绪论--列车通信网络2011
列车通信网(3)
第一节 TCN（列车通信网络）通信网络
三、绞式列车总线WTB（Wired Train Bus） （五）WTB列车初运行
在初运行过程中，节点和电缆段从电气上连接起来，形 成一条两端都有终端连接器的单一总线。初始时，如果 一个节点未被命名，它的介质连接装置便通过打开总线 开关，同时在与之相连的每段的末端插入一个终端连接 器的方法，把总线断开。介质连接装置的两个信道监听 总线，每个信道监听一个方向。一个没命名的从设备不 能发送帧。
8
8
8
8
8 0..1024bits 16 8 2
flag DD LC SD Size
Link_data
FCS
Flag
E D
time (stuffed bits are not counted)
图3.7 WTB frame (extended ISO/IEC 3309)
第一节 TCN（列车通信网络）通信网络
（二） MVB 帧
MVB介质访问控制采用主从方式，由唯一的主控器以定时轮询的 方式发送主控帧。总线上其它设备均为从属设备，需要根据收到 的主控帧来回送从属帧。它们不能同时发送信息。MVB由专用主 设备—总线管理器进行管理。管理器是唯一的主设备。为增加可 用性，可能有多个总线管理器，可能有多个总线管理器，它们以 令牌方式传递主设备控制权。在列车运行时通信网上传送的只有 过程数据和消息数据，这两种数据用周期传送和非周期传送来区 分。周期性和偶发性数据通信共享同一总线。但在各设备中被分 别处理。周期性和偶发性数据发送由充当主节点的一个设备控制。
第一节 TCN（列车通信网络）通信网络
TCN分为上、下两层，上层为列车总线，即WTB（wirst train bus）绞式列车总线；下层为车辆总线，即MVB （multifunction vehicle bus）
列车通信网络_2数据通信
单极性不归零制编码(NRZ)
表示二进制数据非常方便 不宜在通信线路上直接传送
连续出现多个“1”或“0”时，由于不归零，造成 同步困难（需设置专门的同步时钟线路）
由于单极性，具直流分量且随传送的数据不同 而变化，引起通信线路电压漂移
00
1
10
1
曼切斯特和差分曼切斯特编码
编码规则
(M)每个二进制位中间一个电平跳变，分为前后两个半 位，正跳变“1”，负跳变“0”
数据 8 9 A B C D E F
4Bit输入 5Bit码组
1000
10010
1001
10011
1010
10110
1011
10111
1100
11010
1101
11011
1110
11100
1111
11101
脉冲编码调制方法
脉冲编码调制PCM(pulse code modulation):数字信号 承载模拟数据
电报通信的莫尔斯码、BCD码、ASCII码
美国标准信息交换码ASCII
数据编码波形
通信系统中以何种物理信号的形式来表达数 据。
数字数据编码
数字数据的数字信号编码 数字数据调制编码
模拟数据编码
模拟数据的数字信号编码 模拟数据调制编码
模拟传输和数字传输
模拟数据,模拟信号
话音
电话
模拟
典型的发送接收设备有：
各种变送器、传感器； 各种数据采集装置，(PLC,PID)控制器； 作为监视操作设备的监控计算机或工作站； 各种调节阀门、电机控制设备、变频器、机器人； 网络连接设备，如中继器、网桥、网关等
数据通信的基本过程
建立通信链路:用户将通信对方地址告知交换机， 交换机查该地址终端。若对方同意，则建立双方 通信的物理信道
列车CRH2组通信网络
目录第一章绪论...............1.1 国内外铁道车辆网络技术的发展........1.2 国内外列车通信网络技术发展概况............. 1.3 国内列车发展第二章列车通信网络结构................................... 