列车通信网络标准TCN
列车通信网络各类标准
1．TCN1988年，国际电工委员会（IEC)第九技术委员会（TC9)邀请来自20多个国家和国际铁路联盟（UIC)的代表成立了第22工作组（WG22),其任务是为铁路设备的数据通信制订一个统一的标准。
经过11年的努力，IEC/TC9/WG22于1999年成功制订了列车通信网络标准，标准号IEC61375-l，简称TCN，从此TCN标准正式成为了国际标准。
2002年，我国在铁道部标准TB/T3025—2002中也正式将TCN标准确认为列车通信网络标准。
国外方面，应用TCN的项目主要包括Siemens公司项目（布拉格地铁列车、德国铁路摆式列车、ICE高速列车等）和ADtranz公司（2001年被Bombardier 公司收购）的项目（瑞典的SBBLOK460-1/2/3和斯德哥尔摩地铁列车、德国的LRu MannHeim、挪威的 Gardmonde 等）。
在国内，列车总线 WTB 首先在“蓝箭”号上使用，“先锋”号是我国首列采用了 TEC 列车通信与控制系统的动力分散交流传动电动车组。
在“蓝箭”的基础上，“中华之星”充分吸收了国外先进技术，是第二列采用 TEC 技术的动车组。
将 WTB作为列车总线，MVB 作为车辆总线，其技术符合 TCN 标准，并具有良好的性能。
随后，TCN 产品在我国应用更加广泛。
目前国内的 CRH 系列动车组中，CRH1，CRH3和 CRH5 全部基于 TCN 标准构成的列车通信与控制系统。
国内方面，我国把列车通信网络IEC61375-1标准等效采纳为铁路行业的标准，并将其应用在“先锋”、“蓝箭”、“中原之星”和“中华之星”等动车组以及SS3B型电力机车上。
株洲厂将从德国Siemens公司引进的SIBAS系统成功地用在了广州地铁一号线上。
我国的和谐号CRH1/3/5/380B型动车组上也都使用TCN。
另外，TCN在北京地铁亦庄线、昌平线、房山线、15号线，广州地铁2、3、8号线，上海城轨交通1、2、4、9、11号线等城市轨道交通车辆上也得到了广泛应用。
列车重联实时以太网标准
电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering网络通信技术Network Communication Technology列车重联实时以太网标准唐柳(中车株洲电力机车研究所有限公司 湖南省株洲市412001 )摘 要：本文针对列车重联控制系统，概述了列车通信网络的发展情况，介绍了 IEC 61375国际标准的组成，分析了基于实时以太网 时初运行技术规范，包括自动组网、列车拓扑、统一资源标识以及智能寻址等规范，为基于实时以太网的列车重联系统开发提供技术参考.关键词：列车通信网络；IEC 61375;以太列车骨干网；以太列车编组网1列车通信网络发展概述列车通信网络(Train Communication Networks, TCN)被誉为列车的“神经系统”，主要包括列车控制、车载设备之间的数据传输以及故障诊断等功能。
我国轨道交通列车的通信网络主要采用多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus, MVB)和绞式列车总线(Wire Train Bus, WTB)作为通信技术删。
虽然这两种总线有着较 好的实时性和可靠性，但是受其通信带宽的约束，已经不能承载更多的列车相关业务数据传输。
随着轨道交通列车智能化的发展，加入网络的设备不断增加，传输的数据越来越多。
旅客信息服务、视频监控/CCTV 、视频广播、障碍物识别等业务需要在列车中铺设更多的通信网络进行数据传输⑶。
为了解决上述问题，需要研究新的具备确定性、实时性和大带宽的列车通信网络技术。
工业实时以太网虽然能满足大带宽、实时性等基本要求，但是无法解决不同国家、不同厂家列车重联运营时的网络自动重联、智能寻址以及互联互通问题[4]o中车株洲电力机车研究所有限公司(以下简称中车株洲所)等公司从2008开始研究轨道交通列车实时以太网技术3叫 通过对网络体系架构、智能组网与重构等关键技术的研究，研制出了完全具有自主知识产权的可规模化应用的产品平台系列。
列车通信网络
车厢总线MVB
车厢总线用于将一个车厢内或不可分的车厢组内 的设备连接起来： • 车厢总线允许设备的安装间距在200米以内； • 车厢总线至少支持256个设备； • 车厢总线在最差情况下的响应时间低于16ms；
18
MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电短距离介质传送距离≤20米，使用标准的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
列车通信网络
Train_Communication_Network，TCN
1
定义列车网络层次结构
列车运行自动控制
列 车 总 线
列车故障诊断
机车控制
车
车厢控制1。。 。
车 厢 总 线
车厢控制N
车 厢 总 线
牵引控制
制动控制 辅助控制 车速测量
厢 总 线
车门控制
空调控制 供电控制 轴温检测 制动控制
2
TB
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T 3035-2002
列车通信网络 Train Communication Network
2002-02-09发布 2002-07-01实施 中华人民共和国铁道部发布
7
IEEE1473允许协议设计组合
车厢总线非时 间严格型 T型 L型 L型 车厢总线 时间严格型 T型 T型 L型
51
监督数据(Supervisory_Data) 报文 • Supervisory_Data帧是对F_code＝8、9、13、 14或15的Master_Frame的响应。其长度总是16 bits。
