1,列車通信網(wǎng)絡(luò)Train_Communication_Network，TCN,2,定義列車網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu),3,列車網(wǎng)絡(luò)提供的服務內(nèi)容,兩條總線在鏈路層都提供了以下相同的兩種服務：過程數(shù)據(jù)傳輸：輪詢式的，源尋址的廣播數(shù)據(jù)；消息數(shù)據(jù)傳輸：按需求的，目的尋址的數(shù)據(jù)報。在更高層，實時協(xié)議提供了兩種與總線無關(guān)的應用服務：變量（分布式過程數(shù)據(jù)庫）；消息集（呼叫/應答消息或多播消息）。網(wǎng)絡(luò)管理支持配置、維護和操作。一套一致性測試的方針使得設(shè)備能夠協(xié)調(diào)工作。,4,數(shù)據(jù)分類,列車通信網(wǎng)絡(luò)將傳輸兩類數(shù)據(jù)：短而緊迫的過程變量(Process_Variables)（如用于牽引控制）；不太緊迫，但可能較長的消息變量（如用于診斷）。,5,列車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN)的主要作用,連接車廂內(nèi)的可編程設(shè)備，以便于實現(xiàn)：機車、車廂和列車控制；遠程故障診斷和維護；旅客信息服務。,6,列車通信網(wǎng)絡(luò)的特點,工作環(huán)境惡劣，可靠性要求高；控制操作實時性（時間確定性）要求高；列車組成的動態(tài)性；,7,國際標準及我國鐵路標準,IEC-61375-1TCN（本課程主要介紹內(nèi)容）；IEEE1473TCN/LonworksTB/T3035-2002實際應用還有：FSK、HART、WorldFIP、HDLC等,8,IEEE1473允許協(xié)議設(shè)計組合,9,TB/T30352002允許協(xié)議設(shè)計組合,10,西門子公司TCN之產(chǎn)品,SiemensAG與德國Adtranz一起生產(chǎn)牽引電氣設(shè)備。西門子生產(chǎn)的列車通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要是基于其車載微機SIBAS/SIBAS32系統(tǒng)的WTB和MVB的網(wǎng)卡和輸入輸出接口卡。,11,杜岡公司(duagonGmbH)產(chǎn)品,12,優(yōu)尼康公司（UniControls）產(chǎn)品,捷克一家從事運輸及能源系統(tǒng)開發(fā)生產(chǎn)的公司。在列車通信網(wǎng)絡(luò)方面的產(chǎn)品有：車載微機、WTB總線網(wǎng)關(guān)。,13,TCN的優(yōu)缺點,優(yōu)點：TCN的功能齊全已經(jīng)成為鐵標有一定國內(nèi)應用的前例TCN的不足：WTB協(xié)議復雜TCN產(chǎn)品市場小，價格昂貴,14,TCN的主要內(nèi)容如下表,15,16,拓撲結(jié)構(gòu),列車通信網(wǎng)絡(luò)基于以下的兩層結(jié)構(gòu)：將不同車廂內(nèi)的節(jié)點連接起來的列車總線；將同一車廂內(nèi)的設(shè)備連接起來的車廂總線。,17,列車總線WTB,列車總線用于連接不同組成的列車中的各個車廂：列車總線支持UIC556規(guī)定的列車組成，總線傳輸距離可達860米(22個車廂)。列車總線至少可以容納32個節(jié)點。分配給列車總線節(jié)點一個位置地址，可識別方向（左/右、前/后），及其它節(jié)點的位置。多個車廂連掛時，列車總線自動運轉(zhuǎn)（初運行）。列車總線可承受大約每小時一次的車廂連掛及解掛操作。為使總線在節(jié)點故障時仍可工作，事先把各節(jié)點編號和類型通知給所有的應用，以便證實列車組成的完整性。當車廂數(shù)目改變或在總線上進行添加、移除設(shè)備時，不需手動干預列車總線也能繼續(xù)工作。列車總線使用專用介質(zhì)。UIC電纜或EP電纜（電氣制動電纜）的要求。