2.1 TCN的适用范围.....................2.2 TCN的网络结构..................2.2.1 TCN的网络拓扑结构..................2.2.2 TCN的网络体系结构.....................2.3 MVB总线............................2.3.1 MVB传输介质..........2.3.2 MVB 设备.........2.3.2 MVB 报文.............2.3.3 MVB 介质访问...............2.3.4 MVB 容错......................2.4 WTB总线....................2.4.1 WTB拓扑.............2.4.2 WTB 的介质......................2.4.3 WTB的介质连接方式.........................2.4.4 WTB报文...............2.4.5 WTB 介质访问....................2.5 实时协议.......................2.5.1 列车通信网络服务................2.5.2 变量服务.............2.5.3 消息服务...... ..................2.6 LonWorks总线概述...............2.7 LonWorks总线拓扑结构. ..............2.8 LonWorks通信网络协议..........第三章访问控制方式分析.......................3.1 载波监听多路访问.................3.2 令牌环访问控制方式............................3.3 令牌总线访问控制方式..................第四章列车网络通讯的具体应用................4.1 CRH2动车组概述.......................4.2 CRH2网络控制系统概述..........................4.2.1 系统组成及功能简介..........................4.2.2 网络拓扑结构..........................4.2.3 可靠性与冗余性..........................4.3 LonWorks在列车通信网络上的应用..............4.4 TCN在列车通信网络上的应用................结论................致谢...................参考文献......................第一章绪论高速、舒适是世界铁路发展的主要目标和方向。
绪论--列车通信网络2010
机车车辆工程系
• 目前TCN在国际上得到了广泛应用，TCN网络技 术在欧盟范围内还得到了一些控制部件供应商的 开发支持：
– 除Siemens的SIBAS16、SIBAS32系统、ADtranz（目前 属于Bombardier公司）的MICAS-S2、MITRC系统外， 芬兰的EKE电子公司、意大利的Far-system公司以及捷 克的Unicontrol公司都开发出了符合TCN和UIC标准的 网关产品，瑞士的Duagon等公司则开发出了基于FPGA 的系列MVB网卡和I/O设备。 – 我国也把IEC61375-1国际标准等效采纳为铁路行业标准 （TB/T3035—2002）之一，并在“中华之星”、“中原之 星”动车组和SS3B型重联电力机车等项目上推广应用。 西南交通大学
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机车车辆工程系
• 列车控制的特点也促进了列车通信网络的发展。 由于列车设备具有分散的特点，各个设备是分散 在各个编组的机车车辆中，要使分布于列车中各 车辆的设备协调工作，就必须借助于一个分布式 的计算机控制系统，即列车通信网络来实现。
– 在动力分散的列车中，如何保证在牵引过程中各动车 上的牵引电机协调工作或柴油机的重联控制； – 在列车制动时如何协调各车辆间的制动力分配； – 在摆式列车中如何让每节车辆在进入曲线时依次及时 倾摆等等。
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机车车辆工程系
• WorldFIP与TCN网络类似，使用曼彻斯特编码进 行信号的传输，支持介质和总线仲裁器的冗余， 并且还具备完备的网络管理能力。网络系统由总 线仲裁器和若干用户站组成，系统具有实时性、 同步性、可靠性等特点。 • WorldFIP是开放的现场总线，WorldFIP产品的设 计者、用户或集成商都可以得到WorldFIP组织的 技术培训、一致性测试等支持。 • WorldFIP用户组织目前有100多个成员，经过十多 年的应用与改进，WorldFIP已经是一项完全成熟 的技术，具有品种齐全的通信部件、产品和开发 工具。
《城轨列车网络控制》课件——列车通信网络特点
