1、列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)一、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述1.1 1.1 根本概念根本概念 廣義上，被稱為基廣義上，被稱為基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)，是于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)，是一種完全網(wǎng)絡(luò)化、分布一種完全網(wǎng)絡(luò)化、分布化的控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)化的控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)的反響控制絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)的反響控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。 狹義上，是以網(wǎng)絡(luò)狹義上，是以網(wǎng)絡(luò)為根底，實現(xiàn)傳感器、為根底，實現(xiàn)傳感器、控制器和執(zhí)行器等系統(tǒng)控制器和執(zhí)行器等系統(tǒng)各部件之間的信息交換，各部件之間的信息交換，從而實現(xiàn)資源共享、遠從而實現(xiàn)資源共享、遠程檢測與控制。程檢測與控制。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)一、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述 1.1 1.1 產(chǎn)生和開展產(chǎn)生和開展 1 1集中控制模擬控制系

2、統(tǒng)集中控制模擬控制系統(tǒng)- -需求：遠距離傳輸需求：遠距離傳輸 2 2直接數(shù)字控制，計算機集中控制，不可靠；直接數(shù)字控制，計算機集中控制，不可靠； 3 3集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCSDCS-“-“集中管理，分散控制集中管理，分散控制 結(jié)構(gòu)為多級主從關(guān)系，設(shè)備通信系統(tǒng)必須通過主結(jié)構(gòu)為多級主從關(guān)系，設(shè)備通信系統(tǒng)必須通過主機進行，系統(tǒng)容易崩潰；機進行，系統(tǒng)容易崩潰； 現(xiàn)場儀表大多采用模擬信號，可靠性差現(xiàn)場儀表大多采用模擬信號，可靠性差; ; 標準不統(tǒng)一；標準不統(tǒng)一； 4 4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCSFCS，公開化、標準化，公開化、標準化，全分布式結(jié)構(gòu)全分布式結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場總線標準種類過多，難

3、以整合；現(xiàn)場總線標準種類過多，難以整合； 本質(zhì)平安、數(shù)據(jù)傳輸、可靠性存在一定瓶頸；本質(zhì)平安、數(shù)據(jù)傳輸、可靠性存在一定瓶頸； 5 5工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)FCSFCS，全開放、全，全開放、全數(shù)字、標準化，實時性，平安性，環(huán)境適用性。數(shù)字、標準化，實時性，平安性，環(huán)境適用性。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)一、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述 1.3 1.3 控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別信息網(wǎng)絡(luò)：指已在辦公和通信等領(lǐng)域廣為采用的、由包括信息網(wǎng)絡(luò)：指已在辦公和通信等領(lǐng)域廣為采用的、由包括PCPC在內(nèi)的各種計算機及網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成的系統(tǒng)。在內(nèi)的各種計算機及網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成的系統(tǒng)。特點：特點：1 1瞬間數(shù)據(jù)量

4、大，支持各種數(shù)據(jù)；瞬間數(shù)據(jù)量大，支持各種數(shù)據(jù)； 2 2發(fā)生頻率較低；發(fā)生頻率較低； 3 3實時性沒有苛刻的限制；實時性沒有苛刻的限制；控制網(wǎng)絡(luò)：控制系統(tǒng)向開放化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化開展所形控制網(wǎng)絡(luò)：控制系統(tǒng)向開放化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化開展所形成的一種特殊網(wǎng)絡(luò)，直接面向生產(chǎn)過程和控制過程，肩負成的一種特殊網(wǎng)絡(luò)，直接面向生產(chǎn)過程和控制過程，肩負這工業(yè)一線測量與控制信息傳輸?shù)奶厥馊蝿?wù)。這工業(yè)一線測量與控制信息傳輸?shù)奶厥馊蝿?wù)。 要求實時性與確定性、高可靠性與平安性、惡劣環(huán)境要求實時性與確定性、高可靠性與平安性、惡劣環(huán)境適應(yīng)性、總線供電與本質(zhì)平安等特殊要求。適應(yīng)性、總線供電與本質(zhì)平安等特殊要求。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

5、一、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述 1.3 1.3 控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別 控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別主要表達在：控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別主要表達在： 1 1短幀信息，交換頻繁；短幀信息，交換頻繁； 2 2周期測量與控制與非周期信息如報警周期測量與控制與非周期信息如報警同時存在；同時存在； 3 3實時性強；實時性強； 4 4方向性強；方向性強； 5 5順序性好；順序性好； 6 6環(huán)境適應(yīng)性強；環(huán)境適應(yīng)性強； 7 7播送通信方式，信息網(wǎng)絡(luò)：點對點播送通信方式，信息網(wǎng)絡(luò)：點對點 8 8需解決一致性和互操作性問題信息網(wǎng)絡(luò)：互需解決一致性和互操作性問題信息網(wǎng)絡(luò)：互聯(lián)互通問題聯(lián)互通問題 區(qū)分信

6、息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵因素是看網(wǎng)絡(luò)是否具有支持實時應(yīng)用的能力！列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)二、列車通信網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)與功能1實現(xiàn)各動力車的牽引重聯(lián)控制2實現(xiàn)全列車動車和拖車所有由計算機控制的部件聯(lián)網(wǎng)通信和資源共享3實現(xiàn)全列車的制動控制、自動門控制、軸溫監(jiān)測及空調(diào)控制等功能4完成全列車的自檢及故障診斷決策 將分布于列車上不同位置具有不同功能的控制節(jié)點計算機控制單元以一定的規(guī)那么用通信介質(zhì)連接起來，形成信息通道；在一定的計算機軟、硬件的支持下，為連接于其上的節(jié)點提供穩(wěn)定、可靠的通信效勞。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)二、國內(nèi)外列車控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與開展 20世紀70年代末至80年代初，車載微機的雛形分別在西門子公司和BBC公司出

7、現(xiàn)。開始僅僅是用于傳動裝置傳動裝置的控制。 1999年6月,TCN標準草案正式成為國際標準，即IEC61735。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)三、列車通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成、特點及開展趨勢 列車通信網(wǎng)絡(luò)是列車總線和車輛總線的二層結(jié)構(gòu)，列車總線連接不同的車輛或動車組單元，貫穿整個列車；車輛總線連接車輛內(nèi)部的控制單元或診斷單元等智能裝置，車輛總線通過網(wǎng)關(guān)或類似的裝置掛接于列車總線上。1 1、列車通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、列車通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)(1) 實時性；(2) 協(xié)議簡單性；(3) 短幀信息傳送；(4) 信息交換的頻繁性、網(wǎng)絡(luò)負載的穩(wěn)定性；(5) 較高的平安性、容錯能力；(6) 低本錢需要。 列車通信網(wǎng)絡(luò)是用于列車

