多功能列车通讯总线MVB简介
铁路车辆MVB通信网络典型故障分析
技术与市场技术应用２０２１年第２８卷第５期铁路车辆ＭＶＢ通信网络典型故障分析张二伟，彭思维（中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南株洲４１２０００）摘 要：从ＭＶＢ通信原理上分析可能导致ＭＶＢ网络通信从帧丢失故障的原因，分析不同故障现象，在此基础上提出诊断从帧丢失网络故障的方法。
关键词：ＭＶＢ；通信；网络故障ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２１．０５．０３３" 0-1通信概述多功能车辆总线（ＭＶＢ）是列车通信网络的一种，具有实时性强、可靠性高、冗余及容错性能好等优点，广泛应用于高铁、城轨等领域中。
它采用主从通信的方式，由一个总线控制器轮询每个端口完成数据传输。
通信介质一般使用ＥＭＤ（一种屏蔽双绞线组成的电气中距离介质），在２００ｍ传输距离内最大可支持挂载３２个设备。
信号产生速度为１．５Ｍｂｉｔ／ｓ，使用曼彻斯特编码。
ＭＶＢ网络可由一个或多个总线段构成，总线段之间通过中继器相互连接。
为了提高可靠性，工程项目中采用双线冗余结构。
# 0-1网络工作原理ＭＶＢ通信数据报文分为过程数据报文、消息数据报文和监视数据报文，工程中主要用到的是过程数据报文，用于车辆状态信号和控制信号的实时传输。
一个数据报文包含１个主帧数据和１个从帧数据。
每个过程数据报文都对应一个端口地址的数据。
总线管理器按照配置好的周期扫描表周期轮询每个端口地址，发出与端口地址相应的主帧数据。
配置了相同端口地址的源端口会发出从帧作为响应，从帧包含了预设的过程数据。
配置了相同端口地址的宿设备会接受这个从帧数据，完成一个端口数据的发送和接收。
在链路层，端口地址有１２位编码。
主帧数据由１６位组成，包含４位Ｆ＿ｃｏｄｅ和１２位地址。
从帧数据由１、２、４、８或１６个１６位的数据字组成，如图１所示。
图１ 过程数据报文$ 故障原因分析从ＭＶＢ通信的原理可以看到，完成一个过程数据报文传送，需要１个主帧和１个紧随的从帧。
mvb总线 阻抗
mvb总线阻抗摘要：1.mvb 总线简介2.mvb 总线阻抗的概念3.mvb 总线阻抗的影响因素4.mvb 总线阻抗的测量方法5.mvb 总线阻抗的调整与优化6.总结正文：mvb 总线（Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线）是一种用于车辆电子系统的通信总线，它可以实现多种不同功能模块之间的数据交换与通信。
在mvb 总线的应用中，阻抗是一个重要的性能参数。
mvb 总线阻抗是指在mvb 总线上传输数据时，信号在传输线上产生的电压降。
阻抗会影响mvb 总线的传输性能，进而影响车辆电子系统的正常工作。
一般来说，mvb 总线阻抗越小，传输性能越好。
mvb 总线阻抗主要受以下因素影响：1.传输线的材质和长度：不同的传输线材质和长度会对阻抗产生不同的影响。
通常，传输线材质越优良、长度越短，阻抗越小。
2.连接器的质量和性能：连接器是mvb 总线上信号传输的重要环节，连接器的质量和性能直接影响阻抗的大小。
3.环境温度：环境温度对传输线和连接器的性能产生影响，从而影响阻抗。
一般来说，环境温度越高，阻抗越大。
4.电源电压：电源电压的稳定性直接关系到mvb 总线的正常工作，电源电压的波动会导致阻抗的变化。
测量mvb 总线阻抗的方法有多种，常见的有示波器法和人工测量法。
示波器法是通过示波器测量信号的波形，从而计算出阻抗。
人工测量法是通过万用表测量信号在传输线上的电压降，从而得出阻抗值。
当mvb 总线阻抗过大时，可以通过调整和优化来提高传输性能。
具体方法包括：选择优质的传输线和连接器，降低环境温度，保证电源电压的稳定性等。
CAN总线概述和MVB总线
CAN总线概述1. CAN总线的产生与发展控制器局部网（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。
控制器局部网将在我国迅速普及推广。
随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。
由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。
分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。
这类系统是以微型机为核心，将5C技术--COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和 CHANGE（转换技术）紧密结合的产物。
它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。
典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。
