列车控制网络技术的现状与发展趋势

金 犇（辽宁铁道职业技术学院,辽宁 锦州 121000）

列车控制网络技术的现状与发展趋势

金 犇
（辽宁铁道职业技术学院,辽宁 锦州 121000）

本文主要详细介绍了当前列车控制网络技术的发展现状，分析了IEC TCN , WorldFIP, LonWorks和CAN等主要网络技术的应用，探讨了IEC网络标准的发展方向，指出了列车控制网络技术的发展趋势。

列车控制；网络技术；现状；发展趋势

0 前言

在现代列车发展进程中，控制网络技术为核心技术，应用范围十分广泛。

目前，网络技术彰显一定的开放性，经济性得到极大提升，在远程控制、信息互动方面提出了更高的要求，而IEC TCN , WorldFIP, LonWorks和CAN等技术恰好适应这一要求，使得这种控制网络在列车上得到联合适应，呈现相互融合的发展状态。

1 对当前列车控制网络技术应用现状进行的分析

1.1 IEC TCN 网络技术的开发应用现状

（1）IEC TCN主要服务于铁路机车和动车，主要包含两层总线架构，即绞线式列车总线和多功能车辆总线，其协议的转换主要借助节点来完成。总线的功能是实现车辆之间的通信，发挥列车初行和烧结的性能，准确辨别车辆在整个编列中的具体位置以及前进的方向，在根本上满足列车编组的要求。而对于车辆总线，主要完成车内具有控制作用的设备的相关交流。

（2）IEC TCN在1999年被采纳为列车通信网络的统一、国际性标准，并完成了网络一致性测试标准的制定工作。近些年，TCN得到了控制部件厂商的支持，对其网络控制系统的集成应用作用重大。目前，TCN网络技术主要集中在一些对互操作性和实时控制性标准比较高的高速机车或者动车组，也包含一些载重大和地铁列车等轨道交通工具[1]。我国将其定为铁路行业的主要标准，在很多动车组和电力机车中进行广泛的推广。

1.2 其他控制网络技术的应用现状

1.2.1 WorldFIP

WorldFIP具备三层结构，主要是物理层、数据链路层以及应用层。对于物理层，其目的是实现信息由单一设备传输到总线的相关机器，介质为光纤等材质；数据链路层的作用是针对数据进行的有效性访问，关注实时控制；应用层提供的是一种访问功能，针对信息的变量。WorldFIP网络掌控功能比较突出，仲裁器和用户站构成了完整的系统，在同步性和科学性方面比较突出。WorldFIP 与TCN具有网络方面的共性，十分相似，传输功能主要借助曼彻斯特编码实现，能够容忍介质和总线仲裁器的冗繁，同时，在网络管理和控制方面具有一定的优势。WorldFIP属于现场总线，彰显开放性的特征，其设计师、客户都能够接受专业的培训和具体功能的检测。在WorldFIP内部，成员众多，在经过行业内的运用和改善升级之后，技术性比价成熟，在部件、产品种类和设备方面都相对比较健全。WorldFIP技术在汽车制造业、化工领域的应用十分普遍，在轨道交通领域主要体现在地铁、动车等项目。

1.2.2 LonWorks

LonWorks为通用工业的现场总线，发展迅速。它的运行方式具有简单的核算方式，可靠性较高，节点接受的访问具有平等性。LonWorks采用退避计算方式，解决了重负荷的性能难题。LonWorks的形成是建立在LonTalk协议的前提下，其主要网络结构体现为拓扑结构。完整的LonWorks网络技术主要包含收发器、芯片、协议固件以及相关的工具和软件，有利于网络产品的不断开发和应用。

在列车制动控制领域，LonWorks被认定为基本的行业指标。近些年，这一网络技术在列车领域受到高度重视，进行了积极的推广。很多国家将其应用在照明、空调等部位的实时监管和控制。在我国，其网络主要应用在客车的电气设备的控制以及动车的重联控制。1.2.3 CAN 与CANopen

