列车网络控制系统
高速铁路列车信号控制系统设计与实现
高速铁路列车信号控制系统设计与实现现代社会里，交通运输对于人们的生活和经济发展都起着至关重要的作用。
高速铁路作为高效、便捷的交通工具，日益受到人们的青睐。
然而，高速铁路技术的发展和使用，离不开先进的信号控制系统。
本文将介绍高速铁路列车信号控制系统的设计和实现。
一、高速铁路列车信号控制系统的基本原理高速铁路列车信号控制系统，是将信号机、电子设备和列车设备整合在一起，以实现铁路的安全行车和高效运输。
信号控制系统信号的传递，以及传递的信息内容，是确保高速铁路行车安全的关键因素。
其作用是监测列车的行驶状态，包括列车的位置、速度、加速度等信息，通过电子信号向调度中心、信号机和列车司机发送，以保证铁路的行车安全和准确性。
二、高速铁路列车信号控制系统的构成和功能高速铁路列车信号控制系统由以下几大组成部分构成：1.信号机组成的信号设备系统2.电子装置和网络交换机构3.自动控制装置和配套设备4.列车设备及联锁设备以上四个部分的组成，共同构成高速铁路列车信号控制系统，并完成以下几大功能：1.实现列车运营控制和保护2.实现列车的运行管理和决策3.监测列车的实时运行状态4.快速反应和处理故障事件高速铁路列车信号控制系统的设计是基于先进技术和高可靠性的原则，通过不断的改进和优化，使其达到更高的性能和精度要求，以提高高速铁路的安全性和准确性。
三、高速铁路列车信号控制系统的实现方法高速铁路列车信号控制系统的实现方法有两种：手动和自动控制。
手动控制是通过列车司机的手动操纵，以完成列车的启动、停车、变速和控制等操作。
而自动控制则是通过电子装置和网络交换机构的实现，将列车的运行状态、位置和速度等信息，实时传递给调度中心和信号机等设施，以实现列车的智能化控制。
高速铁路列车信号控制系统的实现方法，需要考虑到系统的性能和可靠性，以及相关设备的精度和稳定性，以保障安全并提高列车的运营效率和准确性。
四、高速铁路列车信号控制系统的未来发展随着信息技术和人工智能的发展，高速铁路列车信号控制系统也将会不断升级和优化。
CTCS系统
CTCS是(Chinese Train Control System)的英文缩写，中文意为中国列车运行控制系统。
编辑本段ＣＴＣＳ概述CTCS系统有两个子系统，即车载子系统和地面子系统。
地面子系统可由以下部分组成：应答器、轨道电路、无线通信网络（GSM-R）、列车控制中心（TCT）/无线闭塞中心（RBC）。
其中GSM-R不属于CTCS设备，但是重要组成部分。
应答器是一种能向车载子系统发送报文信息的传输设备，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。
轨道电路具有轨道占用检查、沿轨道连续传送地车信息功能，应采用UM系列轨道电路或数字轨道电路。
无线通信网络（GSM-R）是用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息传输的车地通信系统。
列车控制中心是基于安全计算机的控制系统，它根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命令，并通过车地信息传输系统传输给车载子系统，保证列车控制中心管辖内列车的运行安全。
车载子系统可由以下部分组成：CTCS车载设备、无线系统车载模块。
CTCS车载设备是基于安全计算机的控制系统，通过与地面子系统交换信息来控制列车运行。
无线系统车载模块用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息交换。
编辑本段ＣＴＣＳ应用等级CTCS根据功能要求和设配置划分应用等级分，分为0~4级。
CTCS应用等级0(以下简称L0)：由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统。
CTCS应用等级1(以下简称L1)：由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。
CTCS应用等级2(以下简称L2)：是基于轨道传输信息并采用车-地一体化系统设计的列车运行控制系统。
可实现行指-联锁-列控一体化、区间-车站一体化、通信-信号一体化和机电一体化。
CTCS应用等级3(以下简称L3)：是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。
基于通信的列车控制系统CBTC..