05 列车通信网络具有较好的扩展性
扩展性是依赖于系统的标 准化来实现的，只有标准 化的系统才能实现扩展
因此，列车通 信网络基本上 都是采用国际 标准的网络协
议，如
国际电工技术委员会 (IEC)标准
美国电子
电气工程师协会 (IE 标 准 、 国际 路 联盟UIC标准) ……
PART 06
列车通信网络的 可用性强
在环形网络中则是采取双环的结构，且信息的传送在两个环上按相反的方向同 时进行，以保证值息的可幕传送。
06 列车通信网络的可用性强
为了避免”主/从”方式下的主节点故障面 导致网络瘫痪，列车通信网通常还设有多个 备用主节点，按一定的规则和方法使通信网 络的控制权在这些主节点之间转移、获得控 制权的主节点为当前的控主节点，而未获得 控制权的主节点只是网络上的普通节点。
图1-1所示的结构就是典型的到车通信网络结构 示意图
01 网络结构相对简单
将传感器元件和一些功能单一的执 行器件通过现场总线接入列车网络 是列车通信网络技术发展的一种趋 势和方向。
我们将这种设备级的网络定义为车 辆总线的子网、设备级网络的运用 可以进一步提高列车控制系统的信 息化程度和智能化程度。
06 列车通信网络的可用性强
列车通信网络的运用环境和工作条件要求网络具有强可用性，其一般采用冗余 技术来达到要求的强可用性，而且是热备冗余。
无论是列车总线还是车辆总线都使用A线和B线的双线方式，网络接口单元 NIU( Network Interface Unit)以一个预定的方式或规律控制收发器在A、B线 之间来回切换使用，以保证通信网络的正常工作，因此，列车通信网络的每个 节点通常同时在两条线上发送信息，而接收信息则在A，B线之间切换。
列车通信网
第二节 国内外列车控制系统的现状与发展
1.发展过程
铁道系统层次
公司管理
铁路运营
列车控制
自动化 微机化 网络化
机车车辆控制
传动控制与 过程驱动
第二节 国内外列车控制网络系统的发展与现状
列车通信网发展
70年代末至80年代初，车载微机的雏形分别在西 门子公司和BBC公司出现。
1988年IEC第9 技术委员会TC9成立了第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，车上的可编程 电子设备能够互换
第一节 总线的基本概念与操作
二、总线操作的基本内容 逻辑寻址 用于指定存储单元的某一个通用区，而并不顾及这些存储单元在 设备中的物理分布。某一设备监测到总线上的地址信号，看其是否与分配 给它的逻辑地址相符，如果相符，它就成为响应者。物理寻址与逻辑寻址 的区别在于前者是选择与位置有关的设备，而后者是选择与位置无关的设 备。 广播寻址 广播寻址用于选择多个响应者。命令者把地址信息放在总线上， 从设备将总线上的地址信息与其内部的有效地址进行比较，如果相符， 则该从设备被“连上”（connnect）。能使多个从设备连上的地址称为 “广播地址”（broadcast addresses）。命令者为了确保所选的全部 从设备都能响应，系统需要有适应这种操作的定时机构。 总线仲裁 总线在传送信息的操作过程中有可能会发生“冲突” （contention）。为解决这种冲突，就需进行总线占有权的“仲裁” （arbitration）。
1999年6 月，TCN标准草案正式成为国际标准，即IEC61735。
第二节 国内外列车控制系统的发展与现状
国内Байду номын сангаас车通信网发展
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。
列车通信网络简介及检测应用
钱宽洪李秀琴滕衍靓中车南京浦镇车辆有限公司摘要：本文介绍一般轨道交通列车的网络组成，并使用FLUKE网络测试仪测试网络性能的方法，同时列举网络系统的一些典型故障并做简要分析。
关键词：列车通信网络、网络测试仪、故障分析第1页，共2页引言随着经济的发展、科技的进步，国内越来越多的城市都在发展轨道交通系统，以期缓解日益严重的交通压力。
在轨道交通列车上，存在着用以进行设备控制和旅客服务的大量信息。
由于这些信息的数量和种类在不断增长，迫切需要一种大容量、高速度的信息传输系统。
为满足上述要求，列车通信网络（TCN，Train Communication Network）应运而生。
一、列车通信网络简介列车通信网络是面向控制的一种连接车载设备的数据通信系统，是分布式列车控制系统的核心组成部分，它以计算机网络为核心，把计算机技术、控制技术、设备故障诊断技术、网络通信技术紧密结合起来，它将整个列车微机控制系统的各层次及各层次各单元之间连接起来，作为系统信息交换和共享的渠道，实现全列车环境下的信息交换。