8、這一流動性大、環(huán)境惡劣、可靠性要求高、實時性強、與控制系統(tǒng)緊密相關(guān)的特殊的計算機網(wǎng)絡(luò)。2 2、對列車通信網(wǎng)的要求、對列車通信網(wǎng)的要求列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)現(xiàn)代列車控制系統(tǒng)主要是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)，比方Siemens的SIBAS 32鐵路自動化系統(tǒng)、ADtranz公司(現(xiàn)已被Bombardier公司收購)的MITRACR列車通信和控制系統(tǒng)、Alstom公司的A- GATER控制系統(tǒng)以及日本三菱、東芝公司的 TCMS 列車控制監(jiān)視系統(tǒng)。 近年來，隨著用戶對控制網(wǎng)絡(luò)的開放性、性價比等要求的提高, 以及基于網(wǎng)絡(luò)的遠程診斷與維護、旅客信息與舒適性支持等新需求的提出, IEC TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)，World

9、FIP， LonWorks，CAN，工業(yè)以太網(wǎng)以及無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)都在車載控制系統(tǒng)中找到了它們最適宜的應(yīng)用場合, 控制網(wǎng)絡(luò)在列車上的應(yīng)用將呈現(xiàn)出多種技術(shù)并存、相互競爭和融合的局面。 四、列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 1、局面上 由于各種控制網(wǎng)絡(luò)都有其優(yōu)缺點,目前還沒有一種控制網(wǎng)絡(luò)能很好地滿足鐵路用戶的所有應(yīng)用需求。因此,在將來,列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準和IE C61158工業(yè)現(xiàn)場總線標準一樣, 將不再是僅包含一種技術(shù)的標準,而是多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合。列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)今后的開展將呈以下趨： 1) 相互競爭,多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并存； 2) 相容并蓄,多種網(wǎng)絡(luò)共存于一個系統(tǒng)中； 3) 異軍突起,工業(yè)以太網(wǎng)的引

10、入將成為新的熱點。五、列車網(wǎng)絡(luò)開展趨勢列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)(1) 為改善控制性和確保可靠性，在中央裝置和各終端裝置已分別采用復(fù)數(shù)的32位CPU代替了早期單一的8位CPU，以平安控制為中心的列車運行監(jiān)測還要不斷提高其可靠性和響應(yīng)性。(2) 進一步開展具有診斷功能的監(jiān)測裝置，其關(guān)鍵技術(shù)是信息傳輸系統(tǒng)傳輸通道、傳輸速度、控制方式等。由于列車的運行環(huán)境使有線和無線傳輸系統(tǒng)容易受到潛在的電磁干擾影響，如果采用光纖通訊，那么可不受電磁干擾。(3) 實現(xiàn)標準化和無維修化等。2 2、技術(shù)上、技術(shù)上列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)一、一、通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)概述1、根本概念、根本概念(4) 信道信道信道是傳輸信號的通道，由傳輸介質(zhì)

11、及相應(yīng)的附屬信號信道是傳輸信號的通道，由傳輸介質(zhì)及相應(yīng)的附屬信號設(shè)備組成。設(shè)備組成。信道可分為邏輯信道和物理信道。一條線路可以是一條信道可分為邏輯信道和物理信道。一條線路可以是一條信道一般稱為物理信道，但這條線路上可以有多條邏信道一般稱為物理信道，但這條線路上可以有多條邏輯信道，如一條光纖可以供上千人通話，就有上千個邏輯輯信道，如一條光纖可以供上千人通話，就有上千個邏輯信道。通常所講的信道都是指邏輯信道。根據(jù)信道傳輸?shù)男诺馈ＭǔＫv的信道都是指邏輯信道。根據(jù)信道傳輸?shù)男盘柌煌瑢⑵浞譃槟M信道和數(shù)字信道。信號不同，將其分為模擬信道和數(shù)字信道。(5) 帶寬帶寬 數(shù)據(jù)信號傳送時信號的能量或功率的主

12、要局部集中的頻數(shù)據(jù)信號傳送時信號的能量或功率的主要局部集中的頻率范圍稱為信號寬帶。假設(shè)通信線路不失真地傳送率范圍稱為信號寬帶。假設(shè)通信線路不失真地傳送2MHz或或10MHz的信號，那么該通信線路的帶寬為的信號，那么該通信線路的帶寬為2MHz或或10MHz。信道上能夠傳送信號的最大頻率范圍稱信道的帶寬，信道信道上能夠傳送信號的最大頻率范圍稱信道的帶寬，信道帶寬大于信號帶寬。帶寬大于信號帶寬。(6) 總線總線 總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線。通俗的說，就是多個部件間的公目的部件的一組傳輸線。通俗的說，就是多個部件間的

13、公共連線，用于在各個部件之間的傳輸信息。人們常常以共連線，用于在各個部件之間的傳輸信息。人們常常以MHz來描述總線頻率。來描述總線頻率。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)2、通信系統(tǒng)的組成、通信系統(tǒng)的組成信息源編碼調(diào)制傳 輸介 質(zhì)解調(diào)譯碼接收者發(fā) 送 設(shè) 備 接 收 設(shè) 備噪 聲 干 擾 將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)間設(shè)備通信簡化，可以得到以下的簡單的單向數(shù)字通信模型數(shù)字通信模型。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)14 2發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的根本功能是將信息源和傳輸介質(zhì)匹配起發(fā)送設(shè)備的根本功能是將信息源和傳輸介質(zhì)匹配起來，即將信息源產(chǎn)生的消息信號經(jīng)過編碼，變換來，即將信息源產(chǎn)生的消息信號經(jīng)過編碼，變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸介質(zhì)。為便

14、于傳送的信號形式，送往傳輸介質(zhì)。對于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，發(fā)送設(shè)備的編碼常常又可對于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，發(fā)送設(shè)備的編碼常常又可分為信道編碼與信源編碼兩局部。信源編碼是把分為信道編碼與信源編碼兩局部。信源編碼是把連續(xù)消息變換為數(shù)字信號；而信道編碼那么是使連續(xù)消息變換為數(shù)字信號；而信道編碼那么是使數(shù)字信號與傳輸介質(zhì)匹配，提高傳輸?shù)目煽啃曰驍?shù)字信號與傳輸介質(zhì)匹配，提高傳輸?shù)目煽啃曰蛴行浴Ｗ儞Q方式是多種多樣的，調(diào)制是最常見有效性。變換方式是多種多樣的，調(diào)制是最常見的變換方式之一。的變換方式之一。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)曼徹斯特編碼manchester Encoding：這是一種常用的基帶信號編碼。它具有內(nèi)在的時鐘

15、信息，因而能使網(wǎng)絡(luò)上的每一個系統(tǒng)保持同步。在曼徹斯特編碼中，時間被劃分為等間隔的小段，其中每小段代表一個比特。每一小段時間本身又分為兩半，前半個時間段所傳信號是該時間段傳送比特值取反碼，后半個時間段傳送的是比特值本身。可見在一個時間段內(nèi)，其中間點總有一次信號電平的變化。因此攜帶有信號傳送的同步信息而不需另外傳送同步信號。二、數(shù)據(jù)編碼二、數(shù)據(jù)編碼步驟：步驟：1 1采樣、采樣、2 2量化、量化、3 3編碼編碼列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼類型：類型： 模擬數(shù)據(jù)編碼模擬數(shù)據(jù)編碼 ：模擬數(shù)據(jù)編碼采用模擬信號來表達數(shù)據(jù)的：模擬數(shù)據(jù)編碼采用模擬信號來表達數(shù)據(jù)的0 0，1 1 狀態(tài)。狀態(tài)。幅度、頻率、相位