无线系统包括： 1．轨旁无线设备(WLAN接入点和天线)提供完全的、连续的线路覆盖。它们通过
以太网交换机分别与A鸭总线(对列车自动防护系统)和旅客资讯系统接口链路 相连。轨旁无线设备室外有保证车辆与轨旁网络通信的接入点AP和天线，室 内有无线骨干网的交换机机柜与服务器机柜。 2．车载无线单元TU分别安装在列车的两头。-N车两头的无线单元通过车载设备 间的串行线相互连接。
二、CBTC系统组成
CBTC系统由列车自动监控（ATS）系统、数据通信系统（DCS）、区域 控器(ZC)、车载控制器(VOBC)及司机显示等组成。CBTS系统也可以分为列车 自动监督ATS系统、计算机联锁系统、列车自动防护系统以及无线系统。
三、CBTC各子系统介绍
➢ ATS系统 ➢ 计算机锁联 ➢ 列车自动防护系统 ➢ 列车自动运行 Nhomakorabea➢ 无线系统
车地无线通信系统结构
四、系统特点
CBTC的优越性体现在如下方面： 1 连续式和点式通信方式并存同一线路上，使用连续式通信方式的列车与使用
点式通信的列车可以共同运行。 连续式通信足使用无线进行轨旁和列车间通 信。配合连续通信通道．列车根据移动闭塞原理相111IJ隔，提供最d,Jd行间 隔，列车受ATP／ATO控制，构成移动闭塞。 点式通信则不依赖于无线通信通 道，而采用基于应答器的点式通信通道从轨旁向车t传输数据。配合点式通信 通道，列车根据固定闭塞原理相间隔，并受ATP／ATO控制，构成固定闭塞。 2 列车可以升、降级 列车实现定位以及收到相应的移动授权后，系统可以从 最低运行级别(联锁级)升级到较高控制级别(点式、同定式)或升级到更高性能 的等级(连续式通信、移动闭塞)。当连续式或点式通信级不能上E常工作时， 可以采用降级运行即联锁级．标准的色灯信譬系统提供全面的联锁州车防护。 该功能使得列车在站间自动闭塞模式上运营成为可能。
列车控制
运行图
调度中心 CTC
进路命令
轨道电路编码
应答器报文
控制
道岔 信号机
轨道电路
应答器
速度曲线
列控技术
车载设备构成
人机界面 轨道电路信息传输模块 应答器信息传输模块 车载安全计算机
雷达传感器 速度传感器
应答器天线
轨道电路天线
列控技术
列车模拟运行
列控技术 2. CTCS-2级列控系统
RBC（Radio Block Center）无线闭塞中心。 SBI （Service Brake Intervention limit）常用制动介入限 制。 EBI （The Emergency Brake Intervention limit）紧急制动 介入限制。 REL （Release Speed）缓解制动速度。 CSM （Ceiling Speed Monitoring Section）常数速度监视区。 TSM （Target Speed Monitoring Section）目标速度监视区。 SSP （Static Speed Profile）静态速度制限。 TSR （Temporary Speed Restriction）临时限速。 LMA （Limit of Movement Authority）列车停车界限。 MRSP （Most Restrictive Speed Profile）最低限速。
列控技术
列控系统技术体系
通过集成创新，形成了中国铁路独有的列控系 统CTCS技术体系。
CTCS-0级 CTCS-2级 CTCS-1级 CTCS-3级 CTCS-4级 既有线现状 既有线提速和250km/h客运专线 既有线改造 300km/h及以上客运专线 面向未来的列控系统
列车运行自动控制系统—CBTC系统
2. 区域控制器 ZC
ZC接收其控制范围内列车车载设备无线传输的所有列车位置 信息；根据联锁系统报告的信号设备状态信息及所辖区域内轨道 障碍物的位置，为向所辖区域内后续的所有列车计算各自的移动 授权。 ZC同时对线路的临时限速进行管理控制。 ZC还负责对相邻ZC的移动授权请求做出响应，完成列车从一 个区域到另一个区域的交接。
列车定位过程分为两个：列车位置初始化和列车位置信息更新。
➢列车根据检测到第一个无源定位信标作为列车初始位置， 其中检测是通过信标检测列车上的天线位置实现。然后根据 第二个检测的无源定位信标确定列车的行进方向。即列车根 据检测到的两个连续无源定位信标建立列车位置和方向。 ➢列车根据测速测距功能计算出的列车位移，在列车先前建 立的位置基础上持续更新位置。 ➢列车会根据后续检测到的无源定位信标更新校准列车位置。
2. ZC切换原理
当列车正常运行到达当前 受控ZC管辖边界时，如确 认列车满足切换条件，开始 与相邻管辖区的ZC进行信 息交互，当列车越过边界后 将尝试与相邻ZC建立控制 关系，并与运行出清的ZC 解除控制关系。
ZC只能授予列车在其辖 区内活动的权限。当列车 MA延伸到地面ATP边界时， ZC会请求相邻的ZC为该列 车计算MA。
HXD1C型电力机车网络控制系统
GWM/ERM/VCM 主要接口