列车通信网络标准TCN
消息数据传输：按需求的，目的寻址的数据 报。
➢在更高层，实时协议提供了两种与总线 无关的应用服务：
– 变量 （分布式过程数据库）； – 3消息集 （呼叫/应答消息或多播消息）。
数据分类
列车通信网络将传输两类数据： •短 而 紧 迫 的 过 程 变 量
车厢总线 时间严格型
列车总线
I
T型
II
L型
III
L型
IV
L型
T型
T型
T型
T型
L型
T型
L型
L型
9
• S电ie西气m设e门n备s子。AG公与司德国TACdNtr之anz产一起品生产牵引
• 西门子生产的列车通信网络设备，主要是 基于其车载微机SIBAS/SIBAS32系统的 WTB和MVB的网卡和输入输出接口卡。
10
杜冈公司(duagon GmbH)产 品
11
• 捷克一家从事运输及能源系统开发生产的 公司优。尼康公司（UniControls）产品
• 在列车通信网络方面的产品有：车载微机、 WTB总线网关。
12
TCN的优缺点
➢优点：
✓TCN的功能齐全 ✓已经成为铁标 ✓有一定国内应用的前例
➢TCN的不足：
列车通信网络基拓于扑以结下的构两层结构：
• 将不同车厢内的节点连接起来的列车总线； • 将同一车厢内的设备连接起来的车厢总线。
16
列车总线WTB
列车总线用于连接不同组成的列车中的各个车厢： • 列车总线支持UIC 556规定的列车组成，总线传输距离
可达860米(22个车厢)。 • 列车总线至少可以容纳32个节点。 • 分配给列车总线节点一个位置地址，可识别方向（左/
轨道交通电子设备 列车通信网络(TCN) 第3-4部分：以太网编组网(ECN
I C S45.060S70中华人民共和国国家标准G B/T28029.12 2020轨道交通电子设备列车通信网络(T C N)第3-4部分:以太网编组网(E C N)E l e c t r o n i c r a i l w a y e q u i p m e n t T r a i n c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k(T C N)P a r t3-4:E t h e r n e tC o n s i s tN e t w o r k(E C N)(I E C61375-3-4:2014,MO D)2020-03-06发布2020-10-01实施国家市场监督管理总局目 次前言Ⅲ 引言Ⅴ 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语㊁定义㊁缩略语和约定2 3.1 术语和定义2 3.2 缩略语3 3.3 约定6 4 通用部分7 4.1 概述7 4.2 架构7 4.3 数据类型10 4.4 功能与服务12 4.5 冗余12 4.6 服务质量14 4.7 I P 地址及相关定义16 4.8 I P 地址与网络配置管理17 4.9 网络设备接口19 4.10 终端设备接口25 4.11 网关功能28 4.12 网络管理295 一致性测试29 附录A (资料性附录) E C N 架构可靠性和可用性比较30 附录B (资料性附录) 轨道交通用网络地址转换(R -N A T )40 附录C (规范性附录) 带信号放大的收发器协议定义44 附录D (资料性附录) 梯形拓扑协议定义52 参考文献98前言G B/T28029‘轨道交通电子设备列车通信网络(T C N)“分为以下12个部分:第1部分:基本结构;第2-1部分:绞线式列车总线(WT B);第2-2部分:绞线式列车总线(WT B)一致性测试;第2-3部分:T C N通信规约;第2-4部分:T C N应用规约;第2-5部分:以太网列车骨干网(E T B);第2-6部分:车地通信;第2-7部分:基于电台的无线列车骨干网(W L T B);第3-1部分:多功能车辆总线(MV B);第3-2部分:多功能车辆总线(MV B)一致性测试;第3-3部分:C A N o p e n编组网(C C N);第3-4部分:以太网编组网(E C N)㊂本部分为G B/T28029的第3-4部分㊂本部分按照G B/T1.1 2009给出的规则起草㊂本部分使用重新起草法修改采用I E C61375-3-4:2014‘轨道交通电子设备列车通信网络(T C N)第3-4部分:以太网编组网(E C N)“㊂本部分与I E C61375-3-4:2014相比存在技术性差异,这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线(|)进行了标示,具体技术性差异及其原因如下:关于规范性引用文件,本部分做了具有技术性差异的调整,以适应我国的技术条件,调整的情况集中反映在第2章 规范性引用文件 中,具体调整如下:Ә删除了I S O/I E C7498㊁I S O/I E C8824;Ә用等同采用国际标准的G B/T18015.6代替I E C61156-6(见表12㊁4.9.4.2㊁表14);Ә用等同采用国际标准的G B/T18233代替I S O/I E C11801(见表12㊁4.9.4.2㊁表14㊁4.10.2.2);Ә用修改采用国际标准的G B/T28029.1代替I E C61375-1(见3.3㊁4.2.2㊁4.3㊁4.11.1);Ә用修改采用国际标准的G B/T28029.2代替I E C61375-2-1(见3.1㊁4.12.2㊁第5章);Ә用修改采用国际标准的G B/T28029.6代替I E C61375-2-5(见4.6.2㊁4.7.2㊁4.7.3㊁4.11.2㊁4.12.3㊁第5章);Ә将I E C61375-3-4:2014参考文献中的I E T F R F C768㊁I E T F R F C791㊁I E T F R F C792㊁I E T FR F C793㊁I