列车通信网络通常采用分层结构，根据列车控制的特点分为上下两层，即列车总线和车辆总线。
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级总线即设备总线时，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。
列车通信网络的拓扑结构如图1所示。
图1 列车通信网络拓扑结构以上结构并不是绝对的，整个列车网络的组成可以灵活多样。
一节车厢内可以有一条或多条车辆总线，也可以没有；车辆总线亦可以在固定编组的情况下跨接几节车厢，如果整列车是固定编组，列车总线并不需要对接点进行连续编号，这时车辆总线可以起到列车总线的作用。
列车通信网络简介
列车通信网络简介
王俊景
【期刊名称】《城市轨道交通研究》
【年(卷),期】2005(008)006
【摘要】列车通信网络的性能直接影响列车的整体性能,它由连接-辆车上各种设备的多功能车辆总线和连接列车中各车辆总线的列车总线组成.分别介绍了它们的技术特点和结构,以及在轨道车辆上的应用情况.
【总页数】4页(P83-86)
【作者】王俊景
【作者单位】北京交通大学电气工程学院,100044,北京
【正文语种】中文
【中图分类】U285.41
【相关文献】
1.广州地铁3号线列车通信网络诊断机制研究 [J], 吕子雷
2.GB/T 28029.9—2020《轨道交通电子设备列车通信网络(TCN)第3-1部分:多功能车辆总线(MVB)》更正启事 [J],
3.基于改进LS-SVM算法的列车通信网络时延预测方法 [J], 汪知宇;张彤
4.基于TRDP协议的高速动车组列车通信网络检测平台 [J], 张大林;郝梓腾;王洪伟;林思雨
5.基于旗鱼优化器的列车通信网络拓扑优化研究 [J], 班玉友;贺德强;陈彦君;孙大亮;向伟彬
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
列车通信网络
5）检查有无通讯线有无缺省，是否可靠连接， 有无松动。 譬如:PLC与触摸屏之间的通讯线是否接好， 与网关相连的各设备的通讯线是否接好。 6）PLC中间口（PORT）内的通信设定开关 （黄色拨钮）是否置于OFF位。
网络调试方法及常见问题 本车网络调试 通过本车触摸屏查看本车网络。若本车所有网 关信息均不能显示，我们应注意以下方面： 1）观察plc网关，lsv灯闪绿色或绿灯常亮，给网 关重新上 电后还闪绿色或绿灯常亮，则先检查PLC 网关到PLC适配器RS-232端口的通讯线（包括与安 全记录仪的连线有时安全记录仪故障即使正确接线 也可影响到网络通讯，可将其甩开处理）是否正确 连通。
2）确认PLC中间口（PORT）内的通信设定开关（黄 色拨钮）置于OFF位。置于ON位时，车辆级网络 （本车轴报、防滑、车门、车下电源、烟火等）会 全部离线，列车级网络上无该车，该车也无法监视 其他在线车辆，安全记录仪指示灯闪烁不正常（一 般会以较慢的速度闪烁）。 3） 观察plc网关的故障灯，闪烁红色或红灯常亮，则 先检查PLC网关到PLC适配器RS-232端口的通讯线 （包括与安全记录仪的连线，有时安全记录仪故障 即使正确接线也可影响到网络通讯，可将其甩开处 理）是否正确连通。
其连线关系如下：PLC网关的发端RT与PLC适配 器RS-232端口的收端（连线DB9插针的2针） 连接，PLC网关的收端RT与PLC适配器RS232端口的发端（连线DB9插针的3针）连接， PLC网关的信号地RG与PLC适配器RS-232端 口的信号地 （连线DB9插针的9针）连接。也 可通过测试电压方法：通常RS-232C的发端对 信号地有负电压， RT和RR对RG直流电压分 别大于-7V，否则认为焊点虚接，或进行下一 步。（RS-232端口焊点虚接往往给网络通讯 造成很大的麻烦，这种故障不易排除。）
《城轨列车网络控制》课件——列车通信网络概述
04 列车那么复杂怎么检修？
另一方面，
• 运用列车的状态信息还可以开展动态维 修作业。
• 列车在运行过程中通过网络获取列车中 的设备或部件的故障，并将该信息传至 地面运行控制中心，由该控制中心发出 指令，在列车运行的后续站做好必要的 准备工作、当列车到达后续站时，检修 人员可以迅速地实行检修作业或设备更 换，使列车在运行过程中始终保持良好 的状态，大大提高了列车的安全性。
