基于tcn和工業(yè)以太網(wǎng)的動(dòng)車組新型通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高速動(dòng)車組新型通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種基于TCN和工業(yè)以太網(wǎng)的動(dòng)車組新型通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)是國際電工委員會(huì)(IEC)專門為列車通信網(wǎng)制定的標(biāo)準(zhǔn)，作為一種面向控制、連接車載設(shè)備的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)是分布式列車控制系統(tǒng)的核心。它集列車控制系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、故障檢測與診斷系統(tǒng)于一體，以車載微機(jī)為主要技術(shù)手段，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)列車各個(gè)系統(tǒng)之間的信息交換，最終達(dá)到對車載設(shè)備的集散式監(jiān)視、控制和管理等目的，實(shí)現(xiàn)列車控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化與信息化。
[0003]TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)可細(xì)分為RTP實(shí)時(shí)傳送協(xié)議(Real-time TransportProtocol, RTP), WTB絞線式列車總線(Wire Train Bus，WTB)和MVB多功能車輛總線(Multifunct1nVehicle Bus, MVB)三部分。
[0004]作為三種相對獨(dú)立的體系結(jié)構(gòu)，理論上可以在WTB絞線式列車總線或MVB多功能車輛總線上運(yùn)行非RTP實(shí)時(shí)傳送協(xié)議的其它協(xié)議，而RTP實(shí)時(shí)傳送協(xié)議也可以作為除WTB絞線式列車總線或MVB多功能車輛總線外其它總線上的通信協(xié)議，例如RTP實(shí)時(shí)傳送協(xié)議可以作為工業(yè)以太網(wǎng)上的傳輸協(xié)議。
[0005]WTB絞線式列車總線以1.0Mbit/s的傳輸速率工作，MVB多功能車輛總線以
1.5Mbit/s的傳輸速率工作。
[0006]MVB多功能車輛總線將帶有CCU中央控制單元的車輛計(jì)算機(jī)與同一車輛內(nèi)的各子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備連接起來，組成下層分布式通信網(wǎng)絡(luò)。MVB多功能車輛總線主要用于有互操作性和互換性要求的互聯(lián)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)通信一一即，MVB多功能車輛總線主要用于單獨(dú)每一節(jié)車廂或由幾節(jié)車廂組成的牽引單元內(nèi)部的各種設(shè)備通訊數(shù)據(jù)的獲取和傳送，其是TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)最基礎(chǔ)的通訊層級(jí)。
[0007]每一節(jié)車廂或牽引單元均包含一段該車廂或該牽引單元專屬的獨(dú)立MVB多功能車輛總線，不同車廂或不同牽引單元的各段MVB多功能車輛總線則均在網(wǎng)關(guān)的連接下連接到列車的WTB絞線式列車總線。
[0008]WTB絞線式列車總線是用于連接各節(jié)可動(dòng)態(tài)編組車輛的列車級(jí)通信總線；作為一種以WTB/MVB網(wǎng)關(guān)為核心的串行數(shù)據(jù)通信總線，其可將各節(jié)車廂內(nèi)的MVB多功能車輛總線計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)均串聯(lián)起來，形成上層分布式網(wǎng)絡(luò)，來自WTB總線數(shù)據(jù)報(bào)文經(jīng)過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為MVB數(shù)據(jù)報(bào)文，同理來自MVB的數(shù)據(jù)報(bào)文經(jīng)過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為WTB數(shù)據(jù)報(bào)文。WTB絞線式列車總線主要用于經(jīng)?；ハ嗦?lián)掛和解掛的重聯(lián)車輛并作為動(dòng)車聯(lián)掛時(shí)的對接接口網(wǎng)絡(luò)。
[0009]現(xiàn)有的CRH380系列動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)采用TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用WTB總線作為列車總線，并采用MVB總線作為車輛總線，支持重聯(lián)運(yùn)行。
[0010]如圖1所示，現(xiàn)有的動(dòng)車組為八輛編組，4動(dòng)4拖，分為對稱的兩個(gè)牽引單元，即第一車至第四車共同組成第一牽引單元，第五車至第八車共同組成第二牽引單元，第一牽引單元和第二牽引單元內(nèi)的MVB多功能車輛總線拓?fù)渚捎猛耆嗤闹鞲删W(wǎng)和分支網(wǎng)結(jié)構(gòu)。第一車和第八車均為牽引車頭，其二者互為冗余備份，其余車廂順次串聯(lián)在第一車和第八車二者之間。
