TCN列车网络管理的研究与实现

—31—研究开发TCN 列车网络管理的研究与实现宁寿辉，李常贤，王 杰（中国北车集团公司电力牵引研发中心，辽宁 大连116022）收稿日期：2007-04-16；收修改稿日期：2007-07-03作者简介：宁寿辉（1973-），男，工程师，主要从事列车网络通信和控制系统等方面的研究开发。

摘要：为了简化TCN 设备的配置组态过程，同时为监测机车状态、分析故障等提供依据，开发了列车网络管理软件，实现了TCN 标准规定的各种网络管理服务。

主要阐述了TCN 列车网络管理的实现机理，以及网络管理软件的设计方法和实现过程。

利用该软件，用户可以通过操作上位机工具软件NCMS ，实现对TCN 网络上的各种二类以上设备的配置组态，并获取远程设备的状态和监视信息，以帮助TCN 网络的测试、调试、运行及维护。

关键词：TCN ；列车网络管理；配置；监视中图分类号：TP393.07；U26 文献标识码：A 文章编号：1000-128X(2007)05-0031-03机 车 电 传 动ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES№5, 2007Sep. 10, 20072007年第5期 2007年9月10日0引言IEC61375-1标准规定了TCN(Train communicationnetwork)技术的国际标准，同时也是中国铁路轨道车辆的网络通信标准，在铁路行业受到了广泛的重视，并被逐步应用到各种新型的机车车辆上。

列车通信网络（TCN ）连接铁路机车车辆上车载可编程设备，它包含两级总线:W T B 总线和M VB 总线。

绞线式列车总线（WTB ）是适用于机车车辆经常连挂和解连（如UIC 国际列车）的列车总线，多功能车辆总线（MVB ）是连接车辆内设备，以及在固定编组的列车组中连接各车辆设备的车辆总线。

列车通信网络传输过程、消息和监视３种类型的数据：过程数据，它反映列车状态，如速度、牵引力等，过程数据被周期性的发送；消息数据，消息不频繁发送，但可能是冗长的信息，如诊断信息，消息数据按需发送；监视数据，MVB 监视数据主要包括设备扫描、事件仲裁等监视服务，WTB 监视数据主要完成节点的初运行,监视数据可以周期性发送或按需发送。

在TCN 产品的开发过程中，随着应用的变化，需要经常对设备进行配置组态。

以往的开发中，配置的实现通常是在工程文件内部定义专门的配置文件，当应用变化时，修改相应的配置文件，并重新编译工程，再通过仿真器下载程序到目标设备。

这种方法要求用户修改设备程序文件，还要求仿真器的支持，用起来很不方便。

为了解决上述问题，开发了列车网络管理软件。

通过友好的人机界面，用户可以根据个性化需求配置站（具备消息能力的设备），也可以利用软件的监Study and Realization of TCN Train Network ManagementNING Shou-hui, LI Chang-xian, WANG Jie(CNR R&D Center of Electric Tractions, Dalian, Liaoning 116022, China)Abstract: In order to simplify the configuration process of TCN devices and to offer basis for monitoring of locomotives and for failure analysis, the train network management software is developed, which realizes variant network management specified in TCN standard. The realization mechanism of the TCN management is elaborated, together with the design method and realization procedures of the management software. With the software, the users could operate tool and software NCMS of higher devices, configure class 2 equipment and up in TCN network, and achieve status and monitor information of far distance equipment, so as to help the test, commissioning, operation and maintenance of TCN network.Key words:TCN; train network management; configuration; monitor—32—视功能，获取远程设备的状态和监视信息，为监测机车状态、分析故障等提供依据。

1列车网络管理简介列车网络拓扑图如图１如示。

为了帮助列车通信网络的测试、调试、运行及维修，列车网络管理提供如下服务：站服务、MVB 链路服务、WTB 链路服务、变量服务、信使服务、域服务、时钟服务、记录服务等。

主要实现以下功能：站标识和控制、列车总线链路层管理、车辆总线链路层管理、路由和拓扑的分布、变量的远程读出和强制、域上载和下载。

列车网络管理支持4个管理阶段：1)测试在一致性测试或制造测试期间，网络管理服务允许检查一个设备确认它的能力及强制某种操作。

这样避免制造厂开启设备内部接口及编写专用的试验应用程序。

2)调试当网络第一次上电，它的设备是未知的或是未组态的。

网络管理用下列方法使网络投入工作：①探查所连接的设备和确认它们的能力；②确定组态站的参量，并下载配置程序到该站；③为建立消息通信链路设定路由选择索引；④给总线安装周期扫描表；⑤读变量或强制变量来模拟工作条件或故障条件。