04 列车那么复杂怎么检修？
列车通信网络是对检修作业及其自动化的最好 支持。
列车和车辆的检修作业需要大量的运行状态数 据和故障记录，只有在实现列车通信网络的条 件下，才能获得这样大量实时记录的数据和故 障状态记录、因此，列车和车辆的检修作业需 求也是推动列车通信网发展的动力之一，特别 是在提出”检修作业自动化“的概念后，列车 通信网络就成为实现这个目标的基本和必须的 措施之一。
04 列车那么复杂怎么检修？
根据检修作业自动化的概念，列车运行中的状 态数据是检修作业的重要依据，因此，列车各 功能单元必须记录和保存运行过程中的各种状 态数据和故障情况、并通过通信网络传送到列 车所指定的记录单元，以便列车返回检修基地 时，由检修人员读取这些信息后，在地面检修 系统中分析、保存列车的状态并确定检修作业 的流程及部件和设备的维修项目等。
计算机网络则是串行通信的技术发展。 目 前 列车的微机控制系统技术主要是分布式控制方式。
03 列车信息的传输是怎样的?
列车信息的传输要求通信技术的网络化发 展,由于列车通信网络一般均采用国际标准 的通信协议，因此具有较好的扩展性。
这种标准化的协议和接口规范使得不同企 业生产的智能化设备能够非常简单地实现 互联互通，为车辆制造企业的系统集成提 供了极大的便利，并使成本降低，同时也 为系统的优化提供了较大的空间和可能性。
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。
列车通信网(2)
1
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图 2-5 曼彻斯特编码过程与波形
第二节 通信系统简介
二、数据编码 模拟数据编码 模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的0，1 状态。幅度、 频率、相也越描述模拟信号的参数，可以通过改变这三个参数，实现模拟 数据编码。幅度键控ASK（amplitude-sheft keying）、频移键控FSK （frequency-sheft keying）、相移键控PSK中(phase-shift keying） 是模拟数据编码的三种编码方法。
第二节 通信系统简介
二、数据编码 单极性码 信号电平是单极性的，如逻辑1 用高电平，逻辑0 为0 电平的 信号表达方式。 双极性码 信号电平为正、负两种极性的。如逻辑1用正电平，逻辑0 为负 电平的信号表达方式。 归零码（RZ）在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码。例如 其逻辑1 只在该码元时间中的某段（如码元时间的一半）维持高电平后就 回复到低电平。 非零码（NRZ）在整个码元时间内维持有效电平。
第一节 总线的基本概念与操作
二、总线操作的基本内容 逻辑寻址 用于指定存储单元的某一个通用区，而并不顾及这些存储单元在 设备中的物理分布。某一设备监测到总线上的地址信号，看其是否与分配 给它的逻辑地址相符，如果相符，它就成为响应者。物理寻址与逻辑寻址 的区别在于前者是选择与位置有关的设备，而后者是选择与位置无关的设 备。 广播寻址 广播寻址用于选择多个响应者。命令者把地址信息放在总线上， 从设备将总线上的地址信息与其内部的有效地址进行比较，如果相符， 则该从设备被“连上”（connnect）。能使多个从设备连上的地址称为 “广播地址”（broadcast addresses）。命令者为了确保所选的全部 从设备都能响应，系统需要有适应这种操作的定时机构。 总线仲裁 总线在传送信息的操作过程中有可能会发生“冲突” （contention）。为解决这种冲突，就需进行总线占有权的“仲裁” （arbitration）。
列车通信网络技术ppt课件
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。
34
用户地址
• 实时协议RTP规定了TCN提供的应用接口， 它由两种基本的服务组成：变量群和消息 群。
• TCN标准可部分使用，也可整体使用。
7
有WTB而没有车辆总线，或WTB与非 MVB的车辆总线连用
8
有MVB而没有列车总线，或MVB 与非WTB的列车总线连用
9
RTP用于其他非WTB或非MVB的总线
10
示对总线上的所有设备的广播，这两个地址都不能分配给 某个特定的设备。
31
3.组地址
