列车以太网物理层一致性测试的应用
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ＩＥＥＥ８０２．３以太网标准 定 ［６］ 义 的 开 放 式 通 信 系 统 互 联 参 考 模 型 ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ， ＯＳＩ／ＲＭ， Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍｏｄｅｌ）七 层 模 型 中 ，以 太 网 数 据 传 输 使 用 的 物 理 层 定 义
近年来，铁路机车车辆技术的发 展作为 铁 路领 域先 进制造业的代表，呈现着日新月异 的变 化。 动 车组网络 控制 系 统 通 信 技 术 也 在 逐 步 发 展，目 前 正 处 在 从 ＴＣＮ 技术体系 中 ［１］ ＭＶＢ／ＷＴＢ 技 术 向 着 以 太 网 方 向 演 进， 实现从中低速总线向着高速数据连接的 技 术跨 越，设计 上从封闭的工业总线向着开放的工业、商业 等 多用途网 络连接方式变化，使得列车通信网络 通信能 力 进一 步提 升。国际电工技术标 准化组 织ＩＥＣ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃ ｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）针 对 列 车 以 太 网 的 应 用 相 继 发 布 了 ＩＥＣ６１３７５３４［２］、ＩＥＣ６１３７５２５［３］、ＩＥＣ６１３７５ ２３［４］、ＩＥＣ６１３７５２４［５］等相关标准规 范和通信方式。在该体 系中，现已明确列车以太网通信的 相关 特性，诸 如：列车 以太网采用１００ Ｍｂ／ｓ全 双 工 以 太 网 通 信 方 式、规 定 了 相关延时小于１０ｍｓ、通信 数 据 包 结 构 建 议 采 用 列 车 实 时数据通信协议 ＴＲＤＰ（ＴｒａｉｎＲｅａｌｔｉｍｅＤａｔａＰｒｏｔｏｃｏｌ） 等特性。当前，以太网技术作为一种 较为成 熟 的网 络通 信技术，其产品及 解 决 方 案 繁 多，如 何 保 障 动 车 组 上 各 系统采用的以太网设备遵循统一的实现标准成为了动 车组系统集成需要解决的重要问题。为保障动车组列 车上所使用的以 太 网 设 备 均 符 合 相 关ＩＥＣ、ＩＥＥＥ 以 太 网规范要求，需 验 证 特 定 网 络 系 统 设 备 的 通 信 符 合 性， 需设计测试步骤、完 善 测 试 平 台 等 相 关 手 段，对 以 太 网 的通信能力、通信特征进行陈述和 检定。受 限 于测 试环
中国铁路总公司科技研究开发计划 （２０１６Ｊ００１Ｆ）；中国铁路总公司 科 技 研 究 开 发 计 划 （２０１７Ｊ００８Ｊ）；中 国 铁 道 科 学 研 究 院 行 业 服 务 技 术 创 新 项 目 （２０１６ＹＪ１６２）；北 京 市 科 技 重 大 专 项 （Ｄ１７１１０６００８１００００） 孔 元 （１９８０— ）男 ，助 理 研 究 员 （修 回 日 期 ：２０１８－０８－２９）
列车以太网物理层一致性测试的应用
孔 元１，李 元 轩１，２ ，黄 志 平１，２，赵 红 卫１，张 波１ （１ 中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所，北京 １０００８１；
２ 北京纵横机电科技有限公司，北京 １０００９４）
摘 要 列车以太网一致性测试技术是保障列车以太网通信质量的重要手段。文中在研究动车组以太网相关测 试规范基础上，总结形成了以太网测试的试验项点，设计了动车组以太网测试试 验 台，可 对 以 太 网 物 理 层 信 号 特 征 进行测试。在实际测试工作中证明了该设备可对被测设备的多项以太网参数 指 标 实 现 测 量、鉴 别、和 评 判，提 升 了 以太网通信测试能力和列车以太网系统集成的能力。 关 键 词 物 理 层 ；一 致 性 测 试 ；试 验 台 中 图 分 类 号 ：Ｕ２８５．５＋４ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－７８４２．２０１９．０１．０６
境、技术因素，不可能做到完全彻底的测 试，经 济上 的考 虑也限制了测试 内 容，需 围 绕 核 心 参 数 进 行 测 试，因 此 测试方案是对设备指标参数提炼与概括。
不同于一般商业及民用以太网，为 实现以 太网 在列 车上正常运行，除 通 信 协 议 的 差 异 外，与 传 统 以 太 网 的 主要区别在于需要考虑列车上更为复杂 的电 磁环 境，以 太网信号传输将受到更多的干扰。接入列车以太网的 终端设备，必须通过其在复杂的电磁环 境中保 障数 据传 输质量的以太网传输标准的符合性 验证。因 此，以 太网 的物理层研究对于保障列车以太网信号的完整性和准 确性具有重要意义。
