基于TCN和工业以太网的动车组新型通信网络拓扑结构属于高速动车组新型通信网络拓扑结构领域，作为由MVB主干网、信号线分支网、牵引线分支网段和以太网兼容等多种网路分工和分流的新型通信网络拓扑结构，其通过向同一牵引单元内的两个邻近CCU之间增添的中继器形成MVB补充链路，大幅提高彼此协同的两个CCU之间的数据交换和分工速率，从而有效提高运算效率，避免网络拥塞的发生。其还通过工业以太网总线实现对子系统软件的集中上传和故障数据的集中下载以及作为诊断数据和模拟量数据的新通道，并对WTB总线和MVB总线的数据分流，进一步降低了网络负载率，使得控制数据的传输实时性和确定性大大增加，有效控制网路拥塞状态。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高速动车组新型通信网络拓扑结构领域，具体涉及一种基于TCN和工业以太网的动车组新型通信网络拓扑结构。
技术介绍
TCN列车通信网络是国际电工委员会(IEC)专门为列车通信网制定的标准，作为一种面向控制、连接车载设备的数据通信系统，TCN列车通信网络是分布式列车控制系统的核心。它集列车控制系统、监视系统、故障检测与诊断系统于一体，以车载微机为主要技术手段，并通过网络实现列车各个系统之间的信息交换，最终达到对车载设备的集散式监视、控制和管理等目的，实现列车控制系统的智能化、网络化与信息化。TCN列车通信网络标准可细分为RTP实时传送协议(Real-time TransportProtocol, RTP), WTB绞线式列车总线(Wire Train Bus，WTB)和MVB多功能车辆总线(Multifunct1nVehicle Bus, MVB)三部分。作为三种相对独立的体系结构，理论上可以在WTB绞线式列车总线或MVB多功能车辆总线上运行非RTP实时传送协议的其它协议，而RTP实时传送协议也可以作为除WTB绞线式列车总线或MVB多功能车辆总线外其它总线上的通信协议，例如RTP实时传送协议可以作为工业以太网上的传输协议。WTB绞线式列车总线以1.0Mbit/s的传输速率工作，MVB多功能车辆总线以1.5Mbit/s的传输速率工作。MVB多功能车辆总线将带有CCU中央控制单元的车辆计算机与同一车辆内的各子系统标准设备连接起来，组成下层分布式通信网络。MVB多功能车辆总线主要用于有互操作性和互换性要求的互联设备之间的串行数据通信一一即，MVB多功能车辆总线主要用于单独每一节车厢或由几节车厢组成的牵引单元内部的各种设备通讯数据的获取和传送，其是TCN列车通信网络最基础的通讯层级。每一节车厢或牵引单元均包含一段该车厢或该牵引单元专属的独立MVB多功能车辆总线，不同车厢或不同牵引单元的各段MVB多功能车辆总线则均在网关的连接下连接到列车的WTB绞线式列车总线。WTB绞线式列车总线是用于连接各节可动态编组车辆的列车级通信总线；作为一种以WTB/MVB网关为核心的串行数据通信总线，其可将各节车厢内的MVB多功能车辆总线计算机节点均串联起来，形成上层分布式网络，来自WTB总线数据报文经过网关转换为MVB数据报文，同理来自MVB的数据报文经过网关转换为WTB数据报文。WTB绞线式列车总线主要用于经常互相联挂和解挂的重联车辆并作为动车联挂时的对接接口网络。现有的CRH380系列动车组网络采用TCN列车通信网络架构，采用WTB总线作为列车总线，并采用MVB总线作为车辆总线，支持重联运行。如图1所示，现有的动车组为八辆编组，4动4拖，分为对称的两个牵引单元，即第一车至第四车共同组成第一牵引单元，第五车至第八车共同组成第二牵引单元，第一牵引单元和第二牵引单元内的MVB多功能车辆总线拓扑均采用完全相同的主干网和分支网结构。第一车和第八车均为牵引车头，其二者互为冗余备份，其余车厢顺次串联在第一车和第八车二者之间。 包括两个牵引车头在内的共八节车厢均分别包含一个隶属于该车厢的中继器，第二车至第七车的每一节车厢均包含一段该车厢专属的独立MVB多功能车辆总线，用于连接该车厢内的其它MVB设备。作为牵引车头的第一车则包括第一车中继器I和第一车中继器2，另一牵引车头的第八车则包括第八车中继器I和第八车中继器2。