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摘要：本文介绍一般轨道交通列车的网络组成，并使用FLUKE网络测试仪测试网络性能的方法，同时列举网络系统的一些典型故障并做简要分析。
关键词：列车通信网络、网络测试仪、故障分析
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引言
随着经济的发展、科技的进步，国内越来越多的城市都在发展轨道交通系统，以期缓解日益严重的交通压力。在轨道交通列车上，存在着用以进行设备控制和旅客服务的大量信息。由于这些信息的数量和种类在不断增长，迫切需要一种大容量、高速度的信息传输系统。为满足上述要求，列车通信网络（TCN，Train Communication Network）应运而生。
一、列车通信网络简介
列车通信网络是面向控制的一种连接车载设备的数据通信系统，是分布式列车控制系统的核心组成部分，它以计算机网络为核心，把计算机技术、控制技术、设备故障诊断技术、网络通信技术紧密结合起来，它将整个列车微机控制系统的各层次及各层次各单元之间连接起来，作为系统信息交换和共享的渠道，实现全列车环境下的信息交换。
2020元旦祝福列车通信网络通常采用分层结构，根据列车控制的特点分为上下两层，即列车总线和车辆总线。列车总线连接不同车辆（单元）中的网络节点（网关），车辆总线连接同一车厢或固定车组内部各种可编程终端装置。列车总线和车辆总线是两个独立的通信子网，可采用不同的网络协议，通过一个列车总线节点（网关）互连。在应用层的不同总线之间通信时，由此节点充当网关。在车辆总线下扩展第3级总线即设备总线时，如连接传感器的总线或连接执行单元的控制总线，它们可作为车辆总线的设备连接到车辆总线上。列车通信网络的拓扑结构如图1所示。
图1 列车通信网络拓扑结构
以上结构并不是绝对的，整个列车网络的组成可以灵活多样。一节车厢内可以有一条或多条车辆总线，也可以没有；车辆总线亦可以在固定编组的情况下跨接几节车厢，如果整列车是固定编组，列车总线并不需要对接点进行连续编号，这时车辆总线可以起到列车总线的作用。
1.1 多功能车辆总线
多功能车辆总线（MVB，Multifunctional Vehicle Bus）是一种便于传感器和执行机构连接的现场总线，连接一个车辆内各个设备。总线能快速响应，传输速率为1.5Mbit/s，介质为双绞线或光纤。
MVB提供了两种连接：一是可编程设备之间的互连，二是将这些设备与它们的传感器和执行机构互连。MVB也能用作正常运行中固定编组列车的列车总线。
MVB可传送三种类型的数据：进程数据、消息数据和监视数据。进程数据，源寻址数据的周期性广播，最短的周期为1ms；消息数据，根据需要，目标寻址的单播或广播；监视数据，以事件鉴别、总线主权传送、设备状态传送为目的的数据交换。
MVB可采用以下三种不同的物理介质，它们都在相同速度下工作。20m以内采用电气短距离介质（ESD），依照IEC 8264（RS-485）标准的差分传输导线对。200m以内采用电气中距离介质（EMD），采用双绞屏蔽线和变压器作电气隔离。2000m以内采用光玻璃纤维介质（OGF），用于较高电磁干扰的环境。不同的物理介质可以直接通过中继器互相连接。
1.2 列车总线
列车总线（WTB，Wire Train Bus）贯穿全列车，连接列车中各个车辆。总线能自己组态，传输速率可达2.5Mbit/s，介质为双绞屏蔽线。
WTB是为互连车辆设计的串行数据通信总线。对于频繁改变其组成的列车组，WTB被设计成通过手插式跨接电缆或自动连接器来实现车辆之间的互连。WTB最显著的特点是它的以连续顺序给节点自动编号和让所有的节点识别何处是列车的左侧或右侧的能力。每当列车组成改变时，例如连挂或摘除车辆，列车总线各节点执行初运行过程。该过程在电气上将各节点连接起来，并给每个节点分配连续地址。初运行后，所有车辆均获得以下的列车结构信息：相对于主控制节点，它们各自的地址、方向（左/右）和位置（前/后）；列车中其
他车辆的数量和位置；其他车辆的型号及其支持的功能；各车辆的动力学特性，例如是否存在传动装置，可以帮助制动计算机推算列车长度和重量。