为了按类型访问车辆或一组车辆，用组地址来取代节点 地址。车辆类型的分组与应用有关。如图所示第二节车辆既 属于第一组又属于第三组，属于哪一组是由不同的应用决定 的。每一个组都有一个组地址，组地址也是6位。
32
4.网络地址
29
30
2.对设备的编址
•
连接到总线上的器件称为设备，设备由设备地址来标
识。车辆总线最多可以寻址4096个设备，所以在车辆总线
上用12位的设备地址。列车总线上的设备地址为8位，其
中低6位是节点地址，因为连接到列车总线上的设备只有
节点，连接到多条总线上的设备对每条总线可以有不同的
设备地址。
• 一些特殊的设备，例如中继器，因为它仅仅参与物理层的 工作，所以没有设备地址。设备地址0用来标识本地链路 层，最高的设备地址（例如8位的设备地址11111111B）表
列车通信网络
43
介质冗余
44
光纤介质冗余
45
主设备权的转移
令牌传送算法 ：
46
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：
47
25
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。
13
TCN的主要内容如下表
14
特征
结构 介质
绞线式列车总线WTB
结构可变，构成改变时，具有自适应性 屏蔽双绞线（860米，32个节点，相当于 22个UIC车厢）
多功能车厢总线MVB
结构及设备的地址固定不变 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 带定界符的曼彻斯特编码 1.5Mbit/s 12 bit地址 点对点及广播 量化的：16，32，64，128或者256 bits IEC60870 校验序列及帧尺寸校验
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；
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机车车辆工程系
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1.2.3
WorldFIP总线
• 1987年3月成立的WorldFIP组织以法国几家大公司 为主要成员，开发了FIP（FIP：Factory Instrumentation Protocol）现场总线技术。 • FIP最初为法国标准，后经WorldFIP用户组织推 荐，于1999年被采纳为现场总线国际标准 IEC61158-2，后来，成为WorldFIP。现在 WorldFIP是欧洲现场总线标准EN50170-3和国际 标准IEC61158-type7。
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• LON具有完整的七层协议，具备了局域网的基本 功能，与异型网的兼容性比现存的任何现场总线 都完善。它还提供了与LAN互联的接口，从而实 现两者的有机结合。 • 1997年5月，美国铁路协会AAR将LON作为其列 车内部通信规范，编号为S-4230。 • 1999年8月，IEEE将LON作为其制订的列车通信 协议标准IEEE1473-1999的一部分，即IEEE1473Ｌ。IEEE1473定义了T型（TCN）、L型 （LonWorks）和T/L混合型（WTB/LonWorks）多 种组网方式。
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1.2.1 列车通信网络（TCN）
• 1988年，受国际电工委员会（IEC）第9技术委员会（TC9） 的委托，来自20多个国家（中国、欧洲国家、日本和美 国，以及UIC（国际铁路联盟）的代表组成的第22工作组 （WG22），共同为铁路设备的数据通信制订一项标准。 • 1999年6月，经过长达11年的工作，工作组在ABB公司的 MICAS基础上，以及西门子（Siemens）公司的DIN43322 和意大利的CD450等运行经验的基础上制订的列车通信网 络（TCN）标准 —— IEC61375正式成为国际标准。 • 我国于2002年颁布的铁道部标准TB/T3025－2002也将其正 式确认为列车通信网络标准。 西南交通大学
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“和谐”号高速动车组
