列车通信网络_2数据通信
IEC 61375-1-1999 中文文档
国际标准 IEC61375-1INTERNATIONAL 第一版STANDARD 1999-09铁路电气设备－列车总线第1部分：列车通信网络Electric Electric railway railway railway equipment equipment equipment – Train bus Train bus Part 1: Train Communication Network绪言本国际标准定义了各种接口，以便在下列情况下实现接插件兼容：a）位于不同车辆上的设备间b）位于同一车辆内的设备间本标准定义了这些接口，用于连到被称为列车通信网络（ＴＣＮ）的数据通信网络。
图1：ＴＣＮ的分层注：圆圈内的数字为本标准相关的章及附录出于编排方便，本标准正文分成五章，另外有两个附录：第一章：总则——术语定义及资料性地概述第二章：实时协议——变量：链路层接口及应用层接口；——消息：链路层接口、协议，应用层接口；——数据表示；第三章：多功能车辆总线——物理层、链路层及链路层管理；第四章：绞线式列车总线——物理层、链路层及链路层管理；第五章：列车网络管理——网络的组态、管理及控制；附录Ａ：列车通信网络导引铁路电气设备—列车总线第一部分：列车通信网络1总则1.1范围本国际标准适用于开式列车的数据通信，它包括开式列车的车辆与车辆间的数据通信及开式列车中一个车辆内的数据通信。
应用本标准的列车通信总线（ＷＴＢ）能实现国际交通用的开式列车中各个车辆的协同操作。
车辆内部的数据通信总线（ＭＶＢ）作为该TCN的推荐方案。
在任何情况下，供应商应保证ＷＴＢ与所建议的车辆总线兼容。
如果供应商与用户协商同意，本标准也可适用于闭式列车及多元动车。
注1：开式列车、闭式列车及多元动车的定义见1.3。
注2：本标准未考虑公共汽车、无轨电车等公路车辆。
1.2 引用标准下列标准经本标准引用而构成本国际标准的条款。
对于注明日期的标准，其后续的补充或修订版本不适用于本标准，然而以本国际标准为基础签订协议的各方应该考虑采用下列标准最新版本的可能性。
CRH2型动车组网络通信技术浅述
CRH2型动车组网络通信技术浅述作者：于孟来源：《中国新技术新产品》2014年第20期摘要：本文简要介绍了列车通信系统应用现状和发展趋势，阐述了CRH2型动车组网络控制系统的组成及功能，详细论述了该系统的网络拓扑结构。
关键词：列车网络通信系统；网络总线；光纤；ARCnet；TCN中图分类号：U270.38 文献标识码：A1 列车通信网络系统应用现状随着电子技术的发展，网络技术越来越频繁的应用到列车的监视控制和管理系统中，推动着列车控制系统向着智能化、网络化和信息化的方向发展。
目前列车的网络通信技术主要有如下几种。
1.1 WTB/MVBWTB/MVB网络技术在欧洲得到了广泛应用。
据不完全统计，共有301套WTB/MVB车载网络和26套MVB车载网络由ADtranz瑞典完成。
还有717套WTB/MVB车载网络、5套WTB车载网络和393套MVB车载网络由ADtranz其他TCN项目完成。
1.2 LonWorksLonWorks在北美地区得到了广泛应用，纽约地铁就采用了LonWorks的总线方式。
日本的川崎重工和加拿大的Bombardier也开始将LonWorks应用于他们的铁路列车上。
1.3 ARCNET网络ARCNET网络主要应用于日本动力分散型电动车组上，主要的供应商有三菱、日立等公司，国内开行的CRH2型动车组就采用了这种通信网络。
1.4 CAN网络CAN总线也在列车通信网络系统中有了一定的应用。
国防科技大学磁悬浮技术工程研究中心就研制出了一种应用CAN总线方式的CMS-3型磁悬浮列车；而“神州”号DMU的动力重联（列车总线）也使用了这种总线方式。
2 CRH2型动车组网络通信系统介绍2.1系统组成及功能简介CRH2型动车组网络通信系统是基于ANSI/ATA-878.1（又称为ARCNET）协议开发设计的TIS系统完成的，整个信息系统通过列车的总线进行通讯信息的传送，而车辆运营即时状况和车上装置的动作信息也得以统一体现。
客车电气装置-车厢级网络系统与主机及列车级通信网络与主机
车厢级网络系统由四个功能级监测诊断子系统，一个显 示节点和车厢网关通 过LONWORKS车厢总线组成车厢级网 络系统。各功能级子系统诊断报告与过程数据，通过车厢网 关和列车总线传送给列车级主机（列车网络管理器）。如下 图所示。