现场总线（FIELDBUS）能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。
现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。
尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准，但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。
同时，正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥，并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。
控制器局部网 CAN（CONTROLLER AERANETWORK）正是在这种背景下应运而生的。
由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。
为此，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了 CAN技术规范（VERSION 2.0）。
铁路列车之间的通信协议(多功能车辆总线MVB协议)
铁路列车之间的通信协议（多功能车辆总线MVB协议）2016-10-25致远电子随着铁路的快速发展，多功能车辆总线MVB协议已经成为高速电力列车控制系统的关键技术，可用于列车状态检测、故障诊断以及车载设备开发和调试等操作。
今天我们一起来深扒MVB协议。
一、MVB介绍TCN是铁路列车车辆之间和车辆内部可编程设备互联传送控制、检测与诊断信息的数据通信网络。
MVB为多功能车辆总线，它是列车通信网TCN的一部分，TCN网络由WTB+MVB构成。
MVB 是一种主要用于对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的串行数据通信总线，它将位于同一车辆，或不同车辆中的标准设备连接到列车通信。
其固定传输速率为1.5Mbit/s。
图1 列车通信网络列车通信网络通常采用分层结构，根据列车控制的特点分为上下两层，每一层根据不同的特性要求相应有不同适用局部网络，包括列车总线层（WTB）和多功能车辆总线层（MVB）。
车辆总线负责同一车厢内部各种可编程终端装置的连接，列车总线负责不同车辆单元中的网络节点连接。
WTB和MVB是两个独立的通信子网。
图2 列车MVB物理层提供三种不同的介质，它们以相同速率运行：ESD：电气短距离传送（≤20米），标准的RS-485收发器，支持32个设备，适用于封闭小室内；EMD：电器中距离传送（≤200米），支持32个设备，屏蔽双绞线，变压器耦合；OGF：远距离光学玻璃纤维介质（≤2000米）。
随着MVB技术的不断发展，MVB物理层介质主要以EMD为主。
MVB各个总线段必需经由连接不同介质的中继器将光纤汇入总线的星耦器两种类型之一的耦合器相互连接。
二、MVB的数据帧结构MVB的一次传输包括两种类型帧：主帧+从帧，主帧的长度固定为33位，从帧的数据长度有5种：33、49、81、153和297，具体的数据帧结构如下图3所示。
图3 MVB拓扑结构MSD：帧起始分界符，MVB的信号编码采用G.E.Thomas Andrew S.Tanenbaum的曼彻斯特编码（从低到高为“0”，从高到低为“1”）传输数据。
多功能列车通讯总线MVB简介
bits)
F = F_code (4 bits)
data
CS
SSD
data
SSD
CS
data
SSD
CS
9
64 bits
8
data
SSD
CS
128
(153)
9
64 bits
8
data
SSD
CS
256
(297)
64 bits
data
8
CS
data
(390 )
terminator/
biasing
segment length
RxS
TxS
RxS
TxS
RxS
TxS
• • •
equipotential line
Ru
(390)
Rm
(150 )
Rd
(390 )
+ 5 V
特点：采用标准RS485，每段32个设备，每段距离<20m，采用隔离方式可延长距离，菊花链拓扑
在高压差场合，屏蔽可以不连贯，但需要注意EMC防护措施
EMD桩线要求
注意：Stub小于10cm
EMD连接器和端接
7
6
9
8
端接连接器
EMD设备电气参数要求
插入损耗：<0.15dB
EMD信号波形定义
高电平：Data_P – Data_N为正，TxS和Rxs为高 低电平：Data_P – Data_N为负，TxS和Rxs为低
CLASS 4 ：设备状态、过程数据、消息数据、总线管理、用户可编程（可选）
MVB多功能线
MVB总线简介列车通信网（Train Communication Network,简称TCN）是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准（IEC－61375-1）, 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB)和多功能车厢总线(MVB)。
TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。
多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。
附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络。
在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准， MVB总线有如下的一些特点：拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式，吸取了ISO的标准。
支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。
简单的传感器和智能站共存于同一总线上。
数据类型：MVB总线支持三种数据类型：a.过程数据：过程变量表示列车的状态，如速度、电机电流、操作员的命令。
过程变量的值叫过程数据。
它们的传输时间是确定的和有界的。
为保证这一延迟时间，这些数据被周期性地传送。
b.消息数据：消息被分成小的包，这些包分别被编号并由目的站确认。
消息包及与之相关的控制数据形成消息数据。
消息数据以命令方式传输。
功能消息被应用层所使用；服务消息用于列车通信系统自身的管理等。
c.监视数据：是短的帧，主设备用它作同一总线内设备的状态校验、联机设备的检测、主权传输、列车初运行和其它管理功能。
介质访问形式：MVB总线支持RS485铜介质和光纤。
其物理层的数据格式为1.5Mbps串行曼彻斯特编码数据。
MVB的介质访问是由总线管理器BA进行管理的，总线管理器BA是唯一的总线主设备，所有其它设备都是从设备。
主设备按照某种预定的顺序对端口进行周期性轮询，在周期的间隔中，主设备转而处理偶发性请求。
可靠性措施：MVB容错措施包括发送的完整性：链路层有扩充的检错机制，该机制提供的汉明码距为8，可检测位、帧和同步错误。
MVB多功能车辆总线仿真与检测系统的设计及应用
计算机应用轨道交通装备与技术第2期2021年3月文章编号：2095 -5251(2021)02 - 0059 -03MVB多功能车柄总线仿真与检测糸蜣的设计及启用王健(上海地铁电子科技有限公司上海200237)摘要：通过对T C N标准（IEC61375 - 1)中多功能车辆总线M V B通信协议的研究，利用通用逻辑芯片F P G A技术、USB通讯技术、嵌入式Linux系统及Python语言开发技术等，设计了 M V B仿真与检测系统。
该系统通过M V B通信协议的编码和解码功能，实现了对M V B多功能车辆总线的仿真；通过对总线波形的实时采集和数据分析，实现了对M V B多功能车辆总线的检测。
关键词：MVB;仿真；通信检测；主帧；端口中图分类号：U285.4M 文献标识码：BDOI：10. 13711/j. cnki. cn32 - 1836/u. 2021.02.020〇引言MVB(多功能车辆总线）作为列车通信网络(TCN)的一部分，负责一个车厢内设备或者一个固 定的车辆组内设备的数据通信。
具有实时性强、可靠性高、传输数据快和传输距离远等优点，目前在高 铁和地铁中的应用非常广泛m。
为了实现对多功能列车总线的状态监测、故障 诊断和一致性测试，以及在车载设备的研发和调试 过程中，模拟多功能列车总线的数据传输过程，设计 了一套系统，主要实现了以下功能：（1)MVB仿真发 送功能；（2)总线波形实时采集功能；（3)数据分析 功能；（4) Linux系统下Python控制程序设计。
1整体设计在MVB数据通信中，具有以下特征：通信传送 方式采用主从帧应答，帧发送方式采用周期性广播，帧标识符具有帧头和帧尾标识以识别帧的开始和结 束，帧编码采用曼彻斯特编码，数据传输速率为1.5 Mbit/s。
为了仿真MVB总线通信，需要仿真主站发 送主帧数据，仿真从站发送从帧数据，仿真接收主帧 数据和从帧数据。
通过对MVB通信总线波形的实收稿日期：2020 -05 -13作者简介：王健（1982 -),男.硕士研究生学历，高级工程师，从事 列车网络通信技术研究T.作。
mvb总线 阻抗
mvb总线阻抗摘要：1.MVB 总线的概述2.MVB 总线的特点3.MVB 总线的阻抗4.MVB 总线阻抗的应用5.总结正文：一、MVB 总线的概述MVB（Multifunction Vehicle Bus）总线是一种多用途车辆总线，主要用于汽车电子设备之间的通信。
它起初是由德国的Robert Bosch GmbH 公司开发的，目的是为了实现汽车电子设备之间的标准化通信。
MVB 总线具有高可靠性、高灵活性和高性能，因此在现代汽车中得到了广泛应用。
二、MVB 总线的特点1.高可靠性：MVB 总线采用了双绞线作为传输介质，能够有效抵抗电磁干扰，保证数据传输的可靠性。
