列车通信网络

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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；
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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
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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
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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
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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
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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。
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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。 主设备可位于总线的任意位置。 主设备按照某种预定顺序（策略）对端口进行周 期性的轮询（Polling）。
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。 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。
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MVB帧结束分界符
• 当介质为ESD时，添加一个“NL”编码，并停止 发送； • 当介质为EMD时，在“NL”编码之后添加一个 “NH”编码，并停止发送（如下图所示）； • 当介质为光纤时，添加一个“NL”编码，并停止发 送。
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MVB信号传输
以9-bit帧Start_Delimiter（源定界符）打头，以8-bit Check_Sequence（校验序列）结束
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
双份物理介质
带16..32位前同步码的曼彻斯特编码 1Mbit/s 8 bit地址 点对点及广播 在4-132个字节之间可变 帧FCS-16，帧校验以及曼彻斯特编码
介质分配
主设备权传送
由一台主设备完成
主设备，强主设备或弱主设备
由一台主设备完成
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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/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 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。
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介质冗余
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光纤介质冗余
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主设备权的转移
令牌传送算法 ：
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MVB链路层
一次传输包括两种类型帧： • 主设备帧（Master_Frame），只由总线主设备生成； • 从设备帧（Slave_Frame），由从设备在响应主设备帧 时发送。 • 一个主设备帧及相应从设备帧共同形成一个报文：
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发送器应ISO8482（RS-485）标准，约束条件为： a）当驱动一个并联电容为50.0PF 的54.0Ω负载时，信号的上升 时间(10%~90%)应小于0.03BT(20ns,1.5Mbit/s)。 b）发送器以两种有源电平提供低阻抗差动电压源： 高电平，此时电压差(Up - Un)在以下范围内： +1.5 V < (Up - Un) < +5.0 V，驱动54.0 Ω阻性负载时； +1.5 V < (Up - Un) < +6.0 V，无负载时。 低电平，此时电压差(Up - Un)在以下范围内： -1.5 V > (Up - Un) > -5.0 V，驱动为54,0 Ω阻性负载时； -1.5 V >(Up - Un) >-6.0 V，无负载时。 注：本规范比ISO8482 更严格，在选择商用收发器时必须留心。 IEC61158-2 的收发器能够满足本规范。
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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。
报文类型
F_code（功能码） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 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
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MVB信号编码
• MVB速率：1.5MB/s。 • 数据采用曼切斯特编码。 • 数据位编码如图
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MVB信号编码
• 非数据符编码NH和NL a）一个“NH”的编码在整个位单元为HIGH； b）一个“NL”的编码在整个位单元为LOW。
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MVB帧起始定界符
• 帧数据以9-bit帧源定界符开头 • 主设备帧起始符MSD(Master Start Delimiter) • 从设备帧起始符SSD(Slave Start Delimiter)
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总线控制器（Bus_Controller）
总线控制器用途： •控制总线的访问； •通过发送器和接收 器附挂到两条冗余总 线； •包含编码器/译码器 和通信存储 （Traffic_Store） 控制逻辑； •译码到达帧并寻址 通信存储。
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端口与通信存储器
通信存储器设立目的 端口分为两类 逻辑端口 物理端口 通信存储器的组成 通信存储器的访问者
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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。
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ESD端接器接线
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ESD连接器布置
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ESD端接器的连接器布置
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ESD信号波形－帧开始示例
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ESD的发送器
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杜冈公司(duagon GmbH)产品
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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。
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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
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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；
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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
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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
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）。
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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。
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• MVB中有 16种报文， 由主设备 帧中的 F_code区 分。
Process_Data（过程数据）报文
• 对F_code＝0..4和Logical_Address的 Master_Frame进行响应的Process_Data