车厢级网络系统将防滑器的车辆参考速度变量传送给车门监 测节点和车辆转向架状态监测节点，作为两节点的诊断条件； 将基础制动监测节点监测的制动/缓解工况变量提供给车辆监测 节点、防滑器监测节点，作为诊断输入条件；将防滑器、制动 节点的有关变量传送给车辆节点参与系统诊断。
统，并根据车体的信号监测整个车辆系统的状态。 系统的功能分两方面： 车厢功能级实时监测与状态评估：
（1）监测车辆转向架及车体横向、垂向振动加速度，报告本车前转向架/后转向架、 一系/二系横向/垂向振动情况；转向架失稳情况；判断轮轴系统是否工作正常，车轮踏 面异常（擦伤/ 剥离）；一系悬挂故障；空气弹簧系统故障诊断与报警等。
3、防滑器工作状态监测子系统 防滑器联网，报告防滑器有无故障，若有故障，则指出故障部位，指导维修；报告本车厢防
滑器执行防滑保护动作情况。防滑器向车厢总线发送车辆速度（参考速度或理论速度）和执行防 滑保护的情况。作为车辆转向架节点的诊断判断输入条件。国产防滑器（TFX型）的主机一方面 通过LONWORKS总线与车厢总线互联（通过J3节点）实现网络变量传递；另方面通过RS232与 车厢电控PLC网关通信，报告本车厢防滑器工作状态和本车参考速度。进口防滑器通过RS485同 时与车厢电控PLC网关和安全系统车厢主机的J5节点通信，报告本车厢防滑器工作状态和本车参 考速度。
3、系统页面：
此页面按各子系统归类显示监测数据，可以 在需要察看某子系统在整列车的运行状况时直观 地看到整列车该子系统的状态。由防滑器，制动 系统，转向架三个子页面组成，按下方的切换按 钮可切换至相应的子系统监测页面。所有页面的 前三项为车厢顺号、车辆制造号及通信状态。
CTCS-2基础
CTCS-2列控系统简介前言列车速度的不断提高，靠地面信号行车已不能保证行车安全，必须靠车载信号设备对列车实施运行控制，ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术装备。
20年纪90年代以来，世界范围内掀起了一个轮轨高速铁路建设的新高潮，其特点集中表现在高速度、高舒适度、高安全度和高效率。
近年来，作为世界上铁路最发达的地区，欧洲铁路公司和信号公司在对各自的既有信号系统进行升级改造的同时，在欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下，为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准，并研制和开发了相关的产品，其中就包括列车运行控制系统——ETCS标准。
为推动我国铁路运输事业的发展，从2002年开始，铁道部就组织有关专家开始了中国列车运行控制系统（CTCS）相关技术标准的修订工作，并先后颁布了《CTCS 2级技术条件（暂行）》等一系列技术文件。
目前，我国铁路在经历了先后五次的大提速后，列车最高运行速度已经达到了每小时160公里，但铁路也始终面临着公路、航空等其他运输方式的激烈竞争。
随着人们物质、文化、生活水平的提高，对铁路运输的效率、舒适和便捷程度都提出了更高的要求，铁道部于2005年提出了的第六次铁路提速的宏伟计划，要求在既有的七大干线上实现200km/h的客运列车运行速度，同时建设和开通铁路客运专线，进一步提高铁路运输服务的总体水平。
随着我国铁路跨越式发展战略的实施，实现全国铁路的第六次大提速，将列车最高运行速度提高到200km/h或更高，是进一步提高铁路运输服务总体水平，满足人民群众日益增长的出行需求的重要举措。
通过轨道电路完成列车占用和完整性检查，连续向列车传送控制信息，并采用大容量点式应答器向高速列车传送定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息等，是CTCS2级确定的列车运行控制方式。
第1章 CTCS-2列控系统简介1.1 相关名词1. CTCS-2 Chinese Train Control System Level 2中国列车控制系统2级2. ATP( Automatic Train Protection )列车自动防护3. ETCS European Train Control System 欧洲列车控制系统4. ATO（Automatic Train Operation）列车自动驾驶系统5. ATS（Automatic Train Supervision）列车自动监控系统6. CTC （Centralized Traffic Control）调度集中7. LEU（Line side Electronic Unit）轨旁电子单元8. ATC(Automatic Train Control) 列车自动控制系统9. GSMR（GSM for Railway）铁路专用全球移动通信系统10.LKJ 列车运行监控装置1.2 概述既有线提速、客运专线建设和高速铁路研究，对信号技术的发展既提出了新的挑战，也提供了难得的发展机遇。