第１期 列车以太网物理层一致性测试的应用 ３ ３
包括物理编码 ＰＣＳ（ＰｈｙｓｉｃａｌＣｏｄｉｎｇＳｕｂｌａｙｅｒ）子 层、物 理介质 连 接 子 层 ＰＭＡ（ＰｈｙｓｉｃａｌＭｅｄｉｕｍ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ） 和物理介质相关 ＰＭＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＭｅｄｉｕｍ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）子 层。１００ Ｍｂ／ｓ以太网通信标准的 ＰＣＳ子层与 ＰＭＡ 子 层 ，同 时 支 持 光 接 口 通 信 和 电 接 口 通 信 ，并 在ＩＥＣ６１３７５ 标准中进一步规定了列车以太网通信规范标准统一为 电接口通信 类 型 １００ＢＡＳＥＴＸ。 列 车 以 太 网 数 据 的 传 输使用超５类屏蔽 双 绞 线，并 使 用 Ｄ 型 编 码 Ｍ１２ 圆 形 连接器，保证良好的屏蔽与数据传 输效 果。 针 对超 ５类 以太网传输的 线 缆 特 征，在 ＡＮＳＩＸ３．２６３１９９５ 标 准［７］ 中定义了与 传 输 信 号 物 理 特 性 相 关 的 ＰＭＤ 子 层 的 特 征。关于以太网 物 理 层 的 幅 值、信 号 对 称 度、上 升 与 下 降时间、占空比失 真 抖 动、传 输 抖 动 以 及 过 冲 等 特 性 规 定 了 限 值 范 围 ，以 太 网 物 理 层 特 征 如 表 １ 所 示 。
第 ３９ 卷 第 １ 期
铁道机车车辆
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．１
２０１９年２月 ＲＡＩＬＷＡＹ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ ＆ ＣＡＲ Ｆｅｂ． ２０１９
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专题研究
文章编号：１００８－７８４２ （２０１９）０１－００３２－０４
文中对列车以太网物理层信号的特征进行了梳理， 总结了以太网信号的相关特征，针对以 太网物 理层 信号 的一致性测试项点进行了描述，设计了 以太网 一致 性试 验台的基本架构和测试方案。实践证明以太网物理层 一致性测试平台不仅可以对不合格被测设备进行鉴别， 并且还可以列出测试结果和参数，对后 续被测 设备 优化 改进提供数据支持，为中国标准动车组 中的以 太网 技术 应用和系统集成提供基础。 １ 以 太 网 信 号 的 特 征
近年来，铁路机车车辆技术的发 展作为 铁 路领 域先 进制造业的代表，呈现着日新月异 的变 化。 动 车组网络 控制 系 统 通 信 技 术 也 在 逐 步 发 展，目 前 正 处 在 从 ＴＣＮ 技术体系 中 ［１］ ＭＶＢ／ＷＴＢ 技 术 向 着 以 太 网 方 向 演 进， 实现从中低速总线向着高速数据连接的 技 术跨 越，设计 上从封闭的工业总线向着开放的工业、商业 等 多用途网 络连接方式变化，使得列车通信网络 通信能 力 进一 步提 升。国际电工技术标 准化组 织ＩＥＣ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃ ｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）针 对 列 车 以 太 网 的 应 用 相 继 发 布 了 ＩＥＣ６１３７５３４［２］、ＩＥＣ６１３７５２５［３］、ＩＥＣ６１３７５ ２３［４］、ＩＥＣ６１３７５２４［５］等相关标准规 范和通信方式。在该体 系中，现已明确列车以太网通信的 相关 特性，诸 如：列车 以太网采用１００ Ｍｂ／ｓ全 双 工 以 太 网 通 信 方 式、规 定 了 相关延时小于１０ｍｓ、通信 数 据 包 结 构 建 议 采 用 列 车 实 时数据通信协议 ＴＲＤＰ（ＴｒａｉｎＲｅａｌｔｉｍｅＤａｔａＰｒｏｔｏｃｏｌ） 等特性。当前，以太网技术作为一种 较为成 熟 的网 络通 信技术，其产品及 解 决 方 案 繁 多，如 何 保 障 动 车 组 上 各 系统采用的以太网设备遵循统一的实现标准成为了动 车组系统集成需要解决的重要问题。为保障动车组列 车上所使用的以 太 网 设 备 均 符 合 相 关ＩＥＣ、ＩＥＥＥ 以 太 网规范要求，需 验 证 特 定 网 络 系 统 设 备 的 通 信 符 合 性， 需设计测试步骤、完 善 测 试 平 台 等 相 关 手 段，对 以 太 网 的通信能力、通信特征进行陈述和 检定。受 限 于测 试环