16、描述模擬信號的參數(shù)，可以通過改變這三個參數(shù)，實現(xiàn)模擬幅度、頻率、相位描述模擬信號的參數(shù)，可以通過改變這三個參數(shù)，實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)編碼。幅度鍵控數(shù)據(jù)編碼。幅度鍵控ASKASKamplitude-sheft keyingamplitude-sheft keying、頻移鍵控、頻移鍵控FSKFSKfrequency-sheft keyingfrequency-sheft keying、相移鍵控、相移鍵控PSKPSK中中(phase-shift keying(phase-shift keying是模擬數(shù)是模擬數(shù)據(jù)編碼的三種編碼方法。據(jù)編碼的三種編碼方法。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)三三、信號的傳輸方式、信號的傳輸方式

17、1.串行和并行串行和并行：按每次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，傳輸方式可分為：并行傳輸和串行傳輸兩種。2.異步傳輸和同步傳輸異步傳輸和同步傳輸 在串行通信中，數(shù)據(jù)是一位一位依次傳輸?shù)模絾栴}尤為重要，因為比特的傳送和接收是通過采用定時時鐘來完成的。發(fā)送方利用它的時鐘來決定每個數(shù)據(jù)位的起始和結(jié)束。在接收方時鐘被用來確定對信號進行采樣取值的位置和間隔時間。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)三三、信號的傳輸方式、信號的傳輸方式基帶傳輸：基帶傳輸就是在數(shù)字通信的信道上直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號，即按數(shù)據(jù)波的原樣進行傳輸，不包含有任何調(diào)制，它是最根本的數(shù)據(jù)傳輸方式。特點：信號按位流形式傳輸，整個系統(tǒng)不用調(diào)制解調(diào)器，這使得系統(tǒng)價格低廉。它

18、可采用雙絞線或同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，也可采用光纜作為傳輸介質(zhì)。與寬帶網(wǎng)相比，基帶網(wǎng)的傳輸介質(zhì)比較廉價，可以到達較高的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為1Mbps10Mbps，但其傳輸距離一般不超過25km，傳輸距離越長，質(zhì)量越低。基帶網(wǎng)中線路工作方式只能為半雙工方式或單工方式。載波傳輸：載波傳輸采用數(shù)字信號對載波進行調(diào)制后實行傳輸。最根本的調(diào)制方式有上述的幅度鍵控ASK頻移鍵控FSK相移鍵控PSK三種。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)過失的產(chǎn)生過失的產(chǎn)生 所謂過失就是在數(shù)所謂過失就是在數(shù)據(jù)通信中，接收端接據(jù)通信中，接收端接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實際發(fā)出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)實際發(fā)出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。過

19、失不一致的現(xiàn)象。過失的產(chǎn)生是由噪聲引起的產(chǎn)生是由噪聲引起的。根據(jù)產(chǎn)生原因的的。根據(jù)產(chǎn)生原因的不同可把噪聲分為兩不同可把噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪類：熱噪聲和沖擊噪聲。聲。四四、通信方式、通信方式列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)2. 過失控制編碼過失控制編碼 (1) 奇偶校驗碼：奇偶校驗碼又稱奇偶監(jiān)督碼，也叫垂直奇偶校驗碼：奇偶校驗碼又稱奇偶監(jiān)督碼，也叫垂直冗余校驗冗余校驗VCR，Verticial Redundancy Check，是最簡，是最簡單、最常用和費用最低的過失檢錯碼。其特點是構(gòu)成簡單，單、最常用和費用最低的過失檢錯碼。其特點是構(gòu)成簡單，而且插入的冗余又低。因此，在實際通信系統(tǒng)中應(yīng)

20、用最多。而且插入的冗余又低。因此，在實際通信系統(tǒng)中應(yīng)用最多。奇偶校驗編碼只需在信息碼后加一位校驗位或稱監(jiān)督奇偶校驗編碼只需在信息碼后加一位校驗位或稱監(jiān)督位，使得碼組中位，使得碼組中“1的個數(shù)為技術(shù)或偶數(shù)即可。兩種編的個數(shù)為技術(shù)或偶數(shù)即可。兩種編碼的原理相同，效果也相同。在這種編碼中，無論信息位碼的原理相同，效果也相同。在這種編碼中，無論信息位有多少，監(jiān)督位都只有一位。有多少，監(jiān)督位都只有一位。偶校驗奇校驗列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)2. 過失控制編碼過失控制編碼 (2) 方正校驗碼：方正校驗碼也稱行列監(jiān)督碼或縱向冗余方正校驗碼：方正校驗碼也稱行列監(jiān)督碼或縱向冗余校驗碼校驗碼LRC，Logn

21、itudinal Redundancy Check，它的碼，它的碼元受到行和列兩個監(jiān)督，行列監(jiān)督碼是二維的奇偶監(jiān)督碼，元受到行和列兩個監(jiān)督，行列監(jiān)督碼是二維的奇偶監(jiān)督碼，這種碼可以克服奇偶監(jiān)督碼不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個過失的缺點，這種碼可以克服奇偶監(jiān)督碼不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個過失的缺點，并且是一種用以糾正突發(fā)過失的簡單糾錯編碼并且是一種用以糾正突發(fā)過失的簡單糾錯編碼特點： 可以克服奇偶監(jiān)督碼不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個過失的缺點； 常用于糾正突發(fā)性出錯，但長度有限； 可使誤碼率降到原來的1%0.01%； 不能糾正過失數(shù)正好是4的倍數(shù)，求位置在矩形的4個角的過失。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)2. 過失控制編碼過失控制編碼

22、(3) 循環(huán)冗余校驗碼循環(huán)冗余校驗碼CRC：通信中用得最廣泛的校驗：通信中用得最廣泛的校驗碼是一種漏檢率很低，也便于實現(xiàn)的循環(huán)冗余碼碼是一種漏檢率很低，也便于實現(xiàn)的循環(huán)冗余碼CRC，Cyclic Redundancy Code，CRC碼又稱多項式碼。碼又稱多項式碼。 根本原理：根本原理：CRC檢驗原理實際上就是在一個檢驗原理實際上就是在一個k位二進制數(shù)據(jù)序列之后附加一位二進制數(shù)據(jù)序列之后附加一個個r位二進制檢驗碼位二進制檢驗碼(序列序列)，從而構(gòu)成一個總長為，從而構(gòu)成一個總長為nkr位的二進制位的二進制序列；附加在數(shù)據(jù)序列之后的這個檢驗碼與數(shù)據(jù)序列的內(nèi)容之間存在序列；附加在數(shù)據(jù)序列之后的這個檢