列车CRH2组通信网络
目录第一章绪论...............1.1 国内外铁道车辆网络技术的发展........1.2 国内外列车通信网络技术发展概况............. 1.3 国内列车发展第二章列车通信网络结构................................... 2.1 TCN的适用范围.....................2.2 TCN的网络结构..................2.2.1 TCN的网络拓扑结构..................2.2.2 TCN的网络体系结构.....................2.3 MVB总线............................2.3.1 MVB传输介质..........2.3.2 MVB 设备.........2.3.2 MVB 报文.............2.3.3 MVB 介质访问...............2.3.4 MVB 容错......................2.4 WTB总线....................2.4.1 WTB拓扑.............2.4.2 WTB 的介质......................2.4.3 WTB的介质连接方式.........................2.4.4 WTB报文...............2.4.5 WTB 介质访问....................2.5 实时协议.......................2.5.1 列车通信网络服务................2.5.2 变量服务.............2.5.3 消息服务...... ..................2.6 LonWorks总线概述...............2.7 LonWorks总线拓扑结构. ..............2.8 LonWorks通信网络协议..........第三章访问控制方式分析.......................3.1 载波监听多路访问.................3.2 令牌环访问控制方式............................3.3 令牌总线访问控制方式..................第四章列车网络通讯的具体应用................4.1 CRH2动车组概述.......................4.2 CRH2网络控制系统概述..........................4.2.1 系统组成及功能简介..........................4.2.2 网络拓扑结构..........................4.2.3 可靠性与冗余性..........................4.3 LonWorks在列车通信网络上的应用..............4.4 TCN在列车通信网络上的应用................结论................致谢...................参考文献......................第一章绪论高速、舒适是世界铁路发展的主要目标和方向。
列车总线控制基础(列车通信网络概述)
简化网络结构：一般将网络形式简化成线形；
简化通信模型，一般只利用了OSI/RM中的2～3层；
简化节点信息，通常简化到只有几字节。
采用网络管理技术来实现实时性，并保证其可预知性。
例如:采用主-从访问方式，只要限制网络的规模，就可以 将响应时间控制在指定的时间内。
总之，实时性要求是现场总线区别于一般计算机通信的主要 因素。改善现场总线的实时性，减少响应时间的不确定性 是现场总线的重要发展趋势。
— 传统控制系统中设备的连接都是一对一的
布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便
很强的系统扩展性
– 主机能自动识别设备的增加或删减 – 无需架设新的线缆 – 无需系统停机