,18,車廂總線MVB,車廂總線用于將一個車廂內(nèi)或不可分的車廂組內(nèi)的設(shè)備連接起來：車廂總線允許設(shè)備的安裝間距在200米以內(nèi)；車廂總線至少支持256個設(shè)備；車廂總線在最差情況下的響應時間低于16ms；,19,MVB物理層,MVB提供三種不同的物理介質(zhì)，它們以相同速率運行：電短距離介質(zhì)傳送距離20米，使用標準的RS-485收發(fā)器，每段最多支持32個設(shè)備。電中距離介質(zhì)傳送距離200米，每段最多支持32個設(shè)備，屏蔽雙絞線，變壓器隔離；光學玻璃纖維介質(zhì)，星型連接或點到點方式下最大距離2000米。,20,電短距離介質(zhì)ESD,該介質(zhì)使用RS-485收發(fā)器，基于基本的差分傳輸。無需在發(fā)送器和收發(fā)器之間電隔離。適用于位于密閉機箱里的底板總線之間的通信。ESD布線拓撲如下圖。,21,ESD端接器接線,22,ESD連接器布置,23,ESD端接器的連接器布置,24,ESD信號波形幀開始示例,25,ESD的發(fā)送器,發(fā)送器應ISO8482（RS-485）標準，約束條件為：a）當驅(qū)動一個并聯(lián)電容為50.0PF的54.0負載時，信號的上升時間(10%90%)應小于0.03BT(20ns,1.5Mbit/s)。b）發(fā)送器以兩種有源電平提供低阻抗差動電壓源：高電平，此時電壓差(Up-Un)在以下范圍內(nèi)：+1.5V(Up-Un)-5.0V，驅(qū)動為54,0阻性負載時；-1.5V(Up-Un)-6.0V，無負載時。注：本規(guī)范比ISO8482更嚴格，在選擇商用收發(fā)器時必須留心。IEC61158-2的收發(fā)器能夠滿足本規(guī)范。,26,ESD的接收器,接收器遵循ISO8482(RS-485)標準，約束條件為：a）根據(jù)不同的線路電壓，接收器在其RxS輸出上產(chǎn)生兩種不同的電平：當線路朝高電平驅(qū)動，如果電壓差(Up-Un)大于+0.200V，則為高電平。當線路朝低電平驅(qū)動或線路無驅(qū)動只有偏壓存在時，如果電壓差(Up-Un)小于-0.200V，則為低電平。b）接收器至少應有0.050V的滯后，但不能大于0.200V。c）接收器在有RS-485規(guī)定的相對于Bus_GND線的共模電壓存在時，應能正確工作。,27,ESD拓撲,28,電中距離介質(zhì)EMD,在封閉的列車系統(tǒng)中，MVB可以跨越幾個車廂。在這種應用中可采用電中距離介質(zhì)，每段最大可以達到200米，約4個車廂。用于連接不解掛的車廂組合。,29,EMD傳輸介質(zhì),采用雙絞屏蔽線，屏蔽方式如圖；收發(fā)器與傳輸介質(zhì)之間采用變壓器隔離。,30,收發(fā)器與傳輸介質(zhì)的連接,31,設(shè)備與EMD的雙線連接(冗余),32,EMD連接器的布置,33,EMD幀起始示例,34,光纖介質(zhì)連接,光纖介質(zhì)由一對構(gòu)成全雙工點對點連接的光纖組成。光介質(zhì)被推薦用于高電磁噪音的區(qū)域，例如機車。,35,拓撲結(jié)構(gòu),電介質(zhì)采用總線拓撲結(jié)構(gòu)，而光介質(zhì)通常采用星型拓撲。,36,MVB總線段連接(混合拓撲結(jié)構(gòu)),37,總線控制器（Bus_Controller）,總線控制器用途：控制總線的訪問；通過發(fā)送器和接收器附掛到兩條冗余總線；包含編碼器/譯碼器和通信存儲（Traffic_Store）控制邏輯；譯碼到達幀并尋址通信存儲。,38,端口與通信存儲器,通信存儲器設(shè)立目的端口分為兩類邏輯端口物理端口通信存儲器的組成通信存儲器的訪問者,39,MVB信號編碼,MVB速率：1.5MB/s。數(shù)據(jù)采用曼切斯特編碼。數(shù)據(jù)位編碼如圖,40,MVB信號編碼,非數(shù)據(jù)符編碼NH和NLa）一個“NH”的編碼在整個位單元為HIGH；b）一個“NL”的編碼在整個位單元為LOW。