工业以太网在列车通信网络中的应用设计(3)
列车通信网络的前身为车载微机系统。1970年代末至1980年代初，西德西门子公司和瑞士布朗•勃法瑞公司（BBC）分别成功研制了“SIBAS”和“MICAS”微机控制系统。1988年，国际电工委员会第九技术委员会（TC9），与世界上20多个主要铁路运营部门和机车车辆制造厂家代表，以及国际铁路联盟的代表，共同组成第22工作组（WG22），其任务是制订一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂，并且车上的可编程电子设备能够互换，并以具有多年应用经验的“SIBAS”和“MICAS”微机控制系统作为雏形。1992年6月，第22工作组以委员会草案（Committee Draft）的形式向各国发出列车通信网络的征求意见稿，该稿分成四个部分：第一部分为总体结构，第二部分为实时协议，第三部分为多功能车辆总线（MVB），第四部分为绞线式列车总线（WTB）。
经过多年的努力，第22工作组在西门子公司和Adtranz公司（瑞士布朗•勃法瑞公司于1988年被Adranz收购）原有技术方案的基础上，共同开发出了一套系统标准。1994年5月至1995年9月，欧洲铁路研究所（ERRI）在瑞士因特拉肯至荷兰阿姆斯特丹之间的铁路，对瑞士联邦铁路（SBB）、德国铁路股份公司（DB）、意大利国家铁路（FS）、荷兰铁路（NS）的车辆编组而成的试验列车进行了全面的TCN实验。
1999年6月，TCN标准草案61375-1正式成为国际标准。在61375-1中，除了以上四个部分外，还有第五部分（列车网络管理），附录A（列车通信网导引）和附录B（一致性测试导则）。
图1 TCN列车网络拓扑图
1.2.2 列车通信网络国内外发展现状
1.2.3 几种现场总线的特点
以太网应用于列车通信网络是目前研究热点和发展趋势，但是通用现场总线经过几十年发展，技术比较成熟，应用很广，并且有自己独特的特点，在列车通信网络中还是具有重要的地位。以下简单介绍几种常见的总线。
(1) LonWorks
LonWorks是由美国ECHELON公司开发的一种通用现场总线技术，并逐渐形成了LONTALK协议。它采用面向对象的方法，实现了OSI参考模型的7层通讯协议，把网络通信设计简化成参数设置。目前在家庭自动化、交通运输、工业控制、楼宇自动化等行业广泛应用。LonWorks具有灵活性好、适应性强、性价比高的优点，适合用于轨道车辆。LonWorks主要用于美国地铁，在日本、美国、加拿大的货载列车以及澳大利亚、罗马尼亚、德国等国家的轨道列车上应用较为广泛，在国内，LonWorks也有一些应用，且装备了一些列车，如“新曙光"、“金轮”、“神州”等。
(2) WorIdFIP
WorldFIP是欧洲现场总线标准EN50170的一部分，它的北美部分和ISP合并为了FF，但是欧洲部分依然是独立的，已经一种成熟的总线技术，在欧洲市场应用广泛，主要应用在化工、交通运输、能源等领域。WorldFIP的特点是用单一的总线结构适应不同的应用领域的需求，并且不需要使用网关或网桥，通过软件的办法解决接口的衔接问题。
(3) CAN
CAN总线是由德国BOSCH公司开发出来的，最初目的是应用到汽车监控以及控制电子系统的数据通信。总线标准已经被指定成国际标准，得到Intel、NEC、Motorola等公司的支持。CAN协议分物理层和数据链路层共两层，因此可以广泛使用于不同的应用。CAN采用短帧结构进行信号传输，因此传输时间短，并且能自动关闭，所以抗干扰能力强。CAN支持多主工作方式，并采用了仲裁方式访问网络总线，通过优先级的设置来避免冲突，提高实时性，它的实时性能优于MVB和LonWorks。通讯速率可高达40Mbp/s，网络节点数实际可达110个。CAN总线常常应用在网络底层，在工业领域中应用广泛。在列车的应用上主要是做车厢总线。