E T FR F C826㊁I E T FR F C1918㊁I E T FR F C2236㊁I E T FR F C2365㊁I E T FR F C3022㊁I E T FR F C3203㊁I E T FR F C3376㊁I E T FR F C4541调整为规范性引用文件,以符合G B/T1.1的要求(见第2章)㊂删除了在G B/T28029.2已界定的术语和定义,直接引用G B/T28029.2㊂增加了 编组交换机 的术语和定义(见3.1.12);将I E C61375-3-4:2014中第5章的注调整为正文,因为其包含了要求㊂本部分还做了下列编辑性修改:增加了表8㊁表9的表号和表题;G B/T28029.12 2020调整了部分列项编号(见D.1㊁D.3.2.3.2)㊂本部分由国家铁路局提出㊂本部分由全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会(S A C/T C278)归口㊂本部分起草单位:中车株洲电力机车研究所有限公司㊁中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所㊁中车长春轨道客车股份有限公司㊁中车青岛四方机车车辆股份有限公司㊁中车株洲电力机车有限公司㊁中车南京浦镇车辆有限公司㊂本部分主要起草人:肖家博㊁郝波㊁李申龙㊁李波㊁刘泰㊁周安德㊁吴文慧㊁陈美霞㊂引言T C N通用架构(见G B/T28029.1)定义了两层网络结构:列车骨干网和编组网㊂该分层结构规定了基于诸如MV B㊁C A N o p e n和E C N等不同技术的编组网,它们可接入到同一个列车骨干网㊂基于不同设计和实现的E C N可接口到同一列车骨干网,列车骨干网确保不同实现的编组网之间的互操作性㊂G B/T28029的本部分通用部分,即第1章~第4章,定义了所有E C N实现㊁终端设备和网关公用的要求和规范㊂该通用部分定义了:连接到E C N的终端设备数据通信接口;E C N向终端设备提供的功能和服务;用于列车骨干网和E C N之间数据传输的网关功能;E C N性能㊂轨道交通电子设备列车通信网络(T C N)第3-4部分:以太网编组网(E C N)1范围G B/T28029的本部分规定了基于以太网技术的编组内数据通信网络,即以太网编组网(E C N)㊂应用本部分可实现开式列车内各车辆内设备的互操作性㊂如果供应商与用户协商同意,本部分也可适用于闭式列车和多单元列车㊂2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的㊂凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件㊂凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件㊂G B/T18015.6数字通信用对绞或星绞多芯对称电缆第6部分:具有600MH z及以下传输特性的对绞或星绞对称电缆工作区布线电缆分规范(G B/T18015.6 2007,I E C61156-6:2002, I D T)G B/T18233信息技术用户建筑群的通用布缆(G B/T18233 2008,I S O/I E C11801:2002, I D T)G B/T28029.1轨道交通电子设备列车通信网络(T C N)第1部分:基本结构(G B/T28029.1 2020,I E C61375-1:2012,MO D)G B/T28029.2轨道交通电子设备列车通信网络(T C N)第2-1部分:绞线式列车总线(WT B) (G B/T28029.2 2020,I E C61375-2-1:2012,MO D)G B/T28029.6轨道交通电子设备列车通信网络(T C N)第2-5部分:以太网列车骨干网(E T B)(G B/T28029.6 2020,I E C61375-2-5:2014,MO D)I E C61076-2-101电子设备用连接器产品要求第2-101部分:圆形连接器带螺纹锁紧的M12连接器的详细规范(C o n n e c t o r sf o re l e c t r o n i ce q u i p m e n t P r o d u c tr e q u i r e m e n t s P a r t2-101: C i r c u l a r c o n n e c t o r s D e t a i l s p e c i f i c a t i o n f o rM12c o n n e c t o r sw i t hs c r e w-l o c k i n g)I E C61076-3-104电气和电子设备用连接器产品要求第3-104部分:频率在2000MH z及以下的数据传输用8路非屏蔽和固定式连接器的详细规范(C o n n e c t o r s f o r e l e c t r i c a l a n d e l e c t r o n i c e q u i p-m e n t P r o d u c t r e q u i r e m e n t s P a r t3-104:D e t a i l s p e c i f i c a t i o n f o r8-w a y s h i e l d e d f r e e a n d f i x e d c o n n e c-t o r s f o r d a t a t r a n s m i s s i o n sw i t h f r e q u e n c i e s u p t o2000MH z)I E C62439(所有部分)工业通信网络高可用自动化网络(I n d u s t r i a lc o mm u n i c a t i o n