4、车辆控制模块VCM 每节机车装有2个车辆控制模块VCM，位于机械间内， 车辆控制模块VCM通过多功能车辆总线MVB（ESD+）与其 他设备通信。 车辆控制模块VCM是TCMS的核心模块，具备如下功能： 1）车辆级过程控制：执行诸如牵引/ 制动控制、空电联 合控制、超速保护和空调顺序启动等一系列控制功能； 2）车辆总线管理：具有多功能车辆总线MVB的管理能力， 并且能够进行主权转移； 3）数据通信：与 TCMS 系统的其他设备及非TCMS的智 能设备的数据交换。
二、机车网络控制系统基础知识
4、名词解释
简称 AXM CCU DTECS DIM DXM BCU ERM IDU MVB 英文全称 Analog Input/Output Module Central Control Unit Distributed Train Electronic Control System Digital Input Module Digital Input/Output Module Brake Control Unit Event Record Module Intelligent Display Unit Multifunction Vehicle Bus 中文全称 模拟量输入输出模块 中央控制单元 分布式列车电子控制系统 数字量输入模块 数字量输入输出模块 制动控制单元 事件记录模块 智能显示单元 多功能车辆总线
数字量输入
通道数：24 逻辑“0”电压范围：0-49VDC 逻辑“1”电压范围：58-110VDC
智能显示装置IDU 每节机车装有2个智能显示装置IDU，分别位于2个司机 室内，智能显示装置IDU通过多功能车辆总线MVB（ESD+） 与其他设备通信。 智能显示装置IDU是列车控制和诊断系统TCMS的终端 设备，是司机和维护人员操作机车的窗口，
“复兴号”智能动车组网络控制系统简析
“复兴号”智能动车组网络控制系统简析摘要：随着动车组的飞速发展，复兴号动车组的网络系统尤其重要、直接影响复兴号动车组的行车安全及车辆性能。
本文主要介绍“复兴号”智能动车组网络控制系统的应用，为学习复兴号动车组的网络控制系统及故障排查系统依据。
关键词：智能动车组；网络控制；以太网Analysis of intelligent EMU automatic driving technologyAbstract：With the rapid development of EMU, the network control system of “Fuxing”EMU is particularly important, which directlyaffects the driving safety and vehicle performance of Fuxing EMU. This paper mainly introduces the application of the network control systemof the "Fuxing" intelligent EMU, which is the basis for learning the network control system and the troubleshooting system of the Fuxing EMU.Keyword:Intelligent EMUs; Network control; Ethernet引言近几年来，随着科学技术的发展，中国标准动车组的发展日益纯熟，中国标准动车组对网络控制系统的要求也越来越高。
吸收了国外高速动车组的制动技术，依次完成了时速250公里、时速350公里、时速400公里动车组制动系统的应用，为高速动车组提供了完善、有效、可靠的网络控制系统。
1 概述“复兴号”智能动车组，按照动力单元设置网段。
动车组列车控制管理系统简述
摘要：介绍了动车组列车控制管理系统的基本构成以及主要功能，阐述了动车组列车控制管理系统的冗余设计要点，为动车组列车控制管理系统设计提供了参考。
关键词：动车组；列车控制管理系统；TC CCU；TDS CCU引言列车控制管理系统（TCMS）是用于控制、监督和管理列车及各子系统的分布式电脑系统，可直接或间接地通过离散的输入输出单元（MIO）监控随车系统以及与列车通信网络连接的子系统。
TCMS系统由带车辆控制应用软件的智能硬件装置组成，它通过列车控制网络（TCN）实施控制和监管功能；TCMS系统为列车及其子系统主要提供以下功能：网络通信功能、控制功能、监测功能、诊断功能、可视化功能、远程数据传输功能。
TCMS系统网络控制如图1所示。
TCMS系统的优势：（1）可以降低动车运行成本；（2）系统整合容易，安装简单，可以快速被动车组工作人员所掌握；（3）系统所用材料少；（4）动车组可以根据运行需求，进行TCMS系统功能的变更与添加，提高了动车组运行操作的便捷性；（5）重量轻；（6）系统可靠性强，可保障动车组的安全运行。
TC CCU（控制系统）和TDS CCU（诊断系统）是TCMS系统的重要组成部分，二者可以根据不同的设计需求设计不同的系统功能，TC CCU是负责控制列车运行中各种数据的系统，既负责整合车辆车载设备信息，又控制动车组各系统的运行模式。
TDS CCU对动车组各系统的运行进行监控，并进行系统故障诊断，提高了动车组运行的可靠性、安全性，保障了动车组列车运行的稳定性。
