网络 拓扑 发生 变化 ，需要 对整 车 的网络控 制系统 重
总 线主 设 备 的设 计 方 法 进 行 研 究 ｌ ４ ；蒋 国涛 利 用
新进 行 配 置 ，实 现 动 车 组 间 的互 联 、互 通 和 互 操 作 。对 于 同一 制造 商 的 Ｔ Ｃ Ｎ 网络控 制 设 备 和 同一 型号 的动车组 来说 ，实 现动态 编组 相对容 易 ，但 是 由于我 国 的动 车组 型号 较多 ，且采 用 了不 同制 造商
Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ３ ７ ５ — １标 准 规 定 了 ＭＶＢ和 ＷＴ Ｂ通 信 协 议
及其技 术实 现 ，ＵＩ Ｃ ５ ５ ６ 标 准是 为 了解 决 不 同 网络
１ ＵＩ Ｃ 网关 关 键 算 法 的分析
动 车 组 编组 后 ，通 过 ＵＩ Ｃ 网关 关 键算 法 实 现 新编 组动 车组 的列车 网络控 制系统 重新组 网、网络
动态编组 、多功能车辆 总线 （ ＭＶ Ｂ ）与绞线式列 车总线 （ ＷＴ Ｂ ）问的双 向周期性 数据传输 以及初运行 算法 的调
用 ，并通过 Ｅ报文的收发 向用户提供服务 ；ＵＩ Ｃ网关的硬件 系统 由主机 、通用外 围电路、ｗＴ Ｂ和 ＭＶＢ通信存
储器 以及控制器等组成 ；ＵＩ Ｃ网关在 Ｎｕ ｃ ｌ ｅ ｕ ｓ 实时 操作 系统的调 度下 ，通过 运行 Ｔ Ｃ Ｎ协议 栈和 ＵＩ Ｃ 议 栈软 件 ，实现 ｗＴ Ｂ链路 层 、ＭＶＢ链路层 、消息 数据 和过程数据 的通信 。 关键词 ：列车 网络 ；网关 ；通信协议 ；总线 ０ １ ３
用 于 动 车 组 间 互 联 、 互 通 和 互 操 作 的 ＵＩ Ｃ 网 关 研 究
李常贤 ，刘 洋。 ，张 彤 ，孙 燕楠
１ １ ６ ０ ２ ８ ； １ １ ６ ０ ２ ８ ） （ Ｌ 大连交通大学 动车运用与维护学院 ， 辽宁 大连 ２ ．大连交通大学 机械工程学 院 ，辽宁 大连 摘
控制设 备 制造商 的系统之 间互联 、互通 和互 操作 而 提 出的 ，它能 够 提 供 ＵＩ Ｃ 网关 初 运 行 、过 程 数 据
编组 （ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｄ ａ ｔ ａ Ｍａ ｒ ｓ ｈ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ，Ｐ Ｄ Ｍ） 、Ｒ报
过程 数据通 信 和网络 消息数据 通信 。
１ ． １ 初运 行算 法 ＵＩ Ｃ网关 初 运 行 算 法 在 动 车 组 动 态 编 组 的开
文 和 Ｅ报 文 的 ＵＩ Ｃ映射 服务 （ ＵＩ Ｃ Ｍａ ｐ ｐ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｅ ｒ ｖ —
ｅ ｒ ，ＵＭＳ ）等 重要 功 能 以支 持 互 联 、互 通 和互 操
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ １ — ２ ０ ；修 订 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ９ — ０ ８