CAN是多主串行通信总线，主要作用是实现设备之间的信息的无障碍沟通。当前，CAN 与CANopen在轻轨、地铁和货车等领域应用较为广泛，同时，在控制子系统中也具有一定的功能，例如，制动、牵引等[2]。针对CANopen技术，将重点集中在网络应用制度和开发和运用方面。

2 列车控制网络技术的发展趋势

2.1 IEC 列车控制网络标准的最新发展趋势

IEC制定TCN的主要目的是为了实现列车、车载控制设备之间的互操作性的增强，减少对车控系统的各方面支出，实现后期费用的降低，获取更大经济收益。总线技术的应用以及在铁路领域的深入应用，使得对控制网络技术提出了更高的要求，也就是涉及整体优势、机动性以及开放性等方面。于是，成立了TAHG,进行相关内容的完善和修改。TAHG对总线进行评估，形成互联模型。当前，主要应用形式为模块式，实现对TCN标准文献的重构。

2.2 对列车控制网络技术发展趋势的分析

目前，网络技术发展迅速，促使控制网络的运用实现较大进步，区域逐渐扩大，客户针对其投入、扩展提出了更高的标准，促进灵活性、可行性、丰富性的发展。对于多种形式的控制网种类，质量各不相同，尤其在铁路领域，都没有实现完美的效果。因此，列车网络技术的标准将不受到技术标准的限制，形成多种网络技术并存的局面[3]。具体发展趋势为：

（1） 各个主体之间竞争日益激烈，形成多种网络技术共同存在的状态。IE C TCN 网络技术是在WTB和MVB的基础上发展起来的，是专门为铁路系统而研制和开发的，代表企业利益，在实时性和可靠性方面特征突出，能够在根本上满足铁路领域特别的要求，必将成为一段时期铁路列车控制网络技术的主要方向，更多应用于动车、地铁等高端市场的需求，而对于其它一些常规的网络技术，如CAN open等，鉴于便利性和开放性的特征，将运用于信息量小、对实时性没有要求的领域，如货车、轻轨等的控制子系统。

（2）兼容性明显，相容并蓄，在整个系统中存在多种网络形式。当前，用户的需求呈现上升的趋势，实现了网络技术的协调发展，如WorldFIP , CANopen , TIMN,LonWorks等将实现与TCN 的共存，技术之间能够实现功能的互补，借鉴各自优势，同时，这种趋势将持续相当长的时间。例如，在列车总线中，WTB将被广泛使用，而对于车辆总线，MVB将被大量利用，但是，WorldFIP , CANopen等也可能被运用。

（3）技术将不断创新，工业以太网被引入铁路列车控制领域，成为新的发展契机。近些年，工业以太网技术在工业自动化以及过程控制领域实现了突飞猛进的发展，逐渐发展到对工业发展的控制和管理领域，将开放特征的网络技术与总线型网络技术进行积极、科学的融合。当前，在铁路行业，对网络远程的分析、维护、诊断、用户信息以及舒适性的编制和要求发生了变化，需要进行较大程度的技术升级，以太网的存在能够集中发挥对列车网络高层信息网络的关键性作用，保证信息在垂直方向交流的顺畅性，有效连接下层车载控制设备，促进现代宽带网络系统的形成，彰显在信息沟通、车辆掌控以及服务方面的优势，促进网络与信息的紧密结合。

3 结束语

当前，我国的列车控制完了技术处于初级发展时期，在技术开发和应用方面比较落后，因此，要紧抓铁路发展额契机，吸收先进技术，进积极的研发和创新，更好地满足客户对列车控制网络技术的需求，保证技术稳定而成熟，可行性高，能够创造更高的价值和收益，这也是网络技术相关行业和企业需要共同努力的目标。

[1]李洋涛.TCN列车网络技术现状与发展[J].单片机与嵌入式系统应用,2012(01):4-7.

[2]彭权威. 基于OPNET的列车通信网络仿真研究[D].西南交通大学,2010.

[3]聂晓波.列车控制网络实时性能分析及调度策略研究[D].北京交通大学,2011.