动车组以太网通信系统技术原理及故障诊断方法
动车组以太网通信系统技术原理 及故障诊断方法
摘要：本文通过介绍动车组以太网网络通信系统拓扑结构、运行原理及故障诊断原理方法，过去一年持续跟踪基于以太网通信技术原理的批量动车组网络系统运用状态，故障率保持极低水平，充分体现以太网通信系统数据在传输实时性、抗干扰能力、热备冗余、可扩展性等方面的优势。关于文学的名人名言
关键词：动车组 以太网 故障诊断
0.引言
劳动节文案动车组列车通信网络是一种面向控制、连接车载设备的数据通信系统，主要实现车辆信息传输、逻辑控制、画面显示、故障诊断和用户支持等功能，车辆网络通信系统需保障可靠的设备控制、及时的状态监视和完整的故障诊断，确保列车安全可靠地运行。
随着动车组列车不停地更新换代，在可靠性、便捷性、智能化、旅客服务多元化等方面有了更高的要求，既有动车组网络通信系统存在数据传输慢、带宽宽小等缺点，制约着动车组迭代的进程。
以太网具有组网方便、开放性好、通信速率高、带宽高、可靠性高等优势，在因特网中得到长足发展。国际电工委员会（IEC）1999年颁布IEC61375-3通信标准，把机车通信网络结构划分为三层，即列车控制级、车辆控制级、设备控制级，随后国际电工委员会IEC/TC9 WG43工作组颁布实时列车车载以太网IEC61375-2-5（列车级网络）和IEC61375-3-4（车辆级网络）通信标准，形成列车通信网络标准体系。该标准确定列车总线采用以太列车骨干网(Ethernet Train Backbone，ETB)技术，以太网技术应用于轨道交通车辆网络通信，能为车辆提供更大的数据传输带宽，增强列车的安全性。
1.动车组网络通信系统
1.1通信数据类型：
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动车组网络通信系统主要传输控制信息、诊断信息、监控信息和其他多媒体信息等数据，实现全列车环境下的信息交换。根据列车网络数据实时传输性质的特点，将列车通信数据分为三类：
（１）管理数据：也称维护数据，为初始化、管理和监控及维护网络本身产生的数据，同时也包括软件升级、故障日志数据下载等数据。
（２）过程数据（process data）：主要包括控制命令和运行状态数据，例如主控、方向、司控器信号等控制命令，运行状态包括速度、网压、牵引电机电流、制动（BC）压力、设备温度等状态数据。该类数据量不大，但要求可靠性高，保证实时性和确定性。
（３）消息数据(message data)：主要包括故障、诊断信息，数据长短不一致，一般按需传输，需要保证一定的实时性。
1.2列车以太网拓扑结构
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动车组通信网络系统采用以太网网络原理传输过程数据、消息数据，动车组以太网网络系统结构分为三层，即列车级总线采用以太网列车总线(ETB，Ethernet Train Backbone)；车辆级总线采用车辆级总线（ECN，Ethernet Consist Network）；终端设备直接与ECN设备进行通信。
考研英语作文范文动车组常为8辆编组结构，采用4动4拖编组方式，具体编组为TC01+M02+TP03+MH04+MB05+TP06+M07+TC08，其中Tc为带司机室的拖车、M为动车、Tp为带受电弓的拖车。根据列车动力配置及编组状态，将每4节车划分为1个牵引单元，1个牵引单元为1个网段，当某个ECN网段出现故障时，只影响本网段内子系统的通信，不影响以太网列车总线和其它网段中子系统的通信。
1.2以太网交换中继单元
作为车辆网络控制系统的桥梁，动车组以太网网络系统主要由交换中继单元、终端设备以及通信线缆造组成。
交换中继单元需要支持基本的链路层数据帧的转发、IP通信功能（路由功能），交换中继单元集成ETB网络和ECN网络，01车、08车配置2个互为冗余备份的交换中继单元，即ETBN1、ETBN2，中间车（02-07车）配置1个中继单元，ETBN1跨单元通信功能，头车ETB用于承担ETB初运行。每个交换中继单元（SRU，Switch Repeater Unit）由1块以太网ETB交换板（2路通信端口）、2块以太网ECN交换板（32路以太网网口）、2块完全冗余并独立工作的电源组成。
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ETB网络使用线性冗余拓扑，即每个牵引单元ETB交换机线性排布在ETB总线上，两个ETB总线并行连接，即A、B路，互为热备冗余。骨干网采用链路汇聚方案，采用负载均衡策略传输，当某一条线路数据量较多时，新的数据会从另外一条链路传输，提高骨干网链路的可靠性。当ETB设备或通信线缆故障时切换至冗余链路。ETB可进入旁路模式，恢复通信，保证车辆网络的可靠性。该拓扑结构具有结构简单、连接关系单一、可扩充性好的优点。ETB总线主要用于传输车辆控制命令、状态数据和故障数据。列车级使用IEC61375-2-5标准规定的TTDP（Train Topology Discoverry Protocol）协议。ETB列车以太网总线的传输速率为100Mbit/s，数据传输周期为20ms。
车辆级ECN与列车级ETB通过交换中继单元内部背板总线连接。车辆级网络ECN采用单环形网络拓扑结构，列车数据可在环形网络上双向传输，即ECN终端可同时接收来自两个链路的以太网数据帧，接收处理先到达的数据帧，丢弃后到达的重复数据帧，这种环形结构可最大限度减少丢帧的可能性，保证列车级网络的确定性、实时性和安全性。若环形拓扑网络总出现线路断点，可能导致环网重新组网。车辆级使用IEC61375-2-3规定的TRDP（Train Realtime Data Protocol）协议，ECN通信速率可达100Mbit/s，ECN过程数据传输周期30～1000ms。ECN作为控制网时，各子系统间通过ECN交换机进行数据通信；作为
维护网时主要用于传输状态数据和故障数据，以及各子系统软件的上载和故障数据的下载。为避免数据在传输时产生碰撞而造成网络延迟，终端设备和网络设备在物理层采用全双工传输模式，对于标准终端设备的连接不能够采用自动协商协议，而对于临时连接在中的临时终端设备可以采用自动协商协议进行数据传输速率协商。
车辆网络子系统终端设备（ED）包括输入输出模块（IOM）、牵引变流器（DCU）、制动控制装置（BCU）、实时温度检测装置（ATDS）、稳定性检测装置（SDS）、空调装置（HVAC）、烟火报警装置（FAS）、旅客信息系统（PIS）等。终端设备均配置2路互为冗余的通信线路，分别与交换中继单元内两个冗余ECN板卡连接，系统间无干涉影响。终端设备使用TRDP协议（IEC61375-2-3）与ECN进行数据传输。

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