TC CCU和TDS CCU具有平台分割机制，可以为动车组提供安全保障、操作保障与舒适度保障。
安全保障是指TC CCU和TDS CCU可以提高整个动车运行安全水平，例如通过控制或监视功能，对动车组的运行进行控制与监视，保障动车组的安全运行。
操作保障是指通过控制功能、车载设备监视功能以及相关的辅助功能，保障动车组操作的科学化与便捷化。
舒适度保障是指在有需要时通过控制车辆所有非关键功能、车辆诊断功能、车载车辆管理功能以及相关辅助功能，为动车组运行提供更多的便利，提升乘客的舒适度。
CRH2网络系统结构
10～80％（无凝结）
30～90％（无凝结）
3
耐振性
JIS-E4031 1种B
4
电源（DC100V）
70～110V(DC100V)
70～110V(DC100V)
5
绝缘电阻
10MΩ以上（用500V兆欧表测量DC100V输入端子与大地间）
20MΩ以上（用500V兆欧表测量充电部与大地之间）
6
绝缘强度
AC1200V、50／60Hz、1分钟
列车信息控制系统适用以下工作环境。
表12-4列车信息控制系统工作环境
序号
装置
项目
列车信息中央装置
列车信息终端装置
列车监控显示器
IC卡读卡器
车内信息显示器
1
环境
温度
性能保证
0～40℃（时间日历功能10～40℃）
动作保证
-25～45℃
-5～40℃
0～50℃
储存保证
-25～60℃
2
相对湿度
10～90％（无凝结）
中央装置：由输入输出连接器、电路板、后板、架子构成。
（2）终端装置(型号：MS-A941-G1、-G2)
终端装置：由输入输出连接器、电路板、后板、架子构成。
有AIN底座的终端装置型号为MS-A941-G1、没有AIN底座的型号为MS-A941-G2。
（3）列车监控显示器(型号：MS-A942)
动车组网络控制系统及技术分析
动车组网络控制系统及技术分析摘要：动车组的网络控制系统相当于人的大脑和神经，它在保证列车的行车安全、可靠性、舒适性方面具有至关重要的作用。
为了给相关产品的网络控制系统设计提供借鉴，通过梳理中车已有典型动车组产品的网络控制系统，提取共性特征，总结归纳了动车组网络控制系统的组成、系统功能、拓扑功能、主要参数等内容。
同时，乘客需求的提升以及轨道交通装备技术的不断升级，对动车组在速度、舒适性、智能化等方面提出了更高要求，为了明确动车组列车网络控制系统的发展方向，通过查询专利文献等途径，得出动车组网络控制系统新技术研究多集中在多网融合、列车冗余优化设计、列车自动驾驶、无线通信等方向，可以为轨道交通技术特别是网络控制系统技术的相关研究提供参考。
关键词：动车组；网络控制系统；多网融合；轨道交通技术引言动车组的控制、监测与诊断系统（简称ＴＣＭＳ）是车载分布式的计算机网络系统，承担动车组牵引及制动控制等指令的传输，同时对列车上的主要设备进行状态监测，并具有故障诊断及故障记录功能。
信息通过车载网络进行传输，从而减轻了列车重量并提高了系统可靠性。
该系统能够给司乘人员提供操作指导，并给维修人员提供技术支持。
本文总结中车已有典型动车组产品的网络控制系统技术，提取共性要素，对动车组的网络控制系统进行简单介绍。
1动车组网络控制系统组成网络控制系统组成主要有：主处理单元／网关单元（ＣＣＵ／ＧＷ）、主控／网关／事件记录仪单元（ＣＣＵ／ＧＷ／ＥＲＭ）、远程输入输出单元（ＲＩＯＭ）、二层网管型以太网交换机（ＣＳ）、三层网管型交换机（ＥＴＢ）、人机交互单元（ＨＭＩ）、接口网关单元（ＥＣＮ／ＭＶＢ／Ｌｏｎｗｏｒｋｓ）。
1.1主处理单元主处理单元主要负责列车控制、监视和故障诊断的功能。
所有列车网络控制系统的子系统都通过车辆总线与主处理单元进行通信，交换数据。
主处理单元根据所连接车辆总线的不同分为牵引主处理单元和舒适主处理单元，其中牵引主处理单元（ＭＰＵ－ＬＴ）连接到ＭＶＢ信号线和ＭＶＢ牵引线，用于牵引、辅助和制动等列车运行相关系统的控制、监视和故障诊断，而舒适主处理单元（ＭＰＵ－ＬＣ）连接到ＭＶＢ信号线、ＭＶＢ舒适线和ＣＡＮ总线上，用于空调、厕所、塞拉门等其他辅助系统的控制、监视和故障诊断。
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2014届毕业设计任务书列车网络控制系统分析及故障排除专业系轨道交通系班级城轨车辆 111班学生姓名赵蒙指导老师陶艳完成日期2014届毕业设计任务书一、课题名称：城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除二、指导老师：陶燕三、设计内容与要求：1、课题概述:随着电力电子技术的发展，电力牵引交流传动系统逐步替代了早期的直流牵引传动系统，在轨道交通领域得到了广泛应用，成为铁路实现高速和重载运输的唯一选择和主要发展方向。
而交流传动控制系统是交传机车和电动车组的核心部件，是列车运行的神经中枢系统。
分析该系统的工作原理，掌握常见故障的处理方法有着非常重要的现实意义。
本课题主要分析电力牵引交流传动控制系统的组成结构及各组成部件的主要功能原理，以及常见的交流传动控制技术；分析系统常见的故障现象及应急处理方法。
