以太网在高速动车组通讯网络中的原理及故障分析.pdfVIP

以太网在高速动车组通讯网络中的原理

及故障分析

摘要：车载网络系统作为列车的“大脑”，负责列车的控制、监控和信

息传递。随着高速动车组智能设备的应用及列车服务系统的逐步升级，TCN网络

已逐步无法满足高速动车组对网络带宽的需求。工业以太网以其传输速率高、结

构简单等已在工业领域取得重大应用，但以太网络的不确定性和非实时性在高速

动车组领域发展较为缓慢。

关键词：网络系统TCN网络工业以太网

一、高速动车组网络

列车网络作为现代列车的关键技术之一，连接列车上的各车载设备，实现列

车的控制、监测、信息传递等关键作用。随着高速列车的发展，车载智能设备的

应用与日俱增。为了列车安全运行，在快速、可靠的基础上实现列车上设备间数

据交互成为了必备功能。随着人民对出行舒适度要求的不断升高，各式各样的人

机交互设备在新型动车组中使用。导致大量的数据充斥于列车组通讯网络系统中，

列车通讯网络系统面临着前所未有的挑战，一方面要确保网络的实时性和稳定性，

另一方面大容量数据能够实现传输。

1.TCN网络

TCN网络采用绞线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）两级结构。

TCN列车通讯网络采用分级的网络拓扑结构，属于局域网系统。上层WTB绞线式

列车总线，连接列车的各网络节点，负责节点间的信息传递。下层为MVB多功能

车辆总线，负责连接车辆内部的可编程终端设备，实现车辆内部的信息传递[1]。

图1TCN网络拓扑图

TCN网络具有如下特点：

2.1分层控制系统:列车通讯网络采用两级结构，列车级网络连接司机控制站、

控制设备站和采集数据站，实现对列车的监控、控制和故障诊断；车辆级网络连

接车辆内部的各部件间的信息传递，负责对车辆级的控制和信息采集。

2.2实时控制系统:列车处于动态过程中，各部件系统工作，具有复杂、频繁

的信息交互。要求列车的通讯网络必须对列车进行实时性控制。WTB和MVB的强

实时性使得TCN网络得到了大量的应用。

2.3开放式控制系统:由于高速动车组各部件供应商不同，通讯制式存在一定

差异。为了使不同生产制造商的设备能够互连，列车通信网络遵循ISO7498标准

规定的ISO/RM。因此，TCN体系结构是一个开放式系统。

2.4可靠性控制系统:由于高速动车组的工况要求，列车通讯网络必须是一个

高可靠性的通讯网络，必须满足流通性大、网络负载稳定性高、抗干扰能力强、

可靠性要求高等特点，当出现错误操作及部件故障后，仍能保证网络通讯不中断。

3以太网网络

以太网（Ethernet）是一个全球不同的物理网络根据层次关系连接到一起形

成的逻辑性计算机网络。以太网体系结构为树状结构，分为主干网络、外围网络

及连接主干网络与外围的核心网关构成。以太网可以通过多种不同介质进行传播，

例如光纤、屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线、细同轴电缆、粗同轴电缆等都可以用于

以太网传播[2]。

以太网作为目前应用最广泛的计算机通讯技术，各个网关及数据传输系统中

通常采用Ethernet连接。具有以下特点:

3.1传输速率高：以太网传输速率可以到达1000Mbps，甚至10Gbps，远高于

其它各种网络通讯形式，可以完全满足列车通讯需求；

3.2网络结构简化：以太网结构成本低廉且结构简单，同时支持不同的物理

传输介质和拓扑结构，与其它网络相比，以太网网络没有相关的网络单元，大大

简化了网络结构。同时以太网集成度较高，立于高速动车组的网络系统的简单易

维护；

3.3具有良好的兼容性：以太网具有高兼容性，实现了即插即用，系统升级

效率高，在软件资源支持下，可实现不同介质、不同工作模式和不同工作速率之

间的切换，展现了良好的兼容性。同时

3.4应用范围较广：以太网可以同时兼容车地网络，实现车地信息高速共享，

实时的为地面控制中心提供车组动态数据，实现车组状态全感知，易于车组的应

用和免维护。

3.5不确定性和非实时性：以太网的不确定性和非实时性严重制约了以太网

在严格要求确定性和强实时性的车载通信网络中的应用。当多个车载设备节点同

时发送数据，将导致数据抢占信道的情况，其中部分数据需等待其它数据传输完

毕后才能发送至至信道中，造成网络时延，甚至丢失数据。

3.6抗干扰能力差：以太网的出现是作为计算机领域的一部分，对于