2.高灵活性：MVB 总线支持多主控制器结构，各个控制器之间可以互相通信，方便系统扩展和升级。
3.高性能：MVB 总线的通信速率可以达到1Mbps，满足汽车电子设备之间实时、高速通信的需求。
三、MVB 总线的阻抗MVB 总线的阻抗是指其在通信过程中的电阻和电感之和。
阻抗的大小会影响到总线的通信性能，尤其是在高速通信时，阻抗过大会导致信号衰减，从而影响通信质量。
因此，在设计和使用MVB 总线时，需要考虑阻抗的影响。
四、MVB 总线阻抗的应用在实际应用中，MVB 总线阻抗的计算和匹配非常重要。
合理的阻抗匹配可以提高总线的通信质量，保证系统的稳定性。
在汽车电子设备的设计和制造过程中，需要根据MVB 总线的阻抗特性，选择合适的线材和连接器，以确保阻抗的匹配。
五、总结MVB 总线作为一种多用途车辆总线，具有高可靠性、高灵活性和高性能的特点，广泛应用于现代汽车电子设备之间。
在设计和使用MVB 总线时，需要充分考虑阻抗的影响，以保证系统的稳定性和通信质量。
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cable
Line_A
A.Term_P A.Term_N
6 7 8 9
5 9 4 8 3 7
s hields contacts cas e Line_B
B.Term_N B.Term_P 9 8 7 6 5 B1.Data_N 4 B1. Data_P 3 2 A1. Data_N Line_A 1 A1. Data_P Zt.B female Line_B
（1）设备端屏蔽需要接大地 （2）在不存在高压差的情况下，线缆屏蔽需要保持连贯 （3）在高压差场合，屏蔽可以不连贯，但需要注意EMC防护措施
EMD桩线要求
注意：Stub小于10cm
EMD连接器和端接
Connector_1 (male) Zt.A male 1 A1. Data_P Line_A 2 A1. Data_N 3 4 B1. Data_P 5 B1.Data_N Line_B
wired-or electrical media opto-electrical transceiv er
to other dev ice or star coupler
to other dev ice or star coupler
f ibre pair
Rack
ESD segment
dev ice
start bit
8
active state idle state
MVB帧结束间隔符
（1）EMD：“NL” + “NH”
（2）ESD，OGF：“NL”
MVB帧格式
主帧 9 bits 4 16 (33) MSD F 从帧 12
address
8 CS
MSD = Master Start Delimiter (9 bits) CS = Check Sequence (8 bits) F = F_code (4 bits)
MVB有效帧
（1）帧起始间隔符 （2）数据 + 校验码 （3）帧结束间隔符
MVB帧启始间隔符
Master Frame Delimiter：{Start Bit, "NH", "NL", "0", "NH, "NL", "0", "0", "0"} 0
start bit
1
2
3
4
5
6
7
8
active state idle state Slave Frame Delimiter：{Start Bit, "1", "1", "1", "NL, "NH", "1", "NL", "NH"} 0 1 2 3 4 5 6 7
M V B 拓 扑 结 构
ESD（电短距离）
device 1 terminator/ biasing +5V Ru (390) TxS RxS device 2.. n-1 TxS RxS device N TxS RxS terminator/ biasing +5V Ru (390) Rm (150 )
reserved reserved reserved all devices device device device device group device device Master_Transfer General_Event reserved reserved Message_Data Group_Event Single_Event Device_Status
16 9 (33) SSD 9 32 SSD (49) 9 64 SSD (81) 9 128 SSD (153) 9 256 SSD (297)
16 bits data
8 CS
SSD = Slave Start Delimiter (9 bits)
32 bits data
8 CS
64 bits data 64 bits data 8 CS 8 CS 64 bits data 8 CS
列车通信网络（TCN）拓扑
两级拓扑： （1）列车总线：WTB，ETB （2）车辆总线：MVB，CAN open，ECN
TCN分层结构