23、驗碼與數(shù)據(jù)序列的內(nèi)容之間存在著某種特定的關(guān)系。如果因干擾等原因使數(shù)據(jù)序列中的某一位或某些著某種特定的關(guān)系。如果因干擾等原因使數(shù)據(jù)序列中的某一位或某些位發(fā)生錯誤，這種特定關(guān)系就會被破壞。因此，通過檢查這一關(guān)系，位發(fā)生錯誤，這種特定關(guān)系就會被破壞。因此，通過檢查這一關(guān)系，就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)正確性的檢驗。就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)正確性的檢驗。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)2. 過失控制編碼過失控制編碼 (3) 循環(huán)冗余校驗碼循環(huán)冗余校驗碼CRC：通信中用得最廣泛的校驗：通信中用得最廣泛的校驗碼是一種漏檢率很低，也便于實現(xiàn)的循環(huán)冗余碼碼是一種漏檢率很低，也便于實現(xiàn)的循環(huán)冗余碼CRC，Cyclic Redund

24、ancy Code，CRC碼又稱多項式碼。碼又稱多項式碼。 任何一個n位的二進制數(shù)都可以用一個n-1次的多項式來表示： 1 二進制編碼多項式的加減運算為模2加減運算，即兩個碼多項式相加時，對應(yīng)項系數(shù)進行模2加減，所謂模2加減就是個位都不帶進位，借位的按位加減。這種加減運算實際上局勢邏輯上的異或運算，即加法和減法等價。212101210(x)BBnnnnBXBXXB X121221(X)(X)(X)(X)(X)(X)BBBBBB列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)2. 過失控制編碼過失控制編碼 (3) 循環(huán)冗余校驗碼循環(huán)冗余校驗碼CRC 二進制碼多項式的乘除法運算與普通代數(shù)多項數(shù)的乘除法運算是一樣的

25、，符合同樣的規(guī)律。 3 表征CRC碼的多項式成為生成多項式G(x)4=122(X)/(X)Q(X)R(X)/ B (X)BBB(X)/G(X)Q(X)R(X)/G(X)rX(X)R(X)Q(X)G(X)rX B(X)R(X)Q(X)G(X)V(X)rX B列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)CRC的工作原理列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)2. 過失控制編碼過失控制編碼 (3) 循環(huán)冗余校驗碼循環(huán)冗余校驗碼CRC 1、幀檢驗序列FCSFrame Check Sequence：為了進行過失檢驗而添加的冗余碼。2、多項式模2運行：實際上是按位異或(Exclusive OR)運算，即相同為0，相異為1，也就是不考慮進位、

26、借位的二進制加減運算。如：10011011 + 11001010 = 01010001。3、生成多項式generator polynomial：當進行CRC檢驗時，發(fā)送方與接收方需要事先約定一個除數(shù)，即生成多項式，一般記作Gx。生成多項式的最高位與最低位必須是1。常用的CRC碼的生成多項式有：CRC8=X8+X5+X4+1CRC-CCITT=X16+X12+X5+1CRC16=X16+X15+X5+1CRC12=X12+X11+X3+X2+1CRC32=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X1+1每一個生成多項式都可以與一個代碼相對應(yīng)，

27、如CRC8對應(yīng)代碼：100110001。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)2. 過失控制編碼過失控制編碼 (3) 循環(huán)冗余校驗碼循環(huán)冗余校驗碼CRC 錯誤檢測：錯誤檢測：當接收方收到數(shù)據(jù)后，用收到的數(shù)據(jù)對當接收方收到數(shù)據(jù)后，用收到的數(shù)據(jù)對P事先約定的進行模事先約定的進行模2除法，除法，假設(shè)余數(shù)為假設(shè)余數(shù)為0，那么認為數(shù)據(jù)傳輸無過失；假設(shè)余數(shù)不為，那么認為數(shù)據(jù)傳輸無過失；假設(shè)余數(shù)不為0，那么認為數(shù)據(jù)，那么認為數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)了錯誤，由于不知道錯誤發(fā)生在什么地方，因而不能進行自動糾傳輸出現(xiàn)了錯誤，由于不知道錯誤發(fā)生在什么地方，因而不能進行自動糾正，一般的做法是丟棄接收的數(shù)據(jù)。正，一般的做法是丟棄接收的數(shù)

28、據(jù)。幾點說明：幾點說明：CRC是一種常用的檢錯碼，并不能用于自動糾錯。是一種常用的檢錯碼，并不能用于自動糾錯。只要經(jīng)過嚴格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù)只要經(jīng)過嚴格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù)P，那么出現(xiàn)檢測不，那么出現(xiàn)檢測不到的過失的概率就很小很小。到的過失的概率就很小很小。僅用循環(huán)冗余檢驗僅用循環(huán)冗余檢驗CRC過失檢測技術(shù)只能做到無過失接受只是非過失檢測技術(shù)只能做到無過失接受只是非常近似的認為是無過失的，并不能保證可靠傳輸。常近似的認為是無過失的，并不能保證可靠傳輸。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)3. 過失控制方法過失控制方法 (1) 反響重發(fā)檢錯方法 反響重發(fā)檢錯方法又稱自動請求重發(fā)

29、Automatic Repeater Quest，ARQ，是利用編碼的方法在數(shù)據(jù)接收端檢測過失。當檢測出過失后，設(shè)法通知發(fā)送數(shù)據(jù)端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到無過失為止，如下圖。ARQ方法只使用檢錯碼。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)五、過失控制技術(shù)3. 過失控制方法過失控制方法 2前向糾錯方法。 前向糾錯方法Forward Error Correcting，F(xiàn)EC中，接收數(shù)據(jù)端不僅對數(shù)據(jù)進行檢測，而且當檢測出過失后還能利用編碼的方法自動糾正過失，如下圖。FEC方法必須使用糾錯碼。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)電路交換的特點電路交換必定是面向連接的。電路交換必定是面向連接的。 電路交換的三個階段：電路交換的三個階段：建立連接建立連接

30、通信通信釋放連接釋放連接列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)2.1 2.1 報文交換報文交換在在 20 20 世紀世紀 40 40 年代，電報通信也采用了基于年代，電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換(message switching)(message switching)。 報文交換報文交換 即存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換。報文那么指具有完整消息即存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換。報文那么指具有完整消息含義的數(shù)據(jù)單元，交換單元。含義的數(shù)據(jù)單元，交換單元。報頭中至少要包含的信息：報頭中至少要包含的信息： 報文的起始標志報文的起始標志 數(shù)據(jù)的開始標志數(shù)據(jù)的開始標志 數(shù)據(jù)源節(jié)點地址數(shù)據(jù)源節(jié)點地址 數(shù)據(jù)目的節(jié)點地數(shù)據(jù)目的節(jié)點