3)运行当列车运行时，通常不会连有管理站，但某些管理服务还是提供的，如：①性能监视：集中在各个站的网络负荷统计，允许检测网络瓶颈及和谐程度或是检测网络缺陷。

②出错监视：非正常的出错率揭示设计缺陷、损坏或处理出错，告知设备连接和解连。

4)维护运行期间出错统计和记录的累计被读出，以确认设备的故障。

2列车网络管理的实现机理网络管理服务请求由经营者站提出，由代理者站提供。

经营者作为管理站中的一个应用进程，与出现在每个站中的另一个应用进程（代理者）通信。

经营者提供一个人机接口，它接受用户命令并储存收回的信息，经营者也能处理所接收的信息，显示统计数字和组态。

代理者具有对设备内的对象访问的能力，可以操纵一些本地实体，每个代理者能提供的服务取决于站的能力，所有代理者都提供其支持服务的目录。

为实现网络管理的目的，经营者和代理者使用TCN 上的消息服务，通过在列车通信网络上交换管理消息进行通信。

经营者相当于呼叫者，代理者相当于应答者。

管理消息由经营者发送的呼叫消息及代理者响应它的应答消息组成，管理消息的交换过程如图2所示，其具体实现过程如下：① 经营者站通过人机接口接受用户命令，发出一管理呼叫消息；② 管理呼叫消息经TCN 网络传送到目标设备，即代理者所在的站；③ 代理者站对此消息进行译码，访问实际对象并回送一个带服务结果的管理应答消息；④ 管理应答消息经TCN 网络传送到经营者站；⑤ 经营者站收到管理应答消息后，对其进行译码，将结果通过人机接口在上位机显示。

3列车网络管理的软件设计与实现3.1网络管理上位机软件实现为了实现与用户的交互功能，开发了相应的上位机工具软件NCMS ，该软件主要包括配置和监视两大部分。

配置部分实现站的组态控制，监视部分实现站的性能监测。

网络管理的配置服务包括以下内容：链路描述符配置、MVB 链路配置、总线管理器配置、端口配置、功能索引配置、站索引配置等。

用户可以利用NCMS 工具，以填表的形式配置设备地址、设备类型、逻辑端口地址、链路类型等内容，以及消息通信要求的站索引表和功能索引表。

对于总线主设备，还需要配置相应的周期扫描表。

用户确认各项信息填写完整后，NCMS 收集用户配置，生成二进制配置文件，并通过串口下载到目标TCN 设备，供其进行配置组态。

上位机和下位机目标设备之间的串口通信采用自定义的通信协议。

图2管理消息交换图1T C N 网络拓扑图机 车 电 传 动2007年网络管理的监视服务包括以下内容：读站状态、写站控制、读站目录、读链路描述符、读MVB状态、读MVB设备、读WTB状态、写WTB控制、读WTB节点、读WTB拓扑、读端口配置、读变量、写强制变量、写解除强制变量、写解除所有强制变量、读信使状态、写信使控制、读功能索引、读站索引、读存储器、写存储器、读时钟、写时钟、读记录等。

NCMS通过人机界面获取用户的指令信息，构造消息报文，通过串口传送到管理站，管理站将其作为管理呼叫消息发送出去。

服务的结果由管理站通过串口发送给上位机界面进行显示。

3.2网络管理下位机软件实现网络管理协议栈软件构架在自主开发的TCN协议栈软件的基础之上，TCN协议栈软件包括实时协议软件、MVB链路软件、WTB链路软件等几个部分。

由于协议的复杂性及系统的高实时性要求，采用了商用的嵌入式实时操作系统Nucleus Plus。

TCN协议栈软件通过调用由Nucleus操作系统提供的各种资源（包括任务、队列、信号量、中断、定时器等），负责过程数据、消息数据和监视数据的数据通信。

消息数据通信按照功能划分为：应用层、会话层、传送层、网络层、MVB/WTB 链路层、物理层。

网络管理协议栈软件通过调用TCN协议栈软件的消息数据应用层接口函数来发布管理消息。

管理消息传送过程如图3所示，网络管理的具体实现过程如下：①在管理站创建一个经营者任务，该任务通过串口接受用户命令，确定代理者的应用地址，并调用呼叫者应用层接口函数am_call_request（）发送管理呼叫消息。

对于经营者管理本站的情况，管理消息不经过物理网络传送，而是由会话层直接将管理消息发送给本地代理者，代理者处理完毕后，直接发送管理应答消息给经营者。

如果本次管理不是对本站进行管理，那么管理消息通过实时协议被发送到列车通信网络中。

②在每个支持网络管理的站（被管理站）创建一个代理者任务，该任务调用应答者应用层接口函数am_bind_replier（）及am_receive_request（）来创建一个应答者实例，并准备接收一个传入的呼叫。

③管理呼叫消息通过列车通信网络到达被管理站，被管理站中的代理者于接收确认函数receive_confirm（）中收到管理呼叫消息后，对其进行译码，访问实际的服务对象，执行相应的服务，构造管理应答消息报文，并调用应答者应用层接口函数am_reply_request（）返回管理应答消息给经营者。