淺析基于TCN的地鐵列車通信網絡系統

艾子洋 尚磊

摘 要：隨著科學技術水平的提高和嵌入式微機控制技術的創新發展，現代地鐵列車的過程控制逐漸由傳統的直接數字控制系統向著分布式控制系統發展。本文通過對基于TCN地鐵列車通信網絡系統的分析，從TCN層次結構、TCN網絡組態以及TCN控制系統特征三個方面著手，對基于TCN的地鐵列車通信網絡系統展開深入研究，希望能為相關研究工作的開展提供參考。

關鍵詞：TCN；地鐵列車；通信網絡系統；分布式控制系統

一、基于TCN的地鐵列車通信網絡系統概述

列車控制系統、檢測系統以及故障診斷系統是當前組成地鐵列車車載危機的主要技術手段，在保證地鐵列車穩定運行以及服務水平提升方面發揮著重要作用。網絡系統是地鐵列車故障診斷與運行控制的核心部分，主要具有冗余功能、安全回路、故障診斷以及數據收集等一系列功能。基于TCN的地鐵列車通信網絡系統采用的是TCN網絡結構，是由列車總線WTB系統以及車輛總線MVB系統兩個部分共同組成，并且列車總線WTB與車輛總線MVB均為兩路冗余，同時分為4個MVB網段（即：對應四個牽引單元），牽引單元之間主要是借助TCN網關的WTB總線實現連接。除此之外，在整個地鐵列車通信網絡系統中，網絡系統還涉及到列車中央控制單元CCU、列車牽引控制單元TCU、列車制動控制單元BCU、列車輔助控制單元ACU等等，而列車人機接口HMI、分布式輸入輸出模塊以及緊湊式輸入輸出模塊等等，在地鐵列車通信網絡系統中也發揮著重要作用。

二、基于TCN地鐵列車通信網絡系統結構

（一）TCN層次結構

列車控制與診斷信息數據通信網絡簡稱為列車通信網，即TCN（Train Communication Network），基于TCN的地鐵列車通信網絡系統可以將地鐵列車內部整體微機控制系統中各個層級和各個單元進行緊密聯系，并將其作為實現第地鐵列車通信網絡系統中信息交換與共享的主要渠道。從某種程度上講，基于TCN的地鐵列車通信網絡系統，促進了列車整體網絡環境下的信息交換，地鐵列車通信網絡系統的廣泛應用，在很大程度上使得地鐵列車控制系統向著分布式控制系統進行發展和優化，同時為地鐵列車通信網絡系統信息化水平的提升奠定良好的基礎。

國內的通信網絡系統以及車載網絡技術是在現場總線網絡技術不斷的背景下逐漸發展而來，車載網絡主要被分為兩級總線的層次結構，也可以將其理解為用于連接列車內部各個節點動態編組的絞線式列車總線WTB，另一種形式主要是用于連接不同車輛以及固定列車內部編組車輛單元的多功能車輛總線，簡稱為MVB。列車總線之間所涉及的列車總線節點在整個網絡系統中承擔著網關的作用，MVB網絡總線憑借自身較強的易用性特點以及較低的要求，在網絡系統中得以廣泛應用。

一般情況下，基于TCN的地鐵列車總線與車廂總線屬于兩個完全獨立的通信子網，這兩個獨立存在的通信子網可以采用不同的網絡與協議，所以在地鐵列車通信網絡系統建立過程中，外來保證網絡系統的功能性與可靠性，需要考慮到以下幾方面的內容：第一，地鐵列車總線可以對列車總線中的各個節點進行命名以及確定基本方位，這種情況下往往會涉及到復雜程度相對較高的硬件以及初始化過程，而然這些對于地鐵列車內部相關設備固定的車廂總線而言無疑是多余的；第二，一般情況下，地鐵列車車廂總線網絡在定時方面的要求要遠遠高于列車總線對于定時的要求，地鐵列車車廂總線網絡中的響應時間比列車總線網絡的響應事件要快出10倍以上。

（二）TCN網絡組態

在分析研究TCN網絡組態相關問題時，應該從列車的三種構成方式這一角度出發，關于列車構成方式的定義具體如下：第一，開式列車。這種列車主要是由一組車輛構成，同時開式列車的組成在列車的正常運行過程中可以進行相應的調整，典型的開式列車有國際鐵路聯盟列車（UIC）；第二，封閉式列車。這種類型的列車主要是由一組車輛構成，但是在列車正常運行過程中不支持組成變化，也是地鐵列車的基礎構成方式；第三，多單元列車。主要是由多個封閉式列車單元共同構成，在列車運行過程中其單元數量可以改變。而TCN在地鐵列車中的組態可以呈現出多種形式。比如：在由多個封閉式列車組成的多元列車中，可以使用WIB作為基本的地鐵列車總線，如果使用其他方式組態，還可以用MVB總線進行代替。

（三）TCN控制系統特征

基于TCN的地鐵列車通信網絡系統在實現地鐵列車通信信息共享方面起到重要作用，同時在強化網絡系統控制功能方面也發揮著積極的作用，TCN控制系統在這一環節中的作用顯而易見。TCN控制系統的應用特征主要體現在以下幾個方面：第一，分布性特征。地鐵列車控制系統屬于集中控制系統中的一種，其自身具有的分布式特點還具有一定的共性特征。比如：軟件與硬件結構上的模塊性、運行方式上的自治性、系統功能方面的并行性以及系統構成上的透明性等；第二，實時性特征。地鐵列車控制系統屬于實時系統，其實時性特征主要體現在在線實時響應方面，同時系統還可以對處于運行狀態的設備進行實時監測，保證設備運行的安全性與穩定性。[1]

三、結語

綜上所述，基于TCN的地鐵列車通信網絡系統的建設涉及到多個方面的內容，借助多種總線技術將分布在地鐵列車各個位置且具有特定功能的計算機進行緊密聯系，在實現通信資源共享、列車分散監控、集中管理與操作以及協同工作等方面發揮著不可忽視的重要作用。基于TCN的列車網絡控制系統是在計算機網絡的基礎上發展而來，將計算機技術、控制技術以及網絡通信技術有機結合，從而為地鐵列車的穩定運行提供保障。

參考文獻：

[1]陳文翔.基于TCN的CRH3型高速列車控制系統半實物仿真平臺設計[D].浙江大學，2012.