2、设计内容与要求：（1）设计内容本课题下设3个子课题：①CRH动车组交流传动控制系统的分析及故障排除②HXD交传机车传动控制系统的分析及故障排除③城轨车辆交流传动控制系统的分析及故障排除每个子课题设计的主要内容可包括：a.电力牵引交流传动控制系统的发展历史及现状分析b.电力牵引交流传动控制系统的组成结构分析c.电力牵引交流传动控制系统主要组成部件功能和原理分析d.各种交流传动控制技术的对比和分析e.电力牵引交流传动控制系统的常见故障排除f.结论（2）要求a.通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息；b.能够灵活运用《电力电子技术》、《交流调速技术》、《CRH动车组》《HXD型电力机车》等基础和专业课程的知识来分析电力机车交流传动控制系统。
c.要求学生有一定的电力电子，轨道交通专业基础。
四、设计参考书1、《现代变流技术与电气传动》2、《电力牵引交流传动与控制》3、《CRH2动车组》、《CRH3动车组》4、《HXD1型电力机车》5、《HXD2型电力机车》6、《HXD3型电力机车》五、设计说明书内容1、封面2、目录3、内容摘要(200-400字左右，中英文)4、引言5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说明及特点）6、结束语7、附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、设计进程安排第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。
第2-3周：设计要求说明及课题内容辅导。
第4－7周：进行毕业设计，完成初稿。
第7-10周：第一次检查，了解设计完成情况。
第11周：第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。
第12周：毕业答辩与综合成绩评定。
七、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求（1）答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。
（2）学生答辩时，自述部分内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
（3）答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。
2、毕业设计论文要求文字要求：说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。
文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。
3、图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。
4、曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
摘要随着列车运行速度的提高,列车网络控制系统具有越来越重要的意义。
同时,列车网络控制系统是城轨车辆关键技术之一,因此建立可靠安全的车载通信网络是十分必要的。
论文首先分析了列车网络控制系统的体系结构,功能模块及车载通信网络的拓扑结构、传输信息等。
接着介绍了IEC-61375标准,即列车通信网络(TCN)标准是IEC联合UIC经过十年的工作采用了一个用于规范车载设备数据通信的标准。
介绍了TCN网络的基本结构、实时协议、数据传输及介质访问方式。
并详细讨论了WTB和MVB总线的物理层、报文、介质访问及链路层控制。
其次分析比较了CRH型动车组通信网络,并总结出了各自的优势。
最后介绍了地铁网络可能出现的故障，并加以分析。
关键词：CRH型动车组通信网络控制系统故障排除ABSTRACTWith the development of power electronic technology, electric traction drive system gradually took the place of early DC traction drive system, in the city rail transportation has been applied extensively, become the orbit traffic to achieve high speed and heavy haul transportation only option and the main direction of development. The AC drive control system of city rail electric traction drive control is a core component of the system, is the city rail train in the central nervous system. Through