31、地址及路由信息址及路由信息 控制信息控制信息 報文編號報文編號列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)2.2 分組交換交換機理相同于報文交換，差異在于交換數(shù)據(jù)單元長度不同。交換機理相同于報文交換，差異在于交換數(shù)據(jù)單元長度不同。交換單元：分組。把報文一段分成假設(shè)干分組，在每個分組前交換單元：分組。把報文一段分成假設(shè)干分組，在每個分組前加分組標頭進行傳輸。加分組標頭進行傳輸。兩種方式：兩種方式：數(shù)據(jù)報：獨立處理的每個分組稱為數(shù)據(jù)報：獨立處理的每個分組稱為“數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報。虛電路：建立的一條邏輯連接。虛電路：建立的一條邏輯連接。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)分組交換特點分組交換的優(yōu)點：分組交換的優(yōu)點： 高效高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信

32、鏈路是逐段占用。動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。 靈活靈活 以分組為傳送單位和查找路由。以分組為傳送單位和查找路由。 迅速迅速 不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬。寬。 可靠可靠 完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應(yīng)的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應(yīng)的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。性。 分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。 分組必須攜帶的首部里面有必不可少的控制信息也造成了一定分組必須攜帶的首部里面有必不可少的控制信息也造成了一定

33、的開銷。的開銷。 列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)三種交換方式特點線路交換：線路交換： 在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須建立一條完整的通路；在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須建立一條完整的通路； 在線路釋放之前，該通路將被一對用戶完全占用在線路釋放之前，該通路將被一對用戶完全占用; ; 適于突發(fā)式的通信，線路利用率不高。適于突發(fā)式的通信，線路利用率不高。報文交換：報文交換： 報文從源站傳送到目的地采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式；報文從源站傳送到目的地采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式； 在傳送報文時，同時只占用一段通道；在傳送報文時，同時只占用一段通道； 在交換節(jié)點中需要緩沖存儲，報文需要排隊，時間延遲取決于中在交換節(jié)點中需要緩沖存儲，報文需要排隊，時間延遲取決

34、于中繼交換局的數(shù)目；繼交換局的數(shù)目； 不適用于實時通信的要求。不適用于實時通信的要求。分組交換：分組交換： 報文從源站被分成分組進行傳輸，并規(guī)定了最大分組長報文從源站被分成分組進行傳輸，并規(guī)定了最大分組長 度；度； 在數(shù)據(jù)報方式中，目的站需要重新組裝報文；在數(shù)據(jù)報方式中，目的站需要重新組裝報文； 可根據(jù)通信網(wǎng)的現(xiàn)狀選擇最正確路由，提高了通信效率和可靠性可根據(jù)通信網(wǎng)的現(xiàn)狀選擇最正確路由，提高了通信效率和可靠性； 分組交換技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。分組交換技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)什么是多路復(fù)用技術(shù)?兩種四類常用的多路復(fù)用技術(shù) 頻分復(fù)用 (用于模擬信號) 頻

35、分復(fù)用 (電路適用) 波分復(fù)用 (光纜適用) 時分復(fù)用 (用于數(shù)字信號) 同步時分復(fù)用 統(tǒng)計時分復(fù)用七七、多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)一、計算機網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)拓撲一、計算機網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)拓撲網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的互連形式。在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中，星形、環(huán)形、總線形和樹形較為常見。四、總線拓撲四、總線拓撲在總線型拓撲中，傳輸介質(zhì)是一條總線，工作站通過相應(yīng)硬件接口接至總線上。一個站發(fā)送數(shù)據(jù)，所有其他站都能接收。樹形拓撲是總線拓撲的擴展形式，傳輸介質(zhì)是不封閉的分支電纜。它和總線拓撲一樣，一個站發(fā)送數(shù)據(jù)，其他站都能接收。特點：總線和樹形拓撲的傳輸介質(zhì)稱作多點式或播送式。因為所有節(jié)點

36、共享一條傳輸鏈路，一次只允許一個站發(fā)信息，需有某種存取控制方式，確定下一個可以發(fā)送的站。信息也是按分組發(fā)送，到達目的站后，經(jīng)過地址識別，將信息復(fù)制下來。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)36如前所述，在總線和環(huán)形拓撲中，網(wǎng)上設(shè)備必須共享傳輸線路。為解決在同一時間有幾個設(shè)備同時爭用傳輸介質(zhì)，需有某種介質(zhì)訪問控制方式，以便協(xié)調(diào)各設(shè)備訪問介質(zhì)的順序，在設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)。通信中對介質(zhì)的訪問可以是隨機的，即各工作站可在任何時刻，任意地訪問介質(zhì)；也可以是受控的，即各工作站可用一定的算法調(diào)整各站訪問介質(zhì)順序和時間。在隨機訪問方式中，常用的爭用總線技術(shù)為CSMA/CD。在控制訪問方式中那么常用令牌總線、令牌環(huán)，或稱之為標記總線

37、、標記環(huán)。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)38一、一、CSMA/CDCSMA/CD載波監(jiān)聽多路訪問載波監(jiān)聽多路訪問/ /沖突檢測沖突檢測載波監(jiān)聽CSMA的控制方案是先聽再講。一個站要發(fā)送，首先需監(jiān)聽總線，以決定介質(zhì)上是否存在其他站的發(fā)送信號。如果介質(zhì)是空閑的，那么可以發(fā)送。如果介質(zhì)是忙的，那么等待一定間隔后重試。當監(jiān)聽總線狀態(tài)后，可采用以下三種CSMA堅持退避算法：1不堅持CSMA。假設(shè)介質(zhì)是空閑的，那么發(fā)送。假設(shè)介質(zhì)是忙的，那么等待一段隨機時間，重復(fù)第一步。21-堅持CSMA。假設(shè)介質(zhì)是空閑的，那么發(fā)送。假設(shè)介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，立即發(fā)送。假設(shè)沖突發(fā)生，那么等待一段隨機時間，重復(fù)第一步。3P-

38、堅持CSMA。假設(shè)介質(zhì)是空閑的，那么以P 的概率發(fā)送，或以1-P的概率延遲一個時間單位后重復(fù)處理。該時間單位等于最大的傳輸延遲。假設(shè)介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽直到介質(zhì)空閑，重復(fù)第一步。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)40二、令牌標記訪問控制方式二、令牌標記訪問控制方式CSMA的訪問存在發(fā)報沖突問題，產(chǎn)生沖突的原因是由于各站點發(fā)報是隨機的。為了解決沖突問題，可采用有控制的發(fā)報方式，令牌方式是一種按一定順序在各站點傳遞令牌token的方法。誰得到令牌，誰才有發(fā)報權(quán)。令牌訪問原理可用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成令牌環(huán)形網(wǎng)；也可用于總線網(wǎng)，構(gòu)成令牌總線網(wǎng)絡(luò)。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型共包括7層，如圖2-4-1所示，第

39、17層依次為物理層Physical Layer、數(shù)據(jù)鏈路層(Date Link Layer)、網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)、傳輸層(Transport Layer)、會話層(Session Layer)、表示層(Presentation Layer)和應(yīng)用層(Application Layer).7個層次可以劃分為低層和高層兩局部，13層為低層，主要負責(zé)設(shè)備間的通信；57層為高層，主要面向信息處理；傳輸層是高層與低層之間的接口，負責(zé)將高層與低層連接起來。 圖2-4-1 OSI參考模型列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 在每一層中數(shù)據(jù)包協(xié)議數(shù)據(jù)單元均由來自上一層的數(shù)據(jù)與信息頭組成，因而，數(shù)據(jù)包通常在不同的