n e t w o r k s H i g ha v a i l a b i l i t y a u t o m a t i o nn e t w o r k s)A N S IX3.263:1995信息技术光纤分布式数据接口令牌环双绞线物理层依赖媒体[E N-I n f o r-m a t i o n T e c h n o l o g y F i b r e D i s t r i b u t e d D a t aI n t e r f a c e(F D D I) T o k e n R i n g T w i s t e d P a i rP h y s i c a l L a y e rM e d i u m D e p e n d e n t(T P-P M D)(o r d e r n u m b e rA N S I I N C I T S263)]I E E E802.1D I E E E局域网和城域网标准媒体访问控制桥[I E E ES t a n d a r d f o rL o c a l a n dm e t-r o p o l i t a na r e an e t w o r k s M e d i aA c c e s sC o n t r o l(MA C)B r i d g e s]I E E E802.1Q I E E E局域网和城域网标准虚拟桥接局域网(I E E ES t a n d a r d f o rL o c a l a n dm e t-r o p o l i t a na r e an e t w o r k s V i r t u a l B r i d g e dL o c a lA r e aN e t w o r k s)。
列车通信网络技术
系统地址
站就是列车通信网中进行消息通信的设备，一 个节点上最多可以挂255个站，节点本身也被看成一 个站，每个站用一个8位站标识符来标识，节点作为 一个站也有站标识符。
图中以#开头的就是站标识符。节点地址（或组 地址）与站标识符一起组成了系统地址，通过系统 地址就可以找到一个站。
用户地址
每节车辆都支持一些功能，如门、空调、照明、制动等。 功能可以由连接到车辆总线上的设备执行，也可以直接由节 点执行。一个设备可以执行几个功能，一个功能也可以由几 个设备来执行。列车总线的用户不期望知道一个车辆所包含 的全部设备，而只考虑一个车辆能支持何种功能，因此，用 户并不对远程设备寻址，而是对一个远程功能进行寻址。通 过功能而不是设备来寻址的方式也适用于车辆总线。应用只 调用一个功能但没有规定由哪个设备来执行这个功能。用户 应用把网络看成是由能支持多个功能的各个节点组成，每个 功能用一个8位的功能标识符来标识。节点地址（或组地址） 与功能标识符一起组成用户地址，通过用户地址就可以寻址 一个功能。
TCN总线传送两种类型的数据：周期性数 据及偶发性数据。
周期性数据在一个特征周期的周期相内周 期性地发送，一个特征周期可以是基本周期的 若干倍，周期相在每个基本周期中占有一固定 的部分，这部分在最初的网络组态时可以变动， 但在通信应用过程中严禁改变。
● 在周期相中，总线主按预定顺序轮询各设备
以获取周期性数据，这种通信称为周期性通 信。
6.2.1列车通讯网络结构
列车通信网络可分为三个层次，即列车总线、车 辆总线和设备总线。 TCN网络上层为绞线式列车总线(WTB)，下层为 多功能车辆总线(MVB)，在车辆总线下面还可设置 第三级，由安装在同一车辆上的传感器执行机构构 成，这一级不受列车控制网络的限制，可被认为是 车辆总线设备的一部分。 一列列车中只能有一条列车总线，但可以有多条 车辆总线。列车总线连接不同车辆(单元)中的网络 节点(网关);车辆总线连接同一车厢或固定车组内部 的各种可编程终端装置。
CRH3列车通信网络系统
元件完成卫生间相应功能外，还与列车控制系统进行信息交
互。作为主的卫生间本身没有与MVB直接通信的能力，它通 过SIBAS®-KLIP连接到列车网络，将二进制的状态信息反馈 到列控系统，然后这些信息可以在列车员MMI上显示。这些 信息主要是：卫生间的错误信息、净水箱空故障信息、污水
通过MVB车辆总线，向更列车控制系统发送三相电压输出 的短路或过载情况
多功能车辆总线中继器MVB-Repeater
MVB-Repeater本身并不具有与MVB总线其它设备进行 信息交互的能力，它只是延长MVB总线的通信距离。在 CRH3动车组中共有10这样的中继器，其中两个端车内各有2 个，其它每个车内各有1个。它同时还有故障隔离的作用， 因为每个车的MVB总线上的设备都是通过MVB中继器接入到 整个列车通信网络的干线上的，一旦某个车的MVB总线或
备可用于列车行驶和制动的操作中。
二、中央控制单元
每个牵引单元有两个TCN网关，位于两端车的司机室中，
分别集成在两个中央控制单元（CCU）内，互为冗余，但只
有在作为主的中央控制单元中的网关才参与WTB和MVB通信。 每个牵引单元的主CCU负责其本牵引单元内的车辆控制，它 从车辆总线MVB和列车总线WTB（通过其附属网关）读取命 令和信息，并向列车总线WTB和车辆总线MVB发送控制信号
拓扑结构，MVB分支段通过中继器连接至主线（主链）上。
该结构的优点在于如果车内一个MVB分支段出现故障，
通常不会对牵引单元其他车的通信产生影响。对动车组以及
输入输出设备（CCU、司机MMI、SIBAS-KLIP和MVB袖珍型 I/O模块）的可用性很重要的冗余控制和操作设备均位于 EC01/EC08车内。因此，EC01/EC08车内安装有两个独立的 MVB分支段，冗余设备分给了各分支段，如有必要，冗余设
浅谈列车TCN网络结构与设计要点