,41,MVB幀起始定界符,幀數(shù)據(jù)以9-bit幀源定界符開頭主設(shè)備幀起始符MSD(MasterStartDelimiter)從設(shè)備幀起始符SSD(SlaveStartDelimiter),42,MVB幀結(jié)束分界符,當介質(zhì)為ESD時，添加一個“NL”編碼，并停止發(fā)送；當介質(zhì)為EMD時，在“NL”編碼之后添加一個“NH”編碼，并停止發(fā)送（如下圖所示）；當介質(zhì)為光纖時，添加一個“NL”編碼，并停止發(fā)送。,43,MVB信號傳輸,以9-bit幀Start_Delimiter（源定界符）打頭，以8-bitCheck_Sequence（校驗序列）結(jié)束,44,介質(zhì)冗余,45,光纖介質(zhì)冗余,46,主設(shè)備權(quán)的轉(zhuǎn)移,令牌傳送算法：,47,MVB鏈路層,一次傳輸包括兩種類型幀：主設(shè)備幀（Master_Frame），只由總線主設(shè)備生成；從設(shè)備幀（Slave_Frame），由從設(shè)備在響應主設(shè)備幀時發(fā)送。一個主設(shè)備幀及相應從設(shè)備幀共同形成一個報文：,48,報文類型,MVB中有16種報文，由主設(shè)備幀中的F_code區(qū)分。,49,Process_Data（過程數(shù)據(jù)）報文,對F_code0.4和Logical_Address的Master_Frame進行響應的Process_Data,50,MVB幀長度,51,Message_Data（消息數(shù)據(jù)）報文,Message_Data是對包含F(xiàn)_code12和設(shè)備地址的Master_Frame的響應，其長度固定為256bits。Message_Data包含一個供所有設(shè)備譯碼的12-bit目的地址。,52,監(jiān)督數(shù)據(jù)(Supervisory_Data)報文,Supervisory_Data幀是對F_code8、9、13、14或15的Master_Frame的響應。其長度總是16bits。,53,MVB介質(zhì)分配（MAC）,MVB由單個主設(shè)備控制，該設(shè)備是能發(fā)送Master_Frames（主設(shè)備幀）的唯一設(shè)備，所有其它的設(shè)備都是從設(shè)備，他們不能自發(fā)發(fā)送。在持續(xù)幾秒鐘的一輪期間，可能有幾個設(shè)備Bus_Administrators（總線管理器）能夠成為主設(shè)備，但一次只能一個成為主設(shè)備。主設(shè)備可位于總線的任意位置。主設(shè)備按照某種預定順序（策略）對端口進行周期性的輪詢（Polling）。,54,MVB介質(zhì)分配,基本周期、周期相、偶發(fā)相；過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)；主設(shè)備輪詢：源尋址廣播；,55,MVB介質(zhì)分配,過程數(shù)據(jù)：根據(jù)所傳送數(shù)據(jù)的需要安排訪問時間間隔。時間間隔以基本周期為單位，按2n關(guān)系統(tǒng)一部署。,56,MVB介質(zhì)分配,57,HDLC數(shù)據(jù)幀格式,起始標志要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊結(jié)束標志0111111000010110011011101111110包括起始和終止標志的信息塊稱為HDLC的“數(shù)據(jù)幀”。起始和終止標志采用相同的幀間隔符“01111110”，即在HDLC規(guī)程中，幀與幀之間用“01111110”所分隔，“幀”構(gòu)成了通信雙方交換的最小單位。,58,“0”比特插入法,為保證幀間隔符“01111110”的唯一性和幀內(nèi)數(shù)據(jù)的透明性，保證A（地址字段）、C（控制字段）、I（信息字段）、FCS（幀校驗序列）中不出現(xiàn)01111110的位模式，HDLC采用了0位插入法。