40、層中有不同的名稱，如表2-4-1所示。表2-4-1 數(shù)據(jù)包在OSI各層中的名稱 當不同的設(shè)備同時進行通信時，OSI參考模型中由最底層物理層最底層物理層到最高層應(yīng)用層最高層應(yīng)用層都形影完成不同的功能，從而完成兩設(shè)備間的數(shù)據(jù)交流。下面將對OSI模型各層的功能逐一介紹。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 物理層實體間的物理數(shù)據(jù)單元的傳輸時在兩臺相鄰的通信設(shè)備之間進行的。通信設(shè)備分為兩類，即數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE,Data Terminal Equipment和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE,Data Communication Equipment。DTE具有根據(jù)協(xié)議控制數(shù)據(jù)通信的功能，例如，網(wǎng)絡(luò)中連接的計算機和數(shù)據(jù)的輸入、輸出設(shè)備等

41、；DEC是數(shù)據(jù)通信設(shè)備，例如，調(diào)制解調(diào)器和自動呼叫應(yīng)答機等。在發(fā)送數(shù)據(jù)端，并行輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過DTE和DCE后，形成串行信號序列，在傳輸媒介如雙絞線上進行傳輸。在接收端進行相反的變換，實現(xiàn)計算機的通信。1) 1) 物理層概述物理層概述 物理層并不關(guān)心傳輸過程中比特流的含義，它只關(guān)心與網(wǎng)絡(luò)的物理連接及信號的發(fā)送和接收。為了保證比特流能送達物理信道，正確傳輸比特流信息，并是接收方正確地接受信息，其協(xié)議規(guī)定了建立、維持和撤除物理信道的相關(guān)特性，它們分別是：機械特性、電氣特性、功能特性和過程特性。機械特性主要指硬件連接的接口，一般包括硬件接口的大小和形狀；電氣特性主要反映信號的碼型結(jié)構(gòu)、電壓電平和電壓變

42、化的規(guī)那么及信號的同步等與信號有關(guān)的功能特性；功能特性包括有關(guān)規(guī)定、目的要求、數(shù)據(jù)類型、控制方式等，主要說明接口引腳的功能和作用。以反映接口電路的功能；過程特性是在功能特性的根底上規(guī)定了接口的功能函數(shù)，傳輸數(shù)據(jù)的順序等，它涉及信號的傳輸方式。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)實現(xiàn)位同步實現(xiàn)位同步。數(shù)據(jù)信號的傳輸數(shù)據(jù)信號的傳輸。接口設(shè)計接口設(shè)計。信號傳輸規(guī)程信號傳輸規(guī)程。2)物理層解決的主要問題物理層解決的主要問題3 3物理層的功能物理層的功能實現(xiàn)實體之間的按位傳輸，并保證按位傳輸?shù)恼_性，同時向?qū)崿F(xiàn)實體之間的按位傳輸，并保證按位傳輸?shù)恼_性，同時向數(shù)據(jù)鏈路層進行一個透明的位流傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層進行一個透明的位流傳

43、輸。監(jiān)督比特流轉(zhuǎn)換成電磁信號，并通過通信介質(zhì)傳輸?shù)囊?guī)程。監(jiān)督比特流轉(zhuǎn)換成電磁信號，并通過通信介質(zhì)傳輸?shù)囊?guī)程。在數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)通信和交換設(shè)備間完成對數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈镌跀?shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)通信和交換設(shè)備間完成對數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硇诺赖慕ⅰ⒈３趾统烦＠硇诺赖慕ⅰ⒈３趾统烦１硎緦拥墓δ鼙硎緦拥墓δ?數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 數(shù)據(jù)的格式化數(shù)據(jù)的格式化。 數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮。 數(shù)據(jù)加密數(shù)據(jù)加密。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)圖2-4-6 IEEE協(xié)會數(shù)據(jù)鏈路層劃分為LLC子層和MAC子層 1) 1) 數(shù)據(jù)鏈路層概述數(shù)據(jù)鏈路層概述 IEEE協(xié)會將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個字層見圖2-4-6：介質(zhì)訪問控制MAC，Media Acces

44、s Control子層和邏輯鏈路控制LLC，Logic Link Control子層。介質(zhì)訪問控制MAC：提供訪問控制，負責(zé)物理尋址和對網(wǎng)絡(luò)介質(zhì) 的物理訪問；邏輯鏈路控制LLC：提供出錯糾正和數(shù)據(jù)流控制，建立和維護網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備間的數(shù)據(jù)鏈路連接。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)第三章 列車通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 列車通信網(wǎng)的主要功能是作為溝通各個控制、診斷單元的信息通道，實現(xiàn)信息交流，從而到達列車通信網(wǎng)的主要功能是作為溝通各個控制、診斷單元的信息通道，實現(xiàn)信息交流，從而到達控制的統(tǒng)一和資源共享資源共享的目的。 列車中所用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要包括：TCN通信網(wǎng)絡(luò)標準、Lonworks通信網(wǎng)絡(luò)標準、ARCNET通信網(wǎng)絡(luò)標準以及CAN

45、通信網(wǎng)絡(luò)標準。這些協(xié)議或?qū)殍F路系統(tǒng)設(shè)計；或者是為適用于鐵路系統(tǒng)而改進的通用通信網(wǎng)絡(luò)標準。列車控制網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)列車控制網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)TCN推薦：列車總線用雙絞屏蔽線200以內(nèi)車廂總線用雙絞屏蔽線大于200米車廂總線用光纖列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)于列車通信網(wǎng)絡(luò)于1999年年6 月正式成為國際標準，即月正式成為月正式成為國際標準，即月正式成為國際標準，即國際標準，即IEC61735。該標準對列車通信網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)、連接各車輛的。該標準對列車通信網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)、連接各車輛的列車總線、連接車輛內(nèi)部各智能設(shè)備的車輛總線及過程數(shù)據(jù)等內(nèi)容進行了詳列車總線、連接車輛內(nèi)部各智能設(shè)備的車輛總線及過程數(shù)據(jù)等內(nèi)

46、容進行了詳細的規(guī)定。細的規(guī)定。 它分為上、下兩層，上層為列車總線，下層為車輛總線。它分為上、下兩層，上層為列車總線，下層為車輛總線。 列車總線由各個車廂內(nèi)固定安裝的物理傳輸介質(zhì)雙絞線或同軸纜通過列車總線由各個車廂內(nèi)固定安裝的物理傳輸介質(zhì)雙絞線或同軸纜通過車廂之間的互連而構(gòu)成。每個車廂內(nèi)設(shè)一個通信節(jié)點，列車總線通過節(jié)點與車廂之間的互連而構(gòu)成。每個車廂內(nèi)設(shè)一個通信節(jié)點，列車總線通過節(jié)點與車輛總線相連。車輛總線相連。 車輛總線分別設(shè)置在各節(jié)車廂內(nèi)，連接該節(jié)車廂的各個控制單元與設(shè)備。車輛總線分別設(shè)置在各節(jié)車廂內(nèi)，連接該節(jié)車廂的各個控制單元與設(shè)備。 分三層結(jié)構(gòu)：列車級控制、車廂級控制、設(shè)備級控制分三層結(jié)