浅谈列车TCN网络结构与设计要点作者：何巍来源：《环球市场》2018年第25期摘要：列车控制与监视系统GrainControl and Monitoring System，TCMS）是一种安装在列车上的分布武计算机网络系统，负责对整列车各系统及设备的信息采集与传递，对整列车进行控制、监测、故障诊断以及为旅客提供信息服务。
TCMS可以控制子系统，保证被控设备的正常运行，在发生故障时，可以采取适当的措施切除故障设备，保证动车组的正常运行；同时，TCMS还可以识别出故障设备和部件，缩减维修次数并能延长设备的使用寿命，诊断TCMS内部的各种零部件等。
关键词：TCMS；网络结构；网络设计一、ION网络系统（一）国际电工委员会制定的列车通信网络标准IEC61375-1 TCN（Train Communi-cation Network）网络系统主要包括列车总线（WTB）和车辆总线（MVB）。
该系统通过贯穿全列的列车总线来传送控制、监测及故障诊断等信息，可以记录、存储车内设备的数据信息，以便于进行故障诊断与处理。
（二）WTB/MVB类型网络系统的主要结构如图1：1.绞线式列车总线绞线式列车总线WTB符合IEC61375-1标准，其传输速率为1Mbps，最大长度860米，可连接32个节点，轮询周期为25ms-100ms。
主要用于在日常作业中经常改变编组的列车中连接各个车辆，WTB在固定编组的列车中充当列车总线。
WTB最显著的特点是它以连续顺序给节点自动编号和让所有的节点识别何处是列车的右侧或左侧的能力。
每当列车组成改变时（例如联挂和解编车辆），列车总线各节点执行初运行过程，该过程在电气上将各节点连接起来，并给每个节点分配连续的地址。
初运行后，所有车辆均获得列车的结构信息。
为提高WTB总线传输的可靠性，WTB提供介质冗余能力。
节点在两条线路上同时发送数据，在一条线路上接收数据，同时监测另一线路工作是否正常。
为此曼切斯特解码器需提供指示数据有效的信号。
TCN
TCN-Train Communication Network 列车通信网络，是在列车分布式控制系统之上发展起来的列车控制、诊断信息数据通信网络。
2879136732发展历程列车网络控制系统作为现代列车的关键技术，已在世界范围内得到了广泛的应用。
1988年，受国际电工委员会第9技术委员会的委托，来自20多个国家以及UIC（国际铁路联盟）的代表组成的第22个工作组（WG22），共同为铁路设备的数据通信制定了一项标准。
1999年6月，经过长达11年的工作，IEC/TC9/WG22在ABB公司的MICAS的基础上，以及西门子公司的DIN43322和意大利的CD50等运行经验的基础上制定的列车通信网络（TCN）标准——IEC61375正式成为国际标准。
此标准的制定有利于铁路运输部门、装配厂和设备供应商实现世界范围的车辆间的相互操作和插入式设备的联接。
概述该标准将通信网络分成用于连接各节可动态编组的车辆的列车级通信网络WTB（绞线式列车总线）和用于连接车辆内固定设备的车辆通信网络MVB（多功能列车总线）。
由于TCN是专门为列车通信网络制定的标准，在实时性、可靠性、可管理性、介质访问控制方法、寻址方式、通信服务种类等方面有着一定的优势。
其核心技术又是有西门子、ABB等公司联合开发，而且是在已经通过实践验证了的技术基础上制定的标准，因此得到了众多铁路公司和设备供应商的支持。
介质访问控制方法所谓介质访问控制方法是指控制多个结点利用公共传输介质发送和接收数据的方法.STP,屏蔽双绞线(STP)局域网产品是使用双绞线中的一种.屏蔽双绞线由外部保护层.屏蔽层与多对双绞线组成.UTP,非屏蔽双绞线(UTP),局域网产品是使用的双绞线中的一种,非屏蔽双绞线由外部保护层与多对双绞线组成.介质访问控制方法:CSMA/CD,Token Bus,Token Ring介质访问控制方法是协调和仲裁局域网中各对等结点如何在共享介质中占用信道、避免冲突以及保证网络性能和可靠性的控制方法。
列车通讯网络
列车通信网络 Train Communication Network
2002-02-09发布 2002-07-01实施 中华人民共和国铁道部发布
IEEE1473允许协议设计组合
组合 车厢总线 非时间严格型 T型 L型 L型 L型 车厢总线 时间严格型 T型 T型 L型 L型 列车总线
I II III IV
F_code（功能码）
报文类型 16位过程数据请求帧 32位过程数据请求帧 64位过程数据请求帧 128位过程数据请求帧 256位过程数据请求帧 (保留) (保留) (保留) 主设备权传送请求帧 总体事件请求帧 (保留) (保留) 256位消息数据请求帧 组事件请求帧 单事件请求帧 设备状态请求帧
便 携 式 测试工具
控 制 I/O 处理器 AMS总线
电空制动 控制器
制动总线
倾摆 控制
LON
LON
倾摆总线
客车的网络拓扑结构
西门子公司：位于爱尔兰根的Siemens AG与德国Adtranz（柏林） 一起生产牵引电气设备及铁路车辆。西门子生产的列车通信网络设 备，主要是基于其车载微机SIBAS的WTB和MVB的各类网卡和输入 输出接口卡。
车厢总线(Multifunctional Vehicle Bus, MVB) 车厢总线用于将一个车厢内或不可分的 车厢组内的设备连接起来： • 车厢总线允许设备的安装间距在200米以 内； • 车厢总线至少支持256个设备； • 车厢总线在最差情况下的响应时间低于 16ms；
• MVB物理层 MVB提供三种不同的物理介质，它们以相 同速率运行： • 电短距离介质传送距离≤20米，使用标 准的RS-485收发器，每段最多支持32个 设备。 • 电中距离介质传送距离≤200米，每段最 多支持32个设备，屏蔽双绞线，变压器 隔离； • 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点 方式下最大距离2000米。
TCN总述
一、TCN应用范围