the analysis of urban rail vehicle traction control system structure and principle, to grasp the common breakdown processing method has a very important practical significance.The main topic of city railway vehicle AC drive control system in electric traction components and each component is the main function principle, train network control system is introduced as well as the common AC drive control technology, analyzes the common faults and emergency treatment method. And look forward to direction of AC drive technology of China's urban rail vehicle equipment manufacturing industry development prospect.Key words:Urban rail vehicle Electric traction AC drive Control system Troubleshooting目录2014届毕业设计任务书 ..................................目录.........................................................第１章列车网络控制系统的发展历史及现状分析.................................................TCN列车网络的现状................................第二章几种典型的列车网络控制系统介绍..........................SIBAS系统................................................MITRAC.系统...............................................AGATE系统................................................第三章常见的列车网络通信标准..................................现场总线..................................................TCN列车通信网络..........................................工业以太网................................................第4章CRH型动车组网络控制系统结构.............................CRH1动车组网络控制系统...................................CRH2动车组网络控制系统...................................CRH3动车组网络控制系统...................................CRH5动车组网络控制系统...................................CRH型动车组网络控制系统对比.............................. 第5章列车网络控制系统常见故障................................动车组网络控制系统的冗余设计..............................故障对策..................................................技术诊断..................................................运行性能安全监测系统...................................... 第6章结论.................................................... 心得体会....................................................... 参考文献.......................................................第１章列车网络控制系统的发展历史及现状分析列车网络控制系统的概念网络控制系统又被称为基于网络的控制系统，它是一种完全网络化、分布化的控制系统，是通过网络构成闭环的反馈控制系统狭义的网络控制系统是以网络为基础，实现传感器、控制器和执行器等系统各部件之间的信息交换，从而实现资源共享、远程检测与控制。