大连交通大学
现场总线概述
2.现场总线的特点
现场总线控制系统结构
大连交通大学
现场总线概述
3.现场总线的特殊功能 (1)经济、安全、可靠地传输信息
还要增加到十二种类型
大连交通大学
现场总线技术与计算机通信技术
计算机通信技术的发展会从各个方面影响现场总 线的发展。 但是，二者在基本功能、信号传输要求和网络结 构上均有所不同。
大连交通大学
现场总线技术与计算机通信技术
1. 基本功能
计算机通信的基本功能：可靠地传递信息。 现场总线的功能则是包括了更多的内容： ①高效、低成本地实现仪表及自控设备间的全数字化通信， 以体现其经济性； ②解决现场装置的总线供电问题，实现性现场总线的本质安 全规范，以体现其安全性； ③解决现场总线的环境适应性问题，如电磁干扰、环境温度 、适度、振动等因素，以体现其可靠性； ④现场仪表及现场控制装置要尽可能地就地处理信息，不要 将信息过多地在网络上往返传递，以体现现场总线技术发 展趋势——信息处理现场化。
列车通信网络技术ppt课件
20米，每段32个设备； 200米，每段32个设备；
2000米；
备份的物理层介质（同步发送）
曼切斯特编码，9个比特源分界符
1.5Mbit/s
12 位设备地址；0..255留给带消息数据的设备 12 位逻辑地址用于过程数据（每个为16..256 位）
16
MVB传送三类数据： ● 过程数据（Process_Data）：源地址数据的周期性广播，
过程数据是由发行者设备发送至多个用户设备的广播数 据，并由他们的逻辑地址来标识，这种类型的传送称为源寻 址广播。
18
2、消息数据：
消息是冗长但不频繁传输的数据，消息的长度在几 个字节到几千个字节之间。为了传输较大的消息数据， 可以将消息分成小的包，这些包分别编号并由目的站确 认。
消息数据是从一个源设备发送到一个目标设备或是 同一总线上的所有设备的面向目标的数据。消息数据是 有需要时才传送的。
WTB 特性摘要表：
12
它有一个段是朝向列车中间，
WTB 采用屏另端蔽一节双段点绞是电朝气线向上，敞用开与信的它号端连传部接。的输速度１Mbit/s。采 用规定型号的电缆端，接器可来互终连止两最个多总线32不同车辆上的电缆节链连接接而两成个总。线
整个列车的组成可以灵活多样，一节车厢内可以
有一条或多条车辆总线，也可以没有;车辆总线也
可以在固定编组的情况下跨接几节车厢。如果整
列车是固定编组，则列车并不需要对节点进行连
续编号，这时车辆总线可以起到列车总线的作用。
5
列车总线和多功能车辆总线
• 列车总线（Wire Train Bus,简称WTB）贯 穿整列车，连接列车中的各个车辆总线； WTB总线能自己组态，传输速率可达 1.0Mbit/s，介质为双绞屏蔽线。
CRH2型动车组信息传输
CRH2型动车组信息传输信息传输系统由光纤连接各中央装置及终端装置，构成双重环路结构。
主要实现信息分散采集、网络传输、集中处理、并对各类信息进行实时汇总分析。
本章主要介绍信息传输系统的系统组成、网络结构、信息传输协议、列车通信网络、车厢通信网络、车载速度控制装置的通信网络、旅客信息网络设备及接口、维修接口和维修信息的传输等内容。
11.1概述CRH2型动车组信息传输系统通过贯穿列车的总线传输信息，并且对列车运行状况及车载设备动作的相关信息进行集中管理，可以有效地实现对司机和乘务员的辅助作用，加强对设备的保养和提高对乘客的服务质量。
传输的信息主要包括控制指令、设备状态数据和故障诊断数据三大信息。
对控制指令等要求有应答的重要数据，中央装置光节点同时向环路的两个方向发送信息，以便即时避开故障点。
对于监控信息等其他的数据，采用单方向传输，如果发信源的光传输节点没有检测到应答，则向另一方向的传输回路发送信息。
信息传输系统主要由列车信息中央装置(简称中央装置)、列车信息终端装置(简称终端装置)、列车信息显示器、显示控制装置、IC卡读写装置以及乘客信息显示器等组成。
头车中设置由控制传输部和监视器部组成的中央装置，具有列车信息管理和向列车信息终端装置传输数据的功能。
各车厢分别设置有一台终端装置，实现各车厢中车载设备的信息传输。
传输线有列车信息传输线(光纤)及自我诊断信息传输线(双绞线)两种。
列车总线采用光纤技术，其适用规格为ANSI878.1“ARCNET”，传输速度为2.5Mbit/s，拓扑结构为双重环形。
其中，牵引变流器和制动控制装置的传输适合使用光纤方式，采用20mA电流环形方式。
