談論地鐵總線通信控制網絡

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20世紀70年代末80年代初，以單片機為代表的計算機開始應用到列車控制及故障診斷、顯示系統。工業控制總線技術和控制方式的不斷進步，并在列車中得到推廣應用，使得許多原來用硬連接線不易實現或不可能實現的功能成為可能。而隨著地鐵運輸要求的提高以及計算機網絡技術的不斷發展，在地鐵領域逐步形成了所謂的列車通信控制網絡。早期的列車微機控制系統僅用于傳動裝置的控制，隨著計算機技術的發展以及控制、服務對象的增多，計算機在地鐵列車上的應用依次劃分為：列車控制、車輛控制、傳動控制和過程驅動。目前，在國際上運用比較廣泛的列車總線通信控制網絡有：TCN（TrainCommunicationNet-work），LonWorks（LocalOperatingNetworks），ARCNET（AuxiliaryResourceComputerNetwork）等。

1、三種列車總線通信控制系統

1.1TCN列車總線通信控制網絡

這里用Adtranz公司以TCN為標準開發的MITRAC系統，來介紹TCN列車總線控制網絡。早期Adtranz的MICAS-S2系統將列車通信網絡分成列車總線和車輛總線，列車總線采用FSK（頻移鍵控），通信波特率為19.2kb/s,車輛總線采用RS-485串行通信標準；局部總線采用雙絞線，遠程總線采用光纜，通信波特率為1.5Mb/s。MITRAC系統則是在MICAS-S2的基礎上發展起來的分布式列車控制網絡，其協議已完全符合TCN的標準。應用TCN標準的列車通信總線（WTB）能實現整列車之間的通信，應用多功能車輛總線（MVB）能實現固定車輛組之間及車輛內部的通信。后由于Adtranz被Bombardier收購,所以MITRAC現在被叫做：龐巴迪軌道車輛牽引控制的電子系統?；贛ITRAC系統組成的車輛控制和通信系統叫TCC（即固定單元組的MVB）。有協調所有總線之間的通信和控制列車的功能。其系統的核心是列車控制單元VTCU，它是一個總線管理器，連接MVB和WTB，管理列車控制和網關通信。每個三車單元都有相同結構的TCC和硬件結構?？偩€管理器控制總線成員之間的通信，它管理所有的總線成員。

1.2LonWorks列車總線通信控制網絡

LonWorks是用于開發監控網絡系統的一個完整的技術平臺，并具有現場總線技術的一切特點。其通信協議LonTalk支持OSI全部的七層模型，這是LonWorks總線最突出的特點。我國已將LonWorks制定為列車通信網絡標準的一部分。對LonWorks網絡的規定：適用于連接一個基本運轉單元（單個車輛或車輛的固定組合）或一組基本運轉單元內的電子裝置，傳送時間不太緊迫、時間不要求確定的由事件驅動的消息數據的傳送，主要應用于列車監控系統中。由于列車監控系統監控對象組成的相對固定和列車編組的特殊性，標準同時規定了最為常用的網絡拓撲結構和網絡中的總線關系。

1.3ARCNET列車控制網絡系統

ARCNET是一個開放標準協議，1999年成為美國國家標準ANSI/ATA-878.1。它是一種基于令牌傳遞（TokenPassing）協議的現場總線。從OSI參考模型來看，ARCNET位于ISO/OSI七層網絡體系模型中的物理層和數據鏈路層。每個ARCNET物理節點包括一個數據鏈路層的通信控制器芯片和一個物理層的收發器芯片。在數據鏈路層，它采用令牌環機制，各節點通過傳遞令牌來協調網絡使用權。節點使用唯一的MAC地址標識自己，單個ARCNET子網最多可有255個節點，ARCNET支持點對點的定向消息和單點對多點的廣播消息。ARCNET在列車上的應用以日本為主要代表。日立的ATI-C系統就是基于ARCNET總線技術設計的。以三動三拖的地鐵列車為例，ATI系統列車總線采用ARCNET總線，車輛總線采用RS-485通訊總線。

2、三種列車總線通信控制網絡比較

三種列車總線通信控制網絡分別在不同的三個地區得到不斷發展，歐洲TCN，美國LonWorks，日本ARCNET?，F階段三種列車總線控制技術都較為成熟，但三者間存在著較大差異。TCN網絡是專門為列車設計的，而LonWorks和ARCNET是為辦公自動化而設計的網絡，由于其優越的過程處理能力而被移植到列車控制網絡當中。TCN只能組成總線型網絡，LonWorks能組成任何形式的網絡，ARCNET可以組成總線型或環型網絡，但在列車控制網絡中一般都采用總線型網絡。TCN網絡中，WTB總線只能作為列車級總線，MVB總線作為車輛級總線（可承擔部分列車級總線功能）。LonWorks網絡中，定義列車級與車輛級為不同的域(DOMAIN)?？缭絻蓚€域的節點可作為路由器(ROUTER)、節點(PROXY)或網關(GATEWAY)。在同一域可以點對點、點對多點通信，可以按子網(SUBNET)或組(GROUP)組網，即在同一條物理介質上實現多個網絡的組網。ARCNET網絡中，ARCNET作為列車級總線，其車輛總線由RS-485總線或其它總線組網。目前，幾種網絡之間存在著不同的組網方式，如：TCN與LonWorks混合組網，其形式為：以WTB總線為列車級總線，LonWorks為車輛級總線。例如：新澤西的“慧星”號列車由采用TCN的ADtranz機車和采用LonWorks的ALSTOM客車組成。在列車級網絡中，WTB總線通信不經過中間車輛路由傳遞，而是由總線直接連接，LonWorks和ARCNET總線中列車級總線通信是通過中間車輛的路由傳遞來完成的。在數據通信差錯控制方面，三者一般均采用循環冗余校驗碼（CRC）。在介質訪問控制方式方面，TCN網絡采用載波監聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）。LonWorks網絡采用P-CSMA。而ARCNET采用令牌傳遞總線（Token-PassingBus）方式。這三種介質訪問控制方式中ARCNET的令牌傳遞總線方式最為穩定，因為它采用的令牌方式是一種按照一定順序的在各站點傳遞令牌的方法，誰得到令牌，誰才有發起通信的權利，從而避免幾個結點同時發起通信而產生的沖突，特別適合在數據流量巨大的情況下應用。編碼方式上，TCN和LonWorks一般采用Manchester編碼（曼徹斯特編碼）、而ARCNET一般采用NRZI編碼（非歸零反相編碼）。

3、結束語

國外的列車總線通信控制技術發展都相當的快速，而且也很成熟。出現多種不同的控制方式主要是由于各大公司之間的利益與競爭導致的結果。而列車總線通信控制技術是我們國家地鐵列車的薄弱環節，所以今后我們應該加快對國外先進技術的學習消化吸收，提高國產化率，這對我們國家降低制造列車成本有著重要的意義。