24
列车网络控制技术
（五）WTB列车初运行
1．一个列车内的初运行
25
列车网络控制技术
（五）WTB列车初运行
1．一个列车内的初运行
列车总线主设备的选择取决于应用。通常列车司机通过某种方法， 比如插入一把钥匙，来选择司机室内的节点作为主设备，这个节点的编 号为01，并最终由它控制总线。 主设备通过交替地向每个方向发检测请求帧来确定启动初运行，下 一个从设备将会检测到主设备发出的帧，并用一个检测响应帧作为回 答，指明自己是一个没被命名的从设备（图3-11）。
23
列车网络控制技术
（四）WTB列车初运行
1．一个列车内的初运行
列车总线主设备控制WTB的配置，当列车的组成改变时，即车厢被 连挂或解挂时，主设备重新组织总线，这个过程叫做列车初运行。 在初运行时，所有节点接收到一个唯一的标识它们在列车中的位置 的地址,节点还必须能确定列车的定向，以便区分左右，例如门控制。 在初运行结束时，所有节点都知道新的构形，并且总线进入常规操作。 在初运行过程中，节点和网络线段从电气上连接起来，形成一条两 端都有终端连接器的单一总线。初始时，如果一个节点未被命名，它的 介质连接装置便通过打开总线开关，同时在与之相连的每段的末端插入 一个终端连接器的方法，把总线断开。介质连接装置的两个信道监听总 线，每个信道监听一个方向（一个没命名的从设备不能发送帧）。
9
列车网络控制技术
一、列车通信网的体系结构
WTB 组态 介质 设计长度 数据速率 编码 帧长度 帕格式 支持设备 地址 基本周期 冗余 总线管理 介质访问 链路服务 协议 应用接口 根据列车编组在线自动组态 双绞线 860 m 1.0Mbps 曼彻斯特码+分界符 最大1024位 HDLC 最多32个节点 相对的，在组态时在线分配 25ms 物理层双份冗余 总线由一个主设备控制，支持总线主设备冗余 周期性的过程数据，偶发的消息数据，随机的监管数据 源地址广播（过程数据），连接的目的地址数据报文（消息数据） 分布式数据库（过程数据） 网络层、传输层和会话层协议（消息数据） 统一的数据类型 过程变量（过程数据），远程调用处理（消息数据） 总线成员事先确定 总线母板，双绞线, 光纤 20m(无隔离),200m(有隔离),2000m（光纤） 1.5Mbps 曼彻斯特码+分界符 最大256位 TC57 最多4096个节点 事先确定 最小1ms MVB
三、绞式列车总线WTB（Wired Train Bus）
（二）WTB帧
所有的帧符合同一编码方式，遵循HDLC（ISO/IEC3309）标准。帧 格式如图3-7所示：
22
列车网络控制技术
三、绞式列车总线WTB（Wired Train Bus）
(三) WTB 报文
每次通信均由主节点建立，被选择的从节点对主节点的命令帧回复 应答帧。图3-8为一报文时序图，包含一主节点命令帧和一丛节点的应 答帧。
4
列车网络控制技术
列车通信网的结构：
5
列车网络控制技术
列车通信网的结构：
图中给出了三节的结构，其中，车厢中从站及智能设备的数量因 要求不同而有差别。 列车总线与车辆总线是两个独立的通信子网, 而且有不同的通信协 议。节点就是进行协议转换的网关。 一般有动力装置的车厢（动车或机车）内的节点称为主节点 （Master Node），无动力装置的车厢为的节点称为从节点（Slave Node）。每一列车在运行中必须有一个且只能有一个控制总线工作的 节点，称为控制节点。正常情况下以前导车的主节点为主控节点。主 控节点管理列车总线的运行，必要的时候主控节点可以切换。 车辆总线的运作由各车厢的节点来管理。
6
列车网络控制技术
一、列车通信网的体系结构
列车通信网的结构应遵循ISO/OSI 7层模型。列车通信网络作为局 域网，节点功能固定，故只涉及了网络中的上下两层和应用层。其中数 据链路层在应用于局域网时分成了两个子层：逻辑链路控制LLC （Logic Link Control）子层和介质存取控制MAC（Medium Access Control）子层。 MAC子层处理局域网中各站对通信介质的争用问题，对于不同的 网络拓扑结构可以采用不同的MAC方法；而LLC子层屏蔽各种MAC子 层的具体实现，将其改造成为统一的LLC界面，从而向网络层提供一致 的服务。 列车通信网上的实时性、可靠性及网络构成的实用性要求比较高。
13
列车网络控制技术
二、多功能车辆总线 MVB（Multifunction Vehicle Bus）
（一） MVB物理层
MVB提供三种通信介质，工作速率相同。 1．标准的RS-485收发器，距离20m，最多连接32个设备； 2．IEC61158-2规定的变压器及电气隔离收发器，采用屏蔽双绞 线，距离200m，最多32个设备； 3．光纤，距离2000m，点对点连接或星形连接。 MVB上连接的设备都有一总线控制器，设备通过它来控制总线访 问。 MVB采用曼彻斯特编码，每一数据位码元中间都有跳变，从高到低 的跳变（负跳变）表示‘1’，正跳变则表示‘0’。