一部分设备的传输采用高级数据链路控制HDLC方式，步调同步方式，传输速度为192kbit/s，19.2kbit/s，9.6kbit/s，拓扑结构为点对点。
自我诊断传输线采用双绞线，以总线方式连接中央装置与终端装置，采用HDLC作为数据交换协议，传输速度为38.4kbit/s。
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单极性不归零制编码(NRZ)
表示二进制数据非常方便 不宜在通信线路上直接传送
连续出现多个“1”或“0”时，由于不归零，造成 同步困难（需设置专门的同步时钟线路）
由于单极性，具直流分量且随传送的数据不同 而变化，引起通信线路电压漂移
00
1
10
1
曼切斯特和差分曼切斯特编码
编码规则
(M)每个二进制位中间一个电平跳变，分为前后两个半 位，正跳变“1”，负跳变“0”
数据 8 9 A B C D E F
4Bit输入 5Bit码组
1000
10010
1001
10011
1010
10110
1011
10111
1100
11010
1101
11011
1110
11100
1111
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脉冲编码调制方法
脉冲编码调制PCM(pulse code modulation):数字信号 承载模拟数据
电报通信的莫尔斯码、BCD码、ASCII码
美国标准信息交换码ASCII
数据编码波形
通信系统中以何种物理信号的形式来表达数 据。
数字数据编码
数字数据的数字信号编码 数字数据调制编码
模拟数据编码
模拟数据的数字信号编码 模拟数据调制编码
模拟传输和数字传输
模拟数据,模拟信号
话音
电话
模拟
典型的发送接收设备有：
各种变送器、传感器； 各种数据采集装置，(PLC,PID)控制器； 作为监视操作设备的监控计算机或工作站； 各种调节阀门、电机控制设备、变频器、机器人； 网络连接设备，如中继器、网桥、网关等
数据通信的基本过程
建立通信链路:用户将通信对方地址告知交换机， 交换机查该地址终端。若对方同意，则建立双方 通信的物理信道
数据传输率：单位时间里传送二进制数据的位数，单位时间 里传送的数据量，比特率
数据要转换为信号传送：可以用不同的离散电平表示，模拟 信号可用不同起始相位表示不同数据
结论： 数据传输率 R V log2 N
二进制：一个信号波形表示一个二进制位，数据速率=信号 速率
四进制：一个信号波形表示两个二进制位，数据速率=2X信 号速率
异步方式 较低
较慢
简单 一个字符 大
任意
同步方式 较高
较快
复杂 一组字符 小
无间隔
异步方式和同步方式的比较
异步方式常用于本地终端到主机的通信和通信线路误 码率要求不高以及数据传输率较低的场合；
同步方式常用在通信量大，通信线路误码率低以及数 据传输率较高的场合
数据通信中的同步方式
帧同步（块同步）
件，是控制网络技术的重要组成部分 工业数据通信用以满足信息社会对基础设备与
过程数据信息的需求
数字地球、数字北京、数字… 传递工农业生产过程、大气环境监测、各类交通、
楼宇等系统中设备的数字化信息
数据通信的基础知识
数据通信是计算机网络的基础 信息与数据：
信息是用以对客观世界直接描述的、在人们之间传递的知识； 数据是信息的具体表现形式：“1”-开关合，“0”-开关断； 很多场合难以区分：数据交换=信息交换 数据通信：两台计算机之间数据交换的过程 数字数据：二进制的0，1 模拟数据：声音的强弱变化 数据要变换为信号才能传送：电、光、磁信号 模拟信号：连续的电磁波 数字信号：电压脉冲序列 数字通信：传送数字信号，代表0，1的脉冲
调制原理
0 0 11 0 1 00 0 1 0
ASK FSK PSK
多级(相)调制方法
00 01 10 11
0 +90 +180 +270
+90 01 +180 10
0 00
+270 11
4-PSK
复合调制方法
45
16-QAM（正交振幅调制）：
使用振幅和相位的16种组合
1
二进制位2,3,4 相移值 二进制位1 相移值
011100011011001100
信道及其主要特性
数字信道和模拟信道
以数字脉冲形式传输数据的信道称数字信道， 相应பைடு நூலகம்通信系统为数字通信系统
以模拟信号形式传输数据的信道城模拟信道， 相应的通信系统为模拟通信系统
通信线路连接方式
点-点连接方式
计算机 MODEM
点-多点连接方式
计算机 MODEM
集线连接方式