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CRH3
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• 高速、舒适是世界铁路发展的主要目标和方向。 • 1964年10月1日，世界上第一条高速铁路－－日本 东海道新干线通车，最高运行速度210km/h，拉开 了世界高速铁路的序幕。 • 法国（1981年始）、德国（1991年始）、意大利 （1992年始）、西班牙（1992年始）和英国、瑞 典、韩国等国家取得了高速铁路的成功经验。 • 美国、俄罗斯、比利时、荷兰、我国台湾省等国 家和地区已建成高速铁路。 • 2007年4月3日，法国ALSTOM公司的V150高速动 车组试验速度已达到574.8km/h。
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• 新泽西的“彗星”号列车，由采用TCN的ADtranz机 车和采用LonWorks的ALSTOM客车组成。 • ADtranz已着手开发WTB/ LonWorks网关。实际 上，将WTB网卡与LonWorks网卡的双口RAM数 据通过第三方CPU定时调度即可实现网关功能。 • 2002年7月，我国铁道部制订了列车通信网络标准： TB/T 3035－2002。也将LonWorks网络作为列车 通信网络的一部分，并开始正式在我国机车车辆 上进行应用。 • 目前，LonWorks网络在北美及亚洲一些国家应用 较多，如纽约地铁车辆、“美洲飞人”高速列车、 重载列车的ECP电空制动系统、日本的单轨车 辆，以及我国都有一些应用。
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• 目前TCN在国际上得到了广泛应用，TCN网络技 术在欧盟范围内还得到了一些控制部件供应商的 开发支持：
– 除Siemens的SIBAS16、SIBAS32系统、ADtranz（目前 属于Bombardier公司）的MICAS-S2、MITRC系统外， 芬兰的EKE电子公司、意大利的Far-system公司以及捷 克的Unicontrol公司都开发出了符合TCN和UIC标准的 网关产品，瑞士的Duagon等公司则开发出了基于FPGA 的系列MVB网卡和I/O设备。 – 我国也把IEC61375-1国际标准等效采纳为铁路行业标准 （TB/T3035—2002）之一，并在“中华之星”、“中原之 星”动车组和SS3B型重联电力机车等项目上推广应用。 西南交通大学
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• WorldFIP不论高速还是低速，只有一套通信协 议，所以不需要任何网桥或网关，低速和高速的 衔接只用软件就可实现。 • WorldFIP技术已经被广泛使用在世界上70多个国 家的能源、化工、电力、空间技术、汽车制造等 工业领域。 • WorldFIP在铁路上也有成功的应用，法国 ALSTOM公司将WorldFIP作为标准通信协议应用 于其开发的AGATE列车控制系统，成功应用于 TGV高速列车、城市轨道交通等领域，并且在 2007年4月创造了574.8km/h的世界最高运行记录。 • 上海轻轨明珠线上的轻轨车辆也使用了WorldFIP 技术。
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• WTB与MVB之间通过网关进行协议转换。 • 列车总线WTB是对Siemens的DIN43322总线的改 进，主要用于车辆之间的重联通信，其最大的特 点是具有列车初运行和烧结（通信连接器触点去 氧化）等功能； • 车辆总线MVB则来源于ADtranz公司的MICAS总 线（后更名为多功能车辆总线MVB），主要用于 车辆内控制设备的互联； • TCN网络采用基于总线管理器（BA）的集中式介 质访问控制，并支持介质和总线管理器的冗余， 因而具有强实时性和高可靠性等特点
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• WorldFIP与TCN网络类似，使用曼彻斯特编码进 行信号的传输，支持介质和总线仲裁器的冗余， 并且还具备完备的网络管理能力。网络系统由总 线仲裁器和若干用户站组成，系统具有实时性、 同步性、可靠性等特点。 • WorldFIP是开放的现场总线，WorldFIP产品的设 计者、用户或集成商都可以得到WorldFIP组织的 技术培训、一致性测试等支持。 • WorldFIP用户组织目前有100多个成员，经过十多 年的应用与改进，WorldFIP已经是一项完全成熟 的技术，具有品种齐全的通信部件、产品和开发 工具。