[0011 ] 包括兩個(gè)牽引車頭在內(nèi)的共八節(jié)車廂均分別包含一個(gè)隸屬于該車廂的中繼器，第二車至第七車的每一節(jié)車廂均包含一段該車廂專屬的獨(dú)立MVB多功能車輛總線，用于連接該車廂內(nèi)的其它MVB設(shè)備。作為牽引車頭的第一車則包括第一車中繼器I和第一車中繼器2，另一牽引車頭的第八車則包括第八車中繼器I和第八車中繼器2。
[0012]第一牽引單元內(nèi)包括(XU1-MVB分支網(wǎng)段、(XU2-MVB分支網(wǎng)段、第一牽引單元MVB干線網(wǎng)段、第二至第四車MVB分支網(wǎng)段、多個(gè)中繼器以及每節(jié)車廂專屬的MVB設(shè)備；其中，CCUl-MVB分支網(wǎng)段、第二 CCU2-MVB分支網(wǎng)段均設(shè)置在第一車內(nèi)，即第一牽引車頭內(nèi)；CCUl-MVB分支網(wǎng)段、第二 CCU2-MVB分支網(wǎng)段、第二車MVB分支網(wǎng)段、第三車MVB分支網(wǎng)段、第四車MVB分支網(wǎng)段均分別通過各自對應(yīng)的一個(gè)中繼器與第一牽引單元MVB干線網(wǎng)段串聯(lián)；第二牽引單元內(nèi)包括CCU3-MVB分支網(wǎng)段、CCU4-MVB分支網(wǎng)段、第二牽引單元MVB干線網(wǎng)段以及第五至第七車MVB分支網(wǎng)段；CCU3-MVB分支網(wǎng)段、CCU4-MVB分支網(wǎng)段、第五車MVB分支網(wǎng)段、第六車MVB分支網(wǎng)段和第七車MVB分支網(wǎng)段均分別通過各自對應(yīng)的一個(gè)中繼器與第二牽引單元MVB干線網(wǎng)段串聯(lián)；其中CCU3-MVB分支網(wǎng)段、第二 CCU4-MVB分支網(wǎng)段均設(shè)置在第八車內(nèi)，即第二牽引車頭內(nèi)；隸屬于第一牽引單元內(nèi)的第一至第四MVB多功能車輛總線均彼此并聯(lián)匯入第一牽引單元內(nèi)的MVB干線網(wǎng)，第二牽引單元與第一牽引單元完全對稱。第四車與第五車之間的MVB總線彼此不連接。
[0013](XU1-MVB分支網(wǎng)段內(nèi)包括第一中央控制單元CXUl、第一車MVB子設(shè)備和WTB網(wǎng)關(guān)1，其三者通過MVB線纜順次串聯(lián)，第一中央控制單元CXUl還通過MVB線纜和第一車中繼器I與第一牽引單元MVB干線網(wǎng)段連接；CCU2-MVB分支網(wǎng)段、CCU3-MVB分支網(wǎng)段和CCU4-MVB分支網(wǎng)段的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和布局均與CCUl-MVB分支網(wǎng)段完全相同。
[0014]TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)通過包含CCU中央控制單元的列車運(yùn)行控制計(jì)算機(jī)對出現(xiàn)在軌道車輛上的所有相關(guān)配置尋址，包括連接各車輛的WTB絞線式列車總線及連接車輛內(nèi)部或車輛設(shè)備的MVB多功能車輛總線。
[0015]第一牽引單元內(nèi)的第一 WTB絞線式列車總線將第一牽引單元內(nèi)的WTB網(wǎng)關(guān)I和WTB網(wǎng)關(guān)2串聯(lián)起來，形成第一牽引單元WTB總線。第二牽引單元內(nèi)的第二 WTB絞線式列車總線將第二牽引單元內(nèi)的WTB網(wǎng)關(guān)3和WTB網(wǎng)關(guān)4串聯(lián)起來，形成第二牽引單元WTB總線。第一牽引單元WTB總線與第二牽引單元WTB總線通過WTB線纜分別延伸至第四車和第五車內(nèi)，在動(dòng)車的第一牽引單元與第二牽引單元彼此聯(lián)掛時(shí)，第一牽引單元WTB總線與第二牽引單元WTB總線聯(lián)掛實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，共同形成整車WTB總線。
[0016]CXU中央控制單元在MVB總線中擔(dān)當(dāng)總線管理器和應(yīng)用層邏輯處理器的重要角色，因此，必須對其進(jìn)行冗余性設(shè)計(jì)。
[0017]以第一牽引單元為例，其第一中央控制單元CCUl和第二中央控制單元CCU2均布置在第一車內(nèi)。第一牽引單元內(nèi)的第一 WTB絞線式列車總線和第一牽引單元MVB主干線網(wǎng)段均受互為冗余的第一中央控制單元CCUl和第二中央控制單元CCU2協(xié)同控制；第二牽引單元內(nèi)的第二 WTB絞線式列車總線和第二牽引單元MVB主干線網(wǎng)段則按相同的方法由第二牽引單元內(nèi)的第三中央控制單元CCU3和第四中央控制單元CCU4協(xié)同控制。
[0018]其他包含MVB接口的子設(shè)備如同樣需要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，則將冗余的設(shè)備如CCU中央控制單元一樣分配在兩個(gè)MVB網(wǎng)段中；如無冗余設(shè)計(jì)需求，放在哪一個(gè)網(wǎng)段中則視具體情況而定。
[0019]在此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓谙嗤瑪?shù)據(jù)量的情況下帶寬占用率接近60%，在動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)營過程中會(huì)發(fā)生由于網(wǎng)絡(luò)阻塞導(dǎo)致的列車故障。
[0020]另一方面，過去十幾年中，現(xiàn)場總線是工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化領(lǐng)域中現(xiàn)場級(jí)通訊系統(tǒng)