10
列车网络控制技术
二、多功能车辆总线 MVB（Multifunction Vehicle Bus）
MVB总线用于连接位于同一节车辆内或不同车辆内的标准设备， 构成一列车通信网。标准设备包括可编程设备和智能传感器和执行器。 MVB可以连接4096个设备，不同设备分配不同地址。其中256个站 具有消息传送能力。
2
列车网络控制技术
第一节 TCN（列车通信网络）
3
列车网络控制技术
TCN（列车通信网络）于1999年6 月正式成为国际标准，
即IEC61735。该标准对列车通信网络的总体结构、连接各车辆 的列车总线、连接车辆内部各智能设备的车辆总线及过程数据等 内容进行了详细的规定。 它分为上、下两层，上层为列车总线，下层为车辆总线。 列车总线由各个车厢内固定安装的物理传输介质（双绞线或 同轴电缆）通过车厢之间的互连而构成。每个车厢内设一个通信 节点，列车总线通过节点与车辆总线相连。 车辆总线分别设置在各节车厢内，连接该节车厢的各个控制 单元与设备。
19
列车网络控制技术
三、绞式列车总线WTB（Wired Train Bus）
绞式列车总线 WTB是一种串行通信总线，主要是为车辆间建立通信 连接而设计的。图3-6表示了绞式列车总线的组成。
Trunk cable
Jumper cable And connector
Node Connectors
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Trunk cable
15
列车网络控制技术
二、多功能车辆总线 MVB（Multifunction Vehicle Bus）
表3-2 MVB F-code表（主控帧类型）
F-code 0 1 2 3 4 5 6 7 报文类型 16位长的过程数据请求 32位长的过程数据请求 64位长的过程数据请求 128位长的过程数据请求 256位长的过程数据请求 （保留） （保留） （保留） F-code 8 9 10 11 12 13 14 15 报文类型 主控权转换请求 一般事件请求 （保留） （保留） 256位长的消息数据请求 群组事件请求 单一事件请求 设备状态查询
WTB采用屏蔽双绞线，要求有较高的机械连接性能。使用该 种介质可以达到1Mbit/s通信速率，长度为860m，对应22节26m长 的UIC列车，可连接至少32个节点。 MVB采用曼彻斯特编码，每一数据位码元中间都有跳变，从 高到低的跳变（负跳变）表示‘1’，正跳变则表示‘0’。
21
列车网络控制技术
7
列车网络控制技术
一、列车通信网的体系结构
8
列车网络控制技术
一、列车通信网的体系结构
TCN （列车通信网络）将列车上的智能设备连接起来，完成下述 功能： （ⅰ）列车牵引控制及车辆控制（如车门、车灯等的远程控制）； （ⅱ）远程诊断及维护； （ⅲ）旅客信息及舒适性； TCN包括两层结构： （1）连接各车辆的绞线式列车总线（Wire Train Bus—WTB）， 列车新编组时可自动配置，通信介质为双绞线，通信速率为1Mbit/s； （2）连接一节车辆内或车辆组（单元）各设备的多功能车辆总线 （Multifunction Vehicle Bus—MVB)，经优化具有快响应性，通信介 质为双绞线或光纤，通信速率为1.5Mbit/s。 网络管理部分包括对网络的配置、维护、及操作。
14
列车网络控制技术
二、多功能车辆总线 MVB（Multifunction Vehicle Bus）
（二） MVB 帧
MVB帧是由9-bit起始位+数据+8-bit校验位+结束位构成 的。 MVB有两种帧： 主控帧：总线的某个总线管理器发送的帧； 从属帧：由总线从设备发送，回应某个主控帧。 基于帧结构，MVB共有16种报文，在主控帧中以一个字码 （F-code）来区分，如表3.2所示。
17
列车网络控制技术
二、多功能车辆总线 MVB（Multifunction Vehicle Bus）
（二） MVB 帧
根据通信网上所传输数据的性质和实时性的要求，把通信网上的 数据分为三类： 过程数据（process data）：是那些短而紧迫，传输时间确定和 有界的数据。把列车运行的控制命令和运行状态信息定义为过程数据。 过程数据的传输是周期性的。 消息数据（message data）：是那些非紧迫的但可能冗长的信 息。把诊断信息、显示信息和服务功能作为消息数据来传送。它们的传 送是非周期的，而且可以根据需要分帧传送。 管理数据（Supervisory data）：是网络自身管理、维护和初始 化时在通信网中传递的数据。这些数据只有在网络重构或初始化时才传 递，且传递时与其他两种数据不发生冲突。 因此在列车运行时通信网上传送的只有过程数据和消息数据。
Extension Cables