發(fā)送端發(fā)送“01111110”后，開始數(shù)據(jù)發(fā)送，并在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，檢查發(fā)送的位流，一旦發(fā)現(xiàn)連續(xù)的5個1，則自動在其后插(附)上1個0，并繼續(xù)傳輸后繼的位流；數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，追加幀間隔符“01111110”。接收端識別出幀間隔符“01111110”之后，啟動接收過程；若識別出連續(xù)5個1和1個0，則自動丟棄該0，以恢復原來的位流；若識別出連續(xù)的6個1，表示數(shù)據(jù)結(jié)束，該數(shù)據(jù)幀接收完成。,59,HDLC數(shù)據(jù)傳輸模式,正常響應模式(NRM)：主站具有選擇、輪詢從站的能力，并可向從站發(fā)送命令或數(shù)據(jù)；從站只有在主站詢問時才能作為響應傳輸數(shù)據(jù)；異步響應模式(ARM)：主站具有初始鏈路，差錯校驗和邏輯拆鏈功能；從站可以主動傳輸數(shù)據(jù)；異步平衡模式(ABM)：任一組合站（兼有主、從站功能的站）均可控制鏈路，主動傳送數(shù)據(jù)。,60,HDLC控制字段格式,61,HDLC控制字段_信息幀(I),用于傳輸用戶數(shù)據(jù)，其控制字段的第0位規(guī)定為0；Ns（發(fā)送幀序號）：說明本幀對應的幀序號（采用模8計數(shù)），發(fā)送端可以不必等待確認，而連續(xù)地發(fā)送若干幀（不超過8幀），每發(fā)一幀，Ns模8計數(shù)一次；P/F（查詢/終止指示符）：對于不同的傳輸模式，該位具有不同的含義。當采用ARM和ABM傳輸模式時，P=1要求對方立即予以響應，并在響應中置F=1。無論使用何種傳輸模式，P/F總是一一對應的，在接到F=1的幀之前，不允許再發(fā)P=1的幀；Nr（待收幀序號）：說明希望接收對方幀的序號（采用模8計數(shù)），Nr隱含指示該序號之前的所有幀已被正確接收；,62,HDLC控制字段_監(jiān)控幀（S）,用于表示接收狀態(tài)，其控制字段的第0、1位規(guī)定為“10”；第2、3位表示了四種類型的監(jiān)控幀。Type=00,接收準備就緒(RR)，發(fā)送該RR監(jiān)控幀的一方準備接收編號為Nr的幀；Type=10,未準備就緒(RNR)，發(fā)送該RNR監(jiān)控幀的一方說明已經(jīng)收妥Nr以前的所有幀，但希望對方暫緩發(fā)送Nr幀；Type=01,拒絕接收(REJ)，發(fā)送該REJ監(jiān)控幀的一方說明已經(jīng)收妥Nr以前的所有幀，但編號為Nr的幀有差錯，希望對方重發(fā)編號為Nr及其以后的所有幀；Type=11,選擇接收(SREJ)，該幀的含義類似REJ監(jiān)控幀，但希望對方僅僅重發(fā)第Nr幀。,63,HDLC控制字段_無編號幀(U),用于命令的傳輸（建立/拆除鏈路）等；控制字段的第0、1位規(guī)定為“11”，第23位（M1）和第57位（M2）表示U幀的類型。M(M1M2)=11100(SABM)，某一組合站置本次鏈路為異步平衡模式；M(M1M2)=00010(DISC)，主站請求釋放(拆除)本次鏈路；M(M1M2)=00110(UA)，從站對主站命令的確認，類似BSC中的ACK；M(M1M2)=10001(CMDR)，從站對主站命令的否認，類似BSC中的NAK；,64,絞線式列車總線（Wire_Train_Bus，WTB）,65,WTB總線拓撲,66,WTB物理層,WTB采用屏蔽雙絞線，要求有較高的機械連接性能。使用該種介質(zhì)可以達到1Mbit/s通信速率，長度為860m，對應22節(jié)26m長的UIC列車?？蛇B接至少32個節(jié)點；MVB采用曼徹斯特編碼，每一數(shù)據(jù)位碼元中間都有跳變，從高到低的跳變（負跳變）表示1，正跳變則表示0。,67,WTB介質(zhì)附掛單元,介質(zhì)附掛單元有兩個收發(fā)器,一個方向上一個。收發(fā)器使用變壓器實現(xiàn)與外部導線的電隔離，并附掛到曼切斯特編碼/譯碼器上。,68,WTB介質(zhì)冗余,69,WTB信