第一牵引单元内包括(XU1-MVB分支网段、(XU2-MVB分支网段、第一牵引单元MVB干线网段、第二至第四车MVB分支网段、多个中继器以及每节车厢专属的MVB设备；其中，CCUl-MVB分支网段、第二 CCU2-MVB分支网段均设置在第一车内，即第一牵引车头内；CCUl-MVB分支网段、第二 CCU2-MVB分支网段、第二车MVB分支网段、第三车MVB分支网段、第四车MVB分支网段均分别通过各自对应的一个中继器与第一牵引单元MVB干线网段串联；第二牵引单元内包括CCU3-MVB分支网段、CCU4-MVB分支网段、第二牵引单元MVB干线网段以及第五至第七车MVB分支网段；CCU3-MVB分支网段、CCU4-MVB分支网段、第五车MVB分支网段、第六车MVB分支网段和第七车MVB分支网段均分别通过各自对应的一个中继器与第二牵引单元MVB干线网段串联；其中CCU3-MVB分支网段、第二 CCU4-MVB分支网段均设置在第八车内，即第二牵引车头内；隶属于第一牵引单元内的第一至第四MVB多功能车辆总线均彼此并联汇入第一牵引单元内的MVB干线网，第二牵引单元与第一牵引单元完全对称。第四车与第五车之间的MVB总线彼此不连接。(XU1-MVB分支网段内包括第一中央控制单元CXUl、第一车MVB子设备和WTB网关1，其三者通过MVB线缆顺次串联，第一中央控制单元CXUl还通过MVB线缆和第一车中继器I与第一牵引单元MVB干线网段连接；CCU2-MVB分支网段、CCU3-MVB分支网段和CCU4-MVB分支网段的内部结构和布局均与CCUl-MVB分支网段完全相同。TCN列车通信网络通过包含CCU中央控制单元的列车运行控制计算机对出现在轨道车辆上的所有相关配置寻址，包括连接各车辆的WTB绞线式列车总线及连接车辆内部或车辆设备的MVB多功能车辆总线。第一牵引单元内的第一 WTB绞线式列车总线将第一牵引单元内的WTB网关I和WTB网关2串联起来，形成第一牵引单元WTB总线。第二牵引单元内的第二 WTB绞线式列车总线将第二牵引单元内的WTB网关3和WTB网关4串联起来，形成第二牵引单元WTB总线。第一牵引单元WTB总线与第二牵引单元WTB总线通过WTB线缆分别延伸至第四车和第五车内，在动车的第一牵引单元与第二牵引单元彼此联挂时，第一牵引单元WTB总线与第二牵引单元WTB总线联挂实现串联，共同形成整车WTB总线。CXU中央控制单元在MVB总线中担当总线管理器和应用层逻辑处理器的重要角色，因此，必须对其进行冗余性设计。以第一牵引单元为例，其第一中央控制单元CCUl和第二中央控制单元CCU2均布置在第一车内。第一牵引单元内的第一 WTB绞线式列车总线和第一牵引单元MVB主干线网段均受互为冗余的第一中央控制单元CCUl和第二中央控制单元CCU2协同控制；第二牵引单元内的第二 WTB绞线式列车总线和第二牵引单元MVB主干线网段则按相同的方法由第二牵引单元内的第三中央控制单元CCU3和第四中央控制单元CCU4协同控制。其他包含MVB接口的子设备如同样需要进行冗余设计，则将冗余的设备如CCU中央控制单元一样分配在两个MVB网段中；如无冗余设计需求，放在哪一个网段中则视具体情况而定。在此种拓扑结构下的TCN列车通信网络拓扑在相同数据量的情况下带宽占用率接近60%，在动车组实际运营过程中会发生由于网络阻塞导致的列车故障。另一方面，过去十几年中，现场总线是工厂自动化和过程自动化领域中现场级通讯系统当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于TCN和工业以太网的动车组新型通信网络拓扑结构，采用四动四拖编组方式，该通信网络拓扑结构包括两个牵引车头在内的共八节车厢分为对称的两个牵引单元，即第一车至第四车共同组成第一牵引单元，第五车至第八车共同组成第二牵引单元，其余车厢顺次串联在第一车和第八车二者之间；第一牵引单元WTB总线与第二牵引单元WTB总线通过WTB线缆分别延伸至第四车和第五车内，在动车的第一牵引单元与第二牵引单元彼此联挂时，第一