47、構(gòu)：列車級控制、車廂級控制、設(shè)備級控制列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)開式列車開式列車閉式列車組閉式列車組車輛在運行中不別離.列車總線由司機或工廠離線配置例子: TGV, ICE, 地鐵, 郊區(qū)通勤列車 .包括需要頻繁編組和解編的車輛，列車總線能自動再配置初運行例子: 國際旅客列車.WG22 區(qū)分兩種主要不同的列車:列車通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)：列車通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)：列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 圖中給出了三節(jié)的結(jié)構(gòu)，其中，車廂中從站及智能設(shè)備的數(shù)量因要求不同而有差異。 列車總線與車輛總線是兩個獨立的通信子網(wǎng), 而且有不同的通信協(xié)議。節(jié)點就是進行協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)。 一般有動力裝置的車廂動車或機車內(nèi)的節(jié)點稱主節(jié)點Master Node，無動

48、力裝置的車廂為的節(jié)點稱為從節(jié)點Slave Node。每一列車在運行中必須有一個且只能有一個控制總線工作的節(jié)點，稱為控制節(jié)點。正常情況下以前導(dǎo)車的主節(jié)點為主控節(jié)點。主控節(jié)點管理列車總線的運行，必要的時候主控節(jié)點可以切換。 車輛總線的運作由各車廂的節(jié)點來管理。列車通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)：列車通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)：列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)一、列車通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)一、列車通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) TCN 列車通信網(wǎng)絡(luò)將列車上的智能設(shè)備連接起來，完成下述功能：列車通信網(wǎng)絡(luò)將列車上的智能設(shè)備連接起來，完成下述功能：列車牽引控制及車輛控制如車門、車燈等的遠程控制；列車牽引控制及車輛控制如車門、車燈等的遠程控制；遠程診斷及維護

49、；遠程診斷及維護；旅客信息及舒適性；旅客信息及舒適性； TCN包括兩層結(jié)構(gòu)：包括兩層結(jié)構(gòu)：1連接各車輛的絞線式列車總線連接各車輛的絞線式列車總線Wire Train BusWTB，列車新編組時可，列車新編組時可自動配置，通信介質(zhì)為雙絞線通信速率為自動配置，通信介質(zhì)為雙絞線通信速率為1Mbit/s；2連接一節(jié)車輛內(nèi)或車輛組單元各設(shè)備的多功能車輛總線連接一節(jié)車輛內(nèi)或車輛組單元各設(shè)備的多功能車輛總線Multifunction Vehicle BusMVB)，經(jīng)優(yōu)化具有快響應(yīng)性，通信介質(zhì)為雙絞線或光纖，通信速率，經(jīng)優(yōu)化具有快響應(yīng)性，通信介質(zhì)為雙絞線或光纖，通信速率為。為。 網(wǎng)絡(luò)管理局部包括對網(wǎng)絡(luò)的配置

50、、維護、及操作。網(wǎng)絡(luò)管理局部包括對網(wǎng)絡(luò)的配置、維護、及操作。一、列車通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)一、列車通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)一、列車通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)一、列車通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) MVB總線用于連接位于同一節(jié)車輛內(nèi)或不同車輛內(nèi)的標準設(shè)備，構(gòu)成一列車通信網(wǎng)。標準設(shè)備包括可編程設(shè)備和智能傳感器和執(zhí)行器。 MVB可以連接4096個設(shè)備，不同設(shè)備分配不同地址。其中256個站具有消息傳送能力。二、多功能車輛總線二、多功能車輛總線 MVBMultifunction Vehicle Bus列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)MVB傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有以下三類：傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有以下三類：1過程數(shù)據(jù)：過程數(shù)據(jù)：定時播送的帶源地址的數(shù)

51、據(jù)，定時間隔小于定時播送的帶源地址的數(shù)據(jù)，定時間隔小于1ms；2消息數(shù)據(jù)：消息數(shù)據(jù)：有請求時應(yīng)答，帶有目的地址的點對點或播送數(shù)據(jù)；有請求時應(yīng)答，帶有目的地址的點對點或播送數(shù)據(jù)；3管理數(shù)據(jù)：管理數(shù)據(jù)：用于事件判決、主設(shè)備轉(zhuǎn)換、設(shè)備狀態(tài)發(fā)送的數(shù)據(jù)。用于事件判決、主設(shè)備轉(zhuǎn)換、設(shè)備狀態(tài)發(fā)送的數(shù)據(jù)。二、多功能車輛總線二、多功能車輛總線 MVBMultifunction Vehicle Bus列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)一 MVB物理層 MVB提供三種通信介質(zhì)，工作速率相同。1標準的RS-485收發(fā)器，距離20m，最多連接32個設(shè)備；2IEC61158-2規(guī)定的變壓器及電氣隔離收發(fā)器，采用屏蔽雙絞線，距離200m，最

52、多32個設(shè)備；3光纖，距離2000m，點對點連接或星形連接。 MVB上連接的設(shè)備都有一總線控制器，設(shè)備通過它來控制總線訪問。 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，正跳變那么表示0。二、多功能車輛總線二、多功能車輛總線 MVBMultifunction Vehicle Bus列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 二 MVB 幀 MVB幀是由9-bit起始位+數(shù)據(jù)+8-bit校驗位+結(jié)束位構(gòu)成的。 MVB有兩種幀： 主控幀：總線的某個總線管理器發(fā)送的幀； 附屬幀：由總線從設(shè)備發(fā)送，回應(yīng)某個主控幀。 基于幀結(jié)構(gòu)，MVB共有16種報文，在主控幀中以一個字碼F-code來區(qū)分，如

53、表所示。二、多功能車輛總線二、多功能車輛總線 MVBMultifunction Vehicle Bus列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 二二 MVB 幀幀 MVB介質(zhì)訪問控制采用主從方式，由唯一的主控器以定時輪詢的方式發(fā)送介質(zhì)訪問控制采用主從方式，由唯一的主控器以定時輪詢的方式發(fā)送主控幀。主控幀。 總線上其它設(shè)備均為附屬設(shè)備，需要根據(jù)收到的主控幀來回送附屬幀，它們總線上其它設(shè)備均為附屬設(shè)備，需要根據(jù)收到的主控幀來回送附屬幀，它們不能同時發(fā)送信息。不能同時發(fā)送信息。 MVB由專用主設(shè)備由專用主設(shè)備總線管理器進行管理，管理器是唯一的主設(shè)備。為增總線管理器進行管理，管理器是唯一的主設(shè)備。為增加可用性，可能有多個總線