20世纪70年代末 和80年代初
WG2W2G22
• 相互 车辆
• 连挂 电子 • 编程 设备 • 互换
意见稿
WG22以委员会草案CD（Committee Draft）的形式向各国发出列车通信 网TCN的征求意见稿。该稿分成4个部分：第1部分总体结构，第2部分实时协议， 第3部分多功能车辆总线（MVB），第4部分绞式列车总线（WTB）。
最多4096个节点 事先确定 最小1ms
列车通信网络(TCN)的作用有哪些？
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01列车牵引及车辆控制
车门、车灯、雨刷、风笛等等
02远程诊断及维护
故障诊断、故障处理流程提示、故障信 息存储
03旅客信息及舒适性
到站广播、空调温度调节等
2、列车通信网络 (TCN)的层次结构
Gatew
ay 车辆 总线
cs
ss
Sen s
Act u
列车
上层列车总总线线(WTB)
Gatew ay 车辆 总线
数据速率
1.0Mbps
编码
曼彻斯特码+分界符
帧长度
最大1024位
帧格式
HDLC
支持设备
最多32个节点
地址
相对的，在组态时在线分配
基本周期
25ms
MVB 总线成员事先确定 总线母板，双绞线, 光纤 20m(无隔离),200m(有隔离),2000m（光纤）
1.5Mbps 曼彻斯特码+分界符
最大256位 TC57
下层车辆总线(MVB)
车辆总线 设备
Gatew
ay 车辆 总线
第二章 列车通信网络协议
第二章列车通信网络协议随着动车组的发展，列车控制技术已从单台机车控制向列车网络控制方向发展。
列车网络控制已成为高速列车、动车组的关键技术之一。
本章主要介绍目前国内动车组中所应用的网络协议，主要包括TCN通信网络标准、ARCNET通信网络标准以及CAN标准。
第一节TCN通信网络TCN（列车通信网络）于1999年6月正式成为国际标准，即IEC61375－l。
该标准适用于开式列车的数据通信，它包括开式列车的车辆与车辆间的数据通信及开式列车中一个车辆内的数据通信，对列车通信网络的总体结构、连接各车辆的列车总线、连接车辆内部各智能设备的车辆总线及过程数据等内容进行了详细的规定。
列车通信网络通常分为上、下两层；上层为列车总线，下层为车辆总线。
列车总线连接不同车辆（单元）中的网络节点（网关）；车辆总线连接同一车厢或固定车组内部各种可编程终端装置。
列车总线和车辆总线是两个独立的通信子网，可采用不同的网络协议。
通过一个列车总线节点（网关）互连，在应用层的不同总线之间通信时由此节点充当网关。
在车辆总线下扩展第3级总线，即设备总线（DEVICE BUS）（如连接传感器的总线或连接执行单元的控制总线），它们可作为车辆总线的设备连接到车辆总线上。
列车通信网的结构如图2-2-1所示。
图中给出了3节的结构，其中，车厢中从站及智能设备的数量因要求不同而有差别。
列车总线与车辆总线是两个独立的通信子网，而且有不同的通信协议。
每一列车在运行中必须有一个且只能有一个控制总线工作的节点，称为控制节点。
正常情况下以启动的司机室的主节点为控制节点，称为主控节点。
主控节点管理列车总线的运行，必要的时候主控节点可以切换。
车辆总线的运作由各车厢的节点来管理。
图2-2-1 列车通信网的结构Gateway－列车、车辆总线网关；CS—主站；SS－从站；Sens－智能传感器；Actu－智能执行器。
一、列车通信网的体系结构列车通信网的结构应遵循ISO／OSI 7层模型。
列车通信网络标准(TCN)标准 列车通信网络标准
MVB概述
MVB是特定用于连接同一车厢或不同车厢（这些车厢在运行过程中是一个固定不变的编组）的设备到列车 通信网络的总线。它既提供了可编程设备之间的互连，也提供可编程设备与其传感器和执行机构之间的互连。
MVB支持最多4095个设备，其中有256个是能参与消息传送的站。 对于运行时不解挂的列车，MVB也可作为列车总线使用。 MVB传送三类数据： 过程数据(Process_Data)：周期小于1ms的源寻址数据的周期性广播； 消息数据(Message_Data)：按需求、目标寻址的单播或广播； 监督数据(Supervisory_Data)：传输事件分解、主设备权传送、设备状态等数据。
测，保证不漏采、不漏检，以便为设备工况监测和故障诊断提供准确的实时信息源。 • 列车组成的动态性。
数据分类与时延
列车通信网路将传输两类数据： • 过程变量：(Process_Variables）短而紧迫，如用于牵引控制。 • 消息变量：不太紧迫，但可能较长，如用于诊断。
过程变量在整个网中传输的最大时延被限制在一有限值内： （1）过程变量按周期传送； （2）TCN允许所有在车厢总线之间从应用到应用的具有最高优先级别的过程变量在100ms内通过列车 总线传送； （3）TCN允许所有在同一车厢内两个设备之间的从应用到应用的具有最高优先级别的过程变量在 50ms内传送。
个连接器都被插入）将引起电气中断，因此WTB电缆不能分开穿过两个并行的连接器。因此， 两条跳线电缆均应插入，但是每一个连接不同的WTB电缆。这自然产生了冗余线路。
介质附挂单元
• 介质附挂单元（MAU，Medium Attachment Unit）有两个收发器，每个方向上各一个。 收发器使用变压器实现与外部导线的电隔离，并附挂到曼切斯特编码/译码器上。每个收发 器被附挂到能收发帧的信道上，连接的可能是主信道也可能是辅助信道。在构成上两个收发 器是相同的。
列车通信网络
以计算机络为核心的分布式络控制系统
01 简介
03 计算机络
目录
02 历史 04 铁道机车车辆
列车通信络（英语：Train Communication Network，简称TCN），是一种以计算机络为核心的分布式络控 制系统，作为铁路机车车辆的控制、检测和诊断系统；该国际标准由国际电工委员会（IEC）和国际铁路联盟 （UIC）联合制定，即IEC，同时电气电子工程师学会（IEEE）也引用该项标准作为列车通信络标准，即IEEE 1473-T。