牵引单元WTB总线与第二牵引单元WTB总线通过联挂对接实现串联，共同形成整车WTB总线；所述MVB网络拓扑结构的第一车和第八车均为牵引车头，其二者互为冗余备份，第二车至第七车的每一节车厢均包含一段该车厢专属的独立MVB多功能车辆分支网段并用于连接该车厢内的其它MVB设备；隶属于第一牵引单元内的第二至第四MVB多功能车辆总线均分别通过一个与该车厢编号相同的独立中继器彼此并联汇入第一牵引单元内的MVB干线网，第二牵引单元的拓扑结构与第一牵引单元的拓扑结构完全对称；第四车与第五车之间的MVB总线彼此不连接；其特征在于：该通信网络拓扑结构还包括新CCU1‑MVB信号线分支网段、新CCU2‑MVB信号线分支网段、新CCU3‑MVB信号线分支网段、新CCU4‑MVB信号线分支网段、第一MVB牵引线分支网段、第二牵引线分支网段、第一牵引单元ETH网络拓扑结构、第二牵引单元ETH网络拓扑结构、第一车中继器1、第一车中继器2、第八车中继器1和第八车中继器2；所述新CCU1‑MVB信号线分支网段包括CCU1、CCU1‑MVB信号线分支网段设备和WTB网关1，其三者通过MVB线缆顺次串联；所述新CCU2‑MVB信号线分支网段的内部结构与新CCU1‑MVB信号线分支网段的结构形式完全相同；所述新CCU1‑MVB信号线分支网段和新CCU2‑MVB信号线分支网段均位于第一车内，其二者互为冗余备份且共同构成第一车CCU主控系统；所述新CCU1‑MVB信号线分支网段内的CCU1通过一条MVB线缆与第一牵引单元内的MVB干线网连接，并同第二至第四MVB多功能车辆总线均分别形成并联关系；所述新CCU2‑MVB信号线分支网段内的CCU2也以相同的方式并联汇入第一牵引单元内的MVB干线网；所述新CCU1‑MVB信号线分支网段和新CCU2‑MVB信号线分支网段各自的CCU1和CCU2还另行分别通过对应的一条MVB线缆均与第一车中继器1连接，所述第一MVB牵引线分支网段由除CCU1‑MVB信号线分支网段设备、CCU2‑MVB信号线分支网段设备外的其它MVB子设备通过MVB总线串联构成；第二MVB牵引线分支网段由除CCU3‑MVB信号线分支网段设备、CCU4‑MVB信号线分支网段设备外的其它MVB子设备通过MVB总线串联构成，第二MVB牵引线分支网段与第一MVB牵引线分支网段的结构形式完全相同；所述新CCU2‑MVB信号线分支网段内部的WTB网关2通过第一WTB绞线式列车总线与新CCU1‑MVB信号线分支网段内部的WTB网关1连接，WTB网关1通过WTB线缆分别延伸至第四车并汇入第一牵引单元WTB总线；所述第一牵引单元ETH网络拓扑结构包括第一车至第四车ETH交换机及其ETH负载设备、ETH/MVB网关1和ETH/MVB网关2，所述第一车至第四车ETH交换机及其ETH负载设备分别位于第一至第四车内，其第一车ETH交换机至第四车ETH交换机之间顺次通过ETH线缆串联；所述ETH/MVB网关2通过MVB线缆与新CCU2‑MVB信号线分支网段内的CCU2‑MVB信号线分支网段设备连接；所述ETH/MVB网关1也以同样的方式与CCU1‑MVB信号线分支网段设备实现连接；所述ETH/MVB网关2还分别通过MVB线缆与第一车ETH交换机和第一MVB牵引线分支网段连接，ETH/MVB网关1则通过ETH线缆与第一车ETH交换机连接；所述第二牵引单元ETH网络拓扑结构包括第五车至第八车ETH交换机及其ETH负载设备、ETH/MVB网关3和ETH/MVB网关4，所述第五车至第八车ETH交换机及其ETH负载设备分别位于第一至第四车内，其第五车ETH交换机至第八车ETH交换机之间顺次通过ETH线缆串联；所述第二牵引单元ETH网络拓扑结构的内部拓扑结构形式与第一牵引单元ETH网络拓扑结构完全相同。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：关吉瑞，李强，吕龙，刘国梁，王文勇，
申请(专利权)人：长春轨道客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。