54、管理器，它們以令牌方式傳遞主設(shè)備控制權(quán)。在一個加可用性，可能有多個總線管理器，它們以令牌方式傳遞主設(shè)備控制權(quán)。在一個給定時間，僅有一個管理器在總線上工作。對于多個偶發(fā)性響應(yīng)，主設(shè)備減少發(fā)給定時間，僅有一個管理器在總線上工作。對于多個偶發(fā)性響應(yīng)，主設(shè)備減少發(fā)送設(shè)備數(shù)量，直到不發(fā)生沖突。送設(shè)備數(shù)量，直到不發(fā)生沖突。二、多功能車輛總線二、多功能車輛總線 MVBMultifunction Vehicle Bus列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 二二 MVB 幀幀 根據(jù)通信網(wǎng)上所傳輸數(shù)據(jù)的性質(zhì)和實時性的要求，把通信網(wǎng)上的數(shù)據(jù)分為三類：根據(jù)通信網(wǎng)上所傳輸數(shù)據(jù)的性質(zhì)和實時性的要求，把通信網(wǎng)上的數(shù)據(jù)分為三類： 過程數(shù)據(jù)過程數(shù)

55、據(jù)process data：是那些短而緊迫，傳輸時間確定和有界的數(shù)據(jù)。：是那些短而緊迫，傳輸時間確定和有界的數(shù)據(jù)。把列車運行的控制命令和運行狀態(tài)信息定義為過程數(shù)據(jù)。過程數(shù)據(jù)的傳輸是周期性的。把列車運行的控制命令和運行狀態(tài)信息定義為過程數(shù)據(jù)。過程數(shù)據(jù)的傳輸是周期性的。 消息數(shù)據(jù)消息數(shù)據(jù)message data：是那些非緊迫的但可能冗長的信息。把診斷信息、：是那些非緊迫的但可能冗長的信息。把診斷信息、顯示信息和效勞功能作為消息數(shù)據(jù)來傳送。它們的傳送是非周期的，而且可以根據(jù)需顯示信息和效勞功能作為消息數(shù)據(jù)來傳送。它們的傳送是非周期的，而且可以根據(jù)需要分幀傳送。要分幀傳送。 管理數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)Super

56、visory data：是網(wǎng)絡(luò)自身管理、維護和初始化時在通信網(wǎng)：是網(wǎng)絡(luò)自身管理、維護和初始化時在通信網(wǎng)中傳遞的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)只有在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)或初始化時才傳遞，且傳遞時與其他兩種數(shù)中傳遞的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)只有在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)或初始化時才傳遞，且傳遞時與其他兩種數(shù)據(jù)不發(fā)生沖突。據(jù)不發(fā)生沖突。 因此在列車運行時通信網(wǎng)上傳送的只有過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)。因此在列車運行時通信網(wǎng)上傳送的只有過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)。二、多功能車輛總線二、多功能車輛總線 MVBMultifunction Vehicle Bus列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)二二 MVB 幀幀 列車運行時通信網(wǎng)上傳送的過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)用周期傳送和非周期列車運行時通信網(wǎng)上傳送

57、的過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)用周期傳送和非周期傳送來區(qū)分。周期性和偶發(fā)性數(shù)據(jù)通信共享同一總線，但在各設(shè)備中被分別傳送來區(qū)分。周期性和偶發(fā)性數(shù)據(jù)通信共享同一總線，但在各設(shè)備中被分別處理。周期性和偶發(fā)性數(shù)據(jù)發(fā)送由充當主節(jié)點的一個設(shè)備控制，這保證了確處理。周期性和偶發(fā)性數(shù)據(jù)發(fā)送由充當主節(jié)點的一個設(shè)備控制，這保證了確定性的介質(zhì)訪問。為此，主節(jié)點在根本周期中交替產(chǎn)生周期相和偶發(fā)相，如定性的介質(zhì)訪問。為此，主節(jié)點在根本周期中交替產(chǎn)生周期相和偶發(fā)相，如下圖。下圖。二、多功能車輛總線二、多功能車輛總線 MVBMultifunction Vehicle Bus 絞式列車總線 WTB是一種串行通信總線，主要是為車輛間建立

58、通信連接而設(shè)計的。以下圖表示了絞式列車總線的組成。三、絞式列車總線三、絞式列車總線WTBWired Train Bus一 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)可以到達1Mbit/s通信速率，長度為860m，對應(yīng)22節(jié)26m長的UIC列車，可連接至少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，正跳變那么表示0。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)三三WTB的介質(zhì)訪問機制的介質(zhì)訪問機制 1總線主節(jié)點負責(zé)介質(zhì)訪問，所有其他從節(jié)點只有當總線主對其輪詢總線主節(jié)點負責(zé)介質(zhì)訪問，所有其他從節(jié)點只有當總線主對其輪詢時才響應(yīng)。時才響應(yīng)。 2當列

59、車網(wǎng)絡(luò)組成改變時，每個節(jié)點都通知總線主自己所需被輪詢的當列車網(wǎng)絡(luò)組成改變時，每個節(jié)點都通知總線主自己所需被輪詢的周期，總線主據(jù)此建立輪詢策略。周期，總線主據(jù)此建立輪詢策略。 3根本周期為根本周期為25ms，緊迫的過程數(shù)據(jù)可以請求每個周期被輪詢，不，緊迫的過程數(shù)據(jù)可以請求每個周期被輪詢，不緊迫的可請求按特征周期輪詢，一個特征周期是根本周期的整倍數(shù)。緊迫的可請求按特征周期輪詢，一個特征周期是根本周期的整倍數(shù)。 三、絞式列車總線三、絞式列車總線WTBWired Train Bus列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)三三WTB的介質(zhì)訪問的介質(zhì)訪問 4隨著車輛數(shù)的增加，周期相增長，偶發(fā)相收縮。對于偶發(fā)性數(shù)據(jù)，隨著車輛數(shù)的增

60、加，周期相增長，偶發(fā)相收縮。對于偶發(fā)性數(shù)據(jù)，總線只要按順序輪詢節(jié)點，為縮短搜索時間，可通告有偶發(fā)性數(shù)據(jù)，那么總線只要按順序輪詢節(jié)點，為縮短搜索時間，可通告有偶發(fā)性數(shù)據(jù)，那么總線主在周期相后再次輪詢該節(jié)點偶發(fā)數(shù)據(jù)。總線主在周期相后再次輪詢該節(jié)點偶發(fā)數(shù)據(jù)。 5每個根本周期里，總線主輪詢其中一個端節(jié)點；如果端節(jié)點是自身，每個根本周期里，總線主輪詢其中一個端節(jié)點；如果端節(jié)點是自身，仍然輪詢自己并響應(yīng)，以便讓所有其他節(jié)點檢測總線主的存在口。仍然輪詢自己并響應(yīng)，以便讓所有其他節(jié)點檢測總線主的存在口。三、絞式列車總線三、絞式列車總線WTBWired Train Bus列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)1一個列車內(nèi)的初運行一個