中国铁路总公司科技研究开发计划 （２０１６Ｊ００１Ｆ）；中国铁路总公司 科 技 研 究 开 发 计 划 （２０１７Ｊ００８Ｊ）；中 国 铁 道 科 学 研 究 院 行 业 服 务 技 术 创 新 项 目 （２０１６ＹＪ１６２）；北 京 市 科 技 重 大 专 项 （Ｄ１７１１０６００８１００００） 孔 元 （１９８０— ）男 ，助 理 研 究 员 （修 回 日 期 ：２０１８－０８－２９）
列车以太网物理层一致性测试的应用
孔 元１，李 元 轩１，２ ，黄 志 平１，２，赵 红 卫１，张 波１ （１ 中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所，北京 １０００８１；
２ 北京纵横机电科技有限公司，北京 １０００９４）
摘 要 列车以太网一致性测试技术是保障列车以太网通信质量的重要手段。文中在研究动车组以太网相关测 试规范基础上，总结形成了以太网测试的试验项点，设计了动车组以太网测试试 验 台，可 对 以 太 网 物 理 层 信 号 特 征 进行测试。在实际测试工作中证明了该设备可对被测设备的多项以太网参数 指 标 实 现 测 量、鉴 别、和 评 判，提 升 了 以太网通信测试能力和列车以太网系统集成的能力。 关 键 词 物 理 层 ；一 致 性 测 试 ；试 验 台 中 图 分 类 号 ：Ｕ２８５．５＋４ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－７８４２．２０１９．０１．０６
境、技术因素，不可能做到完全彻底的测 试，经 济上 的考 虑也限制了测试 内 容，需 围 绕 核 心 参 数 进 行 测 试，因 此 测试方案是对设备指标参数提炼与概括。
不同于一般商业及民用以太网，为 实现以 太网 在列 车上正常运行，除 通 信 协 议 的 差 异 外，与 传 统 以 太 网 的 主要区别在于需要考虑列车上更为复杂 的电 磁环 境，以 太网信号传输将受到更多的干扰。接入列车以太网的 终端设备，必须通过其在复杂的电磁环 境中保 障数 据传 输质量的以太网传输标准的符合性 验证。因 此，以 太网 的物理层研究对于保障列车以太网信号的完整性和准 确性具有重要意义。
第１期 列车以太网物理层一致性测试的应用 ３ ３
包括物理编码 ＰＣＳ（ＰｈｙｓｉｃａｌＣｏｄｉｎｇＳｕｂｌａｙｅｒ）子 层、物 理介质 连 接 子 层 ＰＭＡ（ＰｈｙｓｉｃａｌＭｅｄｉｕｍ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ） 和物理介质相关 ＰＭＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＭｅｄｉｕｍ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）子 层。１００ Ｍｂ／ｓ以太网通信标准的 ＰＣＳ子层与 ＰＭＡ 子 层 ，同 时 支 持 光 接 口 通 信 和 电 接 口 通 信 ，并 在ＩＥＣ６１３７５ 标准中进一步规定了列车以太网通信规范标准统一为 电接口通信 类 型 １００ＢＡＳＥＴＸ。 列 车 以 太 网 数 据 的 传 输使用超５类屏蔽 双 绞 线，并 使 用 Ｄ 型 编 码 Ｍ１２ 圆 形 连接器，保证良好的屏蔽与数据传 输效 果。 针 对超 ５类 以太网传输的 线 缆 特 征，在 ＡＮＳＩＸ３．２６３１９９５ 标 准［７］ 中定义了与 传 输 信 号 物 理 特 性 相 关 的 ＰＭＤ 子 层 的 特 征。关于以太网 物 理 层 的 幅 值、信 号 对 称 度、上 升 与 下 降时间、占空比失 真 抖 动、传 输 抖 动 以 及 过 冲 等 特 性 规 定 了 限 值 范 围 ，以 太 网 物 理 层 特 征 如 表 １ 所 示 。
第 ３９ 卷 第 １ 期
铁道机车车辆
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．１
２０１９年２月 ＲＡＩＬＷＡＹ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ ＆ ＣＡＲ Ｆｅｂ． ２０１９
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专题研究
文章编号：１００８－７８４２ （２０１９）０１－００３２－０４
文中对列车以太网物理层信号的特征进行了梳理， 总结了以太网信号的相关特征，针对以 太网物 理层 信号 的一致性测试项点进行了描述，设计了 以太网 一致 性试 验台的基本架构和测试方案。实践证明以太网物理层 一致性测试平台不仅可以对不合格被测设备进行鉴别， 并且还可以列出测试结果和参数，对后 续被测 设备 优化 改进提供数据支持，为中国标准动车组 中的以 太网 技术 应用和系统集成提供基础。 １ 以 太 网 信 号 的 特 征