计算机
MODEM
终端
MODEM 终端
MODEM 终端
MODEM 终端
终端
集
中
终端
器
终端
通信线路的通信方式
单工通信 传送的信息始终是一个方向； 半双工通信 信息流可在两个方向上传输，
但同一时刻只限于一个方向传输； 全双工通信 能同时作双向通信
数据传输方式
基带传输：局域网的主要传输形式
调制/解调技术：用模拟信号的不同幅度、频率、 相位来表达数据的0和1，分别称为
调幅ASK (amplitude-sheft keying) 调频FSK（frequency -sheft keying ） 调相PSK (phase-sheft keying）
绝对调相 相对调相 复合调制：由以上三种调制方式构成
(DM)每位数据中间电位跳变只作发方时钟信号，数字信 号取值由位开始时有无电位跳便决定
00
1
10
1
M DM
曼切斯特和差分曼切斯特编码
编码特点
每个二进制位中间电位跳变，可作发方时钟— 自同步
可使编码信号电平直流分量为零，利于通信线 路设计
编码后的信号频率提高一倍，导致要求通信线 路带宽增加
Shannel公式：噪声信道
C=
B log2 (1+
S) N
S/N 信噪比（dB分贝）
S/Ndb = 10 log10 S/N
数据通信中的同步方式
位同步(Bit synchronous)
外同步 自同步
字符同步(character or word synchronous)
异步 同步
帧同步(frame synchronous)
幅度值
001
0
0
0,90,180,270 3
000
45
0
45,135,225,31 2
5
010
90
1
0,90,180,270 5
011
135
1
45,135,225,31 32
5
111
180
110
225
100
270
调制解调器
解调：调制的反过程，鉴幅、鉴频、鉴相
调频方式的调制器 调频方式的解调器
建立数据传输链路:双方建立同步联系，使双方 设备处于正确收发状态，通信双方相互核对地址
传送通信控制信号和传送数据 数据传送结束:双方通过控制信息确认此次通信
结束 通知交换机通信结束:可切断物理连接
数据通信的主要技术指标
传输速率：衡量传输的有效性，数量
信号速率：单位时间里传送信号波形的个数，单位为“波 特”Baud，波特率
模拟数据，数字信号
模拟
数字
CODEC
数字数据，模拟信号
数字
模拟
Modem
数字数据，数字信号
数字
数字
数字传输
编码和调制
g(t)
x(t)
g(t) x(t)
Encoder
Decoder
数字或
数字
模拟
t
s(f)
m(t)
s(t)
m(t)
Modulator
Demodulator
数字或
模拟
模拟
fc
f
fc
数字信号编码为模拟信号
多个数据源合用一条传输线
复用：共享使用公共信道
MUX
共享信道
DEMUX
复用器
解复用器
复用类型
FDM (频分复用) Frequency Division Multiplexing 在频率上并排地把几个信息通道合在一起以便形成一个合成 的信号 以某种调制方式用这个合成的频分多路复用信号来调制载波
容量：每秒钟所能传输的比特数（速率）
理想信道 有噪声信道
传输介质
Nyquist 公式：理想信道
C = 2Blog2 n = 2B Baud
B = 带宽 n = 信号电平级数
n
话音级线路的
2
信道容量计算
4
(3000 Hz)
8
16
最大数据率 (C) 6000 bps
12000 bps 18000 bps 24000 bps
数字数据编码
单极性码 信号电平是单极性的。 双极性码 信号电平为正、负两种极性的。 归 零 码 在每一位二进制信息传输后均返回零电
平。 非归零码NRZ(non-return to zero) 在整个码元
时间内维持有效电平。 差 分 码 用电平的变化与否代表0和1 曼彻斯特编码Manchester 差分曼彻斯特编码Difference Manchester
传送的是数字信号，即矩形脉冲序列 单信号传送，同一时刻仅为一个用户使用 信号波形易衰减和畸变
频带传输
传送的是模拟信号，即经过数据信号调制的载波 可频分多路复用
宽带传输
异步传输模式ATM(asynchronous transfer mode)
多路复用技术
在点-点通信方式中，两点间的通信线路是专用的。利用率很 低
数据通信中的位同步方式
外同步
发送方在发数据前先发同步信号，接收方收到同步信 号后调整自己时钟与发方保持一致并锁定