简介
车载络总体结构包含两级总线层次架构，分别为可用于连接各节可动态编组车辆间的绞线式列车总线（Wire Train Bus，WTB），以及用于连接一节车辆或一组车辆单元内部各种设备的多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，MVB）。
历史
列车通信络的前身为车载微机系统。1970年代末至1980年代初，西德西门子公司和瑞士布朗·勃法瑞公司 （BBC）分别成功研制了“SIBAS”和“MICAS”微机控制系统。1988年，国际电工委员会第九技术委员会 （TC9），与世界上20多个主要铁路运营部门和机车车辆制造厂家代表，以及国际铁路联盟的代表，共同组成第 22工作组（WG22），其任务是制订一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂，并且车上的 可编程电子设备能够互换，并以具有多年应用经验的“SIBAS”和“MICAS”微机控制系统作为雏形。1992年6月， 第22工作组以委员会草案（Committee Draft）的形式向各国发出列车通信络的征求意见稿，该稿分成四个部分： 第一部分为总体结构，第二部分为实时协议，第三部分为多功能车辆总线（MVB），第四部分为绞线式列车总线 （WTB）。
列车通讯网络简介
列车通讯网络简介列车通讯网络简介1 引言国际电工委员会(IEC)第9技术委员会(TC9),委托由来自20多个国家(如中国、欧洲国家、日本和美国,它们代表了世界范围的主要铁路运用部门和制造厂家)以及UIC(国际铁路联盟)的代表组成的第22工作组(WG22),为铁路设备的数据通信制定一项标准。
车载设备数据通信的国际标准化,不仅在车辆级,而且在列车级都是必需的。
在列车级,由几个国家的客车组成的国际列车组,或在营业服务时其组成变化的国内列车组或市郊列车组,需要一个标准的数据通信,用于列车控制、诊断和旅客信息。
为此,WG22对绞线式列车总线作了规定(图1)。
图1 列车总线在车辆级,设备的标准配件适用于3种用户:1）制造厂装配的已预测试的部件,例如车门。
这些部件由分承包商制造并包含有他们各自的计算机。
2）设备供应商必须与不同的装配商接口,总希望通过遵循一项标准以减少开发费用。
3）运用部门总希望减少备件,并使维护和零件替换简化。
为了简化子系统的装配、调试和再次使用,WG22对MVB(多功能车辆总线)作了规定,如图2所示。
图2 车辆总线2总体结构列车通信网络(TCN)寻址各铁路车辆中所有相关的拓扑结构。
它包含两级:连接各车辆的列车总线和连接一节车辆内或车辆组各设备的车辆总线(图3)。
图3 列车通信网络一节车辆可以有1条或几条车辆总线,也可以没有。
车辆总线可以跨越几节车辆,例如在集中运输列车组(多单元)的情况下,列车组在运行时是不分离的。
在固定编组的列车组中,列车总线并不需要对节点进行连续编号,车辆总线可以起到列车总线的作用(图4)。
图4 几种列车组中的车辆总线为适应客车和设备的多样性,TCN对于消息数据采用逻辑地址,以期列车总线的每个节点支持多个应用功能(图5)。
图5 应用的功能这些功能可由1个或几个设备,或由列车总线节点本身来完成。
1个设备可以完成几种功能。
从外部来看,就象节点本身在完成所有的功能。
经由车辆总线实现的通信功能也是一样:应用不需要知道其他功能位于何处。
列车通信网络标准TCN
MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电 短 距 离 介 质 传 送 距 离 ≤ 20 米 ， 使 用 标 准 的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
双份物理介质
双绞线，RS-485（20米32设备）； 变压器隔离屏蔽双绞线（200米32设备）； 星型光纤网（2000米，2个设备）
双份物理介质
带16..32位前同步码的曼彻斯特编码
带定界符的曼彻斯特编码
1Mbit/s
1.5Mbit/s
8 bit地址
12 bit地址
点对点及广播
点对点及广播
在4--132个字节之间可变
26
ESD的接收器
接收器遵循ISO8482(RS-485)标准，约束条件为： a）根据不同的线路电压，接收器在其RxS输出上产
生两种不同的电平： • 当线路朝高电平驱动，如果电压差(Up - Un)大于
+0.200 V，则为高电平。 • 当线路朝低电平驱动或线路无驱动只有偏压存在
时，如果电压差(Up - Un)小于-0.200V，则为低电 平。 b）接收器至少应有0.050V的滞后，但不能大于 0.200V。 c）接收器在有RS-485规定的相对于Bus_GND线的 共模电压存在时，应能正确工作。
53
MVB介质分配（MAC）
MVB 由 单 个 主 设 备 控 制 ， 该 设 备 是 能 发 送 Master_Frames（主设备帧）的唯一设备，所有其 它的设备都是从设备，他们不能自发发送。
在持续几秒钟的一轮期间，可能有几个设备—— Bus_Administrators （ 总 线 管 理 器 ） —— 能 够 成 为主设备，但一次只能一个成为主设备。
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TCN的主要内容如下表
14
特征 结构
介质
物理冗余 信号 信号速率 地址空间 物理地址 有效的帧长度 完整性 介质分配 主设备权传送 主设备冗余
链路层服务
绞线式列车总线WTB
多功能车厢总线MVB
结构可变，构成改变时，具有自适应性
结构及设备的地址固定不变
