列车通信网络标准TCN

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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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• 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
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MVB帧长度
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Message_Data（消息数据）报文 • Message_Data是对包含F_code＝12和设备地址 的Master_Frame的响应，其长度固定为256 bits。 Message_Data 包含一个供所有设备译码的 12bit目的地址。
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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）。Байду номын сангаас
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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。
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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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
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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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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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。
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
组合 I II III IV 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
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TCN的主要内容如下表
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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
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设备与EMD的双线连接(冗余)
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EMD连接器的布置
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EMD帧起始示例
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光纤介质连接
• 光纤介质由一对构成全双工点对点连接的光纤组 成。 • 光介质被推荐用于高电磁噪音的区域，例如机车。
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拓扑结构
• 电介质采用总线拓扑结构，而光介质通常采用星 型拓扑。
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MVB总线段连接(混合拓扑结构)
总线管理器通过令牌传送成为主设备
主设备冗余
链路层服务
初运行后，主设备权传递给另一节点
过程数据 消息数据 监督数据 循环 偶发 循环/偶发
令牌传递自动进行主设备权转换冗余校验
源寻址广播数据 点对点或广播数据报 用于总线管理的数据
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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。
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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)
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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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
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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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）。
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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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列车总线WTB