对应两类通信数据： （1）过程数据：短 小、周期性、实时 性要求高 （2）消息：较长、 突发性、实时性要 求不高
TCN通信介质分配
总线为半双工通信方式，通信时间划分为基本周期
MVB编码方式
data
clock frame 110 100010 111110 1
signal 0 123 45 67 8
9-bit Start Delimiter frame data 8-bit check sequence end delimiter
（1）异步通信 （2）曼切斯特（Manchester）编码：“0”，“1”， “NL”，“NH”
2 6 1
端接连接器
Connector_1 (female)
EMD设备电气参数要求
（1）插入损耗：<0.15dB
测试步骤： STEP1：不接设备，调节信号发生器幅度，使得接收端测量值为4Vpp STEP2：接上设备，记录设备上电和断电时接收端的信号幅值
（2）端接电阻：120欧±2%，相位角<0.087
selected device Master Master Master or monitor
MVB收发器冗余功能
（1）发送：同时向两个收发器发送相同的数 据，发送延时<0.1uS。由线路引起的延时<8uS
（2）接收：分为信任线和观察线，同时接收两 条线的数据，只使用信任线的数据，满足特定 条件（出现问题）时切换两条线
MVB报文时序
MVB线路传播延时
repeater master remotest data source repeater delay propagation delay (6 µs/km) max repeater delay repeater
t_ms
< 42,7µs
t_ms
t_source
t_s t_sm
Master >= 1devices single device >= 1devices single device single device
Master_Transfer Event_Identifier
Master Master
Message_Data Event_Identifier Event_Identifier Device_Status
repeater delay
distances
time
distance
T_reply = 2 x (6.0 x L + T_repeat_max x Nrep) + T_source_max
MVB帧间隔
（1）发送间隔
（2）接收间隔
MVB介质分配
（1）基本周期(T_bp)：1~2.5ms （2）T_spo：长度不固定，最短需保证一帧最长报文通信时间，最长 等于T_bp，默认为350uS （2）周期相：过程数据 （3）监视相：设备扫描，主权转移 （4）事件相：消息数据 （5）守护相：两个基本周期之间的缓冲
Data_P equipotential line Bus_GND
•••
Data_N
Rm (150 )
Rd (390 ) GND
Rd (390 )
segment length
特点：采用标准RS485，每段32个设备，每段距离<20m，采用隔离方式可延长距 离，菊花链拓扑
OGF（光纤）
Star Coupler
B2. Data_N B2. Data_P
A1. Data_N A1. Data_P
Line_A Line_B
Line_A Line_B
（1）两对线（wire）在同一股电缆（cable）中 （2）可应对单一故障：线路断裂、PIN脚接触故障、收发器故障。无法应对线缆 故障以及连接器未插好。
EMD线缆屏蔽措施
64 bits data
8 CS
64 bits data
8 64 bits 8 64 bits 8 CS data CS data CS
MVB校验码计算
步骤： （1）CRC校验：G(x) = x7 + x6 + x5 + x2 + 1
（2）偶校验 （3）取反
主帧功能码F_CODE
Master Frame F_code 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 address request source size 16 32 64 128 256 16 16 256 16 16 16 Slave Frame response destination logical Process_Data single device subscribed as source Process_Data (application -dependent) all devices subscribed as sink
EMD双线冗余
device
Bus_Controller
transceiver A
A.Data_P A.Data_N B.Data_P B.Data_N
transceiver B
1
Connector_1
A1
1
A1. Data_P A1. Data_N
B1
B2
A2
1
Connector_2
B1. Data_P B1. Data_N