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• 2007年4月18日，我国铁路进行第六次大提 速，开行了200km/h的高速动车组，部分线 路区段运行速度达到了250km/h。 • 2008年8月8日，京津客运专线开行了 300km/h的动车组，最高速度350km/h。 • 2009年12月，武广线重联列车达到394km/h 的试验速度。
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• 1.2 列车计算机网络技术的发展
–
70年代末至80年代初，车载微机的雏形分别在西
门子公司和ＢＢＣ公司出现，开始仅仅是用于传 动装置的控制。 – 随着微机技术和通信技术的发展，列车通信网络 在初期的串行通信总线的基础上应运而生。
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– 目前广泛使用的列车通信网络有： • 符合IEC标准的TCN网络（IEC61375）； • 符合IEEE标准的列车通信网络（IEEE1473， 包括TCN网络和LonWorks网络）； • 其他工业控制网络，如应用于法国TGV高速 列车ARGAT控制系统的WorldFIP网络、应用 于日本新干线高速列车采用的ARCNET网络 等。
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• 列车控制的特点也促进了列车通信网络的发展。 由于列车设备具有分散的特点，各个设备是分散 在各个编组的机车车辆中，要使分布于列车中各 车辆的设备协调工作，就必须借助于一个分布式 的计算机控制系统，即列车通信网络来实现。
– 在动力分散的列车中，如何保证在牵引过程中各动车 上的牵引电机协调工作或柴油机的重联控制； – 在列车制动时如何协调各车辆间的制动力分配； – 在摆式列车中如何让每节车辆在进入曲线时依次及时 倾摆等等。
离开列车通信网络是无法实现的！
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• 随着人们生活水平的不断提高，旅客对乘坐舒适 性以及对旅行中的娱乐和资讯的需求也更大。因 此，在世界高速铁路列车运行速度达到300km/h之 后，发展列车主动控制与网络信息技术、提高旅 客乘坐的软环境成为了各个国家机车车辆发展的 另一重要技术方向。
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1.2.4
ARCNET网络
• ARCNET（Auxiliary Resource Computer Network） 是一种基于令牌传递（Token Passing）协议的现 场总线，其最初是美国Datapoint公司在20世纪70 年代末作为办公自动化网络发展起来的。 • 该系统具有快速性、确定性、可扩展性和支持长 距离传输等特点，非常适合过程实时控制，近年 来被广泛应用在各种自动化领域，是一种理想的 现场总线技术。
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• 计算机技术的发展使其在机车车辆上的应用日益 增多，如牵引、供电、制动系统以及主动控制等 都广泛应用了计算机技术，导致车载计算机设备 的数量增加。 • 如何将这些大量的信息安全、快速、可靠准确的 在整个列车上传输，以及如何实现整列车所有车 辆计算机设备之间的信息交换和共享，从而实现 列车安全运行、远程故障诊断和维护，目前成为 了机车车辆学科的一个重要研究方向。
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• ARCNET是一个真正开放标准协议，1999年成为 美国国家标准ANSI/ATA-878.1。 • ARCNET支持总线型、星型以及分布式星型拓扑 结构。 • ARCNET速率为2.5 Mbit/s，传输的介质有同轴电 缆、双绞线、光纤，可满足绝大多数自动控制应 用对速度、抗干扰性和物理介质的要求。使用光 纤时的新型ARCNET plus速率已从原来的2.5 Mb/s 增加到100 Mb/s。