轰轰烈烈把握青春年华二、网络测试仪及其应用
在列车网络系统中通信电缆连接各种网络设备，电缆两端制作连接器。在连接器的制作过程中，若出现剥线过长、绞结不良、线对用错、针子型号或电缆型号用错等失误，则会造成列车网络通信故障，而这些故障仅仅依靠万用表校线之类的手段无法识别与定位。我们需要网络测试仪这种设备测量电缆性能，获得足够的参数，从而在列车调试时高效率地发现、解决网络方面的问题。
网络测试仪（电缆认证分析仪）采用以标准定义的测量性能的方法,将已安装的电缆系统的传输特性与某个标准相比较。电缆系统即数据链路，包括传输介质和端接元件。常见的传输介质有非屏蔽双绞线（UTP）、屏蔽双绞线（STP）、光缆（单模/多模）、同轴线缆。
2.1 测试操作
使用FLUKE网络测试仪测试电缆系统性能的步骤如下：将主机的旋钮转到AUTOTEST档，
同时智能远端开机；如图2所示连接测试仪；确认所用测试标准及电缆类型正确，否则重新设置；按TEST键开始测试。
图2 网络测试仪与被测电缆系统连接图
2.2 典型故障分析
现场需要测试以下参数：Wire Map接线图(开路/短路/错对/串绕)、Length长度、Propagation Delay传输时延、Delay Skew时延偏离、Insertion Lose插入损耗、Attenuation衰减、NEXT近端串扰、PS NEXT综合近端串扰、Return Loss回波损耗、ACR衰减串扰比、EL FEXT等效远端串扰、PS ELFEXT综合等效远端串扰。
根据测试结果，分析不合格参数，从而到问题所在并解决。例如衰减故障，过量衰减会
使电缆链路传输数据不可靠，导致该故障发生的原因有电缆材料的电气特性及结构、不恰当的端接、阻抗不匹配的反射等，因此我们可以通过分析测试长度是否超长、阻抗是否匹配等因素进行衰减故障的定位。
在高性能布线系统中两个主要的性能故障分别是近端串扰(NEXT)和回波损耗(RL)。
串扰是在线缆同一端测量两个线对间的干扰信号。造成近端串扰的原因有：在连接处双绞线的绞结被打开、插头与插座匹配不良、跳线质量差、不良的连接器、线缆性能差、串绕等。
回波损耗是线缆链路中阻抗不连续或是匹配不佳造成的。导致RL故障的因素有：未保持线缆的原始绞结，线缆线对的绞结被破坏或是有纽绞；连接器不良；线缆阻抗不恒定等。
我们利用FLUKE网络测试仪的HDTDX和HDTDR这两个功能来分析以上两个故障。
HDTDX高精度时域串扰分析，用于解决与NEXT有关的故障定位，在一对线上发信号，在另一对线上测量时域内的近端串扰幅值。
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HDTDR高精度时域反射分析，用于解决与特性阻抗不匹配有关的故障定位，在一对线上发信号，在同一对线上测量时域内的反射值。
以下图3为某一电缆系统的NEXT结果显示。
图3 NEXT测试结果
从图3可以看出3,6-4,5线对间NEXT不合格，HDTDX显示在3米处NEXT异常。此问题一般出现于连接器对接处，需要确认连接器头及座子是否维持线缆扭绞并确认两端是否为正确的类别。
以下图4为某一电缆系统的回波损耗测试结果。
风水书图4 RL测试结果
从图4可以看出3,6线对回波损耗不合格，HDTDR显示在23.2米处特性阻抗有不连续现象。
利用网络测试仪识别与定位故障，避免反复在没有故障的地方“排除故障”从而节省试验时间，同时避免重铺线缆、重新端接、重新测试中经费的浪费。
三、结论
目前，应用在我国城市轨道交通车辆上的TCN，主要系统集成商有Bombardier、Siemens和Alstom等。MVB作为车辆总线可以与WTB一起使用，也可以在固定编组列车中单独使用。
列车通信网络作为列车的重要组成部分，它的性能好坏直接影响列车的整体性能。因此，
应该立足自我，通过技术引进和改革创新，开发出拥有完全自主知识产权、性能优良的TCN。
参考文献：
[1]路向阳.我国列车通信网络的发展与应用[J].机车电传动,2001(6).
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