屏蔽双绞线（860米，32个节点，相当于 22个UIC车厢）
车厢总线 非时间严格型
T型 L型 L型 L型
车厢总线 时间严格型
T型 T型 L型 L型
列车总线
T型 T型 T型 L型
9
西门子公司之TCN产品
• Siemens AG与德国Adtranz一起生产牵引电气 设备。
• 西门子生产的列车通信网络设备，主要是基于其 车载微机SIBAS/SIBAS32系统的WTB和MVB的 网卡和输入输出接口卡。
量化的：16，32，64，128或者256 bits
帧FCS-16，帧校验以及曼彻斯特编码
IEC60870 校验序列及帧尺寸校验
由一台主设备完成
由一台主设备完成
主设备，强主设备或弱主设备
总线管理器通过令牌传送成为主设备
初运行后，主设备权传递给另一节点
令牌传递自动进行主设备权转换冗余校验
过程数据
循环
源寻址广播数据
双份物理介质
双绞线，RS-485（20米32设备）； 变压器隔离屏蔽双绞线（200米32设备）； 星型光纤网（2000米，2个设备）
双份物理介质
带16..32位前同步码的曼彻斯特编码
带定界符的曼彻斯特编码
1Mbit/s
1.5Mbit/s
8 bit地址
12 bit地址
点对点及广播
点对点及广播
在4--132个字节之间可变
达860米(22个车厢)。 • 列车总线至少可以容纳32个节点。 • 分配给列车总线节点一个位置地址，可识别方向（左/右、
前/后），及其它节点的位置。 • 多个车厢连挂时，列车总线自动运转（初运行）。 • 列车总线可承受大约每小时一次的车厢连挂及解挂操作。 • 为使总线在节点故障时仍可工作，事先把各节点编号和类
20
电短距离介质ESD
• 该介质使用RS-485收发器，基于基本的差分传输。无需 在发送器和收发器之间电隔离。适用于位于密闭机箱里的 底板总线之间的通信。ESD布线拓扑如下图。
6
国际标准及我国铁路标准
IEC-61375-1 TCN（本 课程主要介绍内容）；
IEEE1473 TCN/Lonworks
TB/T 3035-2002
实际应用还有：FSK、 HART 、 WorldFIP 、 HDLC等
TB
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T 3035-2002
列车通信网络 Train Communication Network
19
MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电 短 距 离 介 质 传 送 距 离 ≤ 20 米 ， 使 用 标 准 的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
10
杜冈公司(duagon GmbH)产品
11
优尼康公司（UniControls）产品 • 捷克一家从事运输及能源系统开发生产的公司。 • 在列车通信网络方面的产品有：车载微机、WTB
总线网关。
12
TCN的优缺点 优点：
TCN的功能齐全 已经成为铁标 有一定国内应用的前例 TCN的不足： WTB协议复杂 TCN产品市场小，价格昂贵
用于牵引控制）； • 不太紧迫，但可能较长的消息变量（如用于诊
断）。
4
列车通信网络(TCN)的主要作用 连接车厢内的可编程设备，以便于实现：
机车、车厢和列车控制； 远程故障诊断和维护； 旅客信息服务。
5
列车通信网络的特点
工作环境恶劣，可靠性要求高； 控制操作实时性（时间确定性）要求高； 列车组成的动态性；
2002-02-09发布 2002-07-01实施 中华人民共和国铁道部发布
7
IEEE1473允许协议设计组合
组合
I II III IV
车厢总线非时 车厢总线
间严格型
时间严格型
T型
T型
L型
T型
L型
L型
L型
L型
列车总线
T型 T型 T型 L型
8
TB/T 3035－2002允许协议设计组合
组合
I II III IV
消息数据
偶发
点对点或广播数据报
15
监督数据 循环/偶发
用于总线管理的数据
WTB/MVB协议的物理层与链路层16TC Nhomakorabea拓扑结构
列车通信网络基于以下的两层结构： • 将不同车厢内的节点连接起来的列车总线； • 将同一车厢内的设备连接起来的车厢总线。
17
列车总线WTB
列车总线用于连接不同组成的列车中的各个车厢： • 列车总线支持UIC 556规定的列车组成，总线传输距离可
列车通信网络
Train_Communication_Network，TCN
1
列车控制网络结构模型
列车运行自动控制
列车总线
列车故障诊断
机车控制 车厢控制1。。。
车厢控制N
车
牵引控制
厢
总
制动控制
线
辅助控制
车
车
厢
厢 车门控制
总
总
空调控制
线
线
供电控制
车速测量
轴温检测 制动控制
2
列车网络提供的服务内容
两条总线在链路层都提供了以下相同的两种服务： 过程数据传输：轮询式的，源寻址的广播数据； 消息数据传输：按需求的，目的寻址的数据报。
型通知给所有的应用，以便证实列车组成的完整性。 • 当车厢数目改变或在总线上进行添加、移除设备时，不需
手动干预列车总线也能继续工作。 • 列车总线使用专用介质。UIC电缆或EP电缆（电气制动电
缆）的要求。
18
车厢总线MVB
车厢总线用于将一个车厢内或不可分的车厢组内 的设备连接起来： • 车厢总线允许设备的安装间距在200米以内； • 车厢总线至少支持256个设备； • 车厢总线在最差情况下的响应时间低于16ms；
在更高层，实时协议提供了两种与总线无关的应 用服务： – 变量 （分布式过程数据库）； – 消息集 （呼叫/应答消息或多播消息）。 网络管理支持配置、维护和操作。一套一致性测 试的方针使得设备能够协调工作。
3
数据分类
列车通信网络将传输两类数据： • 短而紧迫的过程变量 (Process_Variables)（如