谈论地铁总线通信控制网络

20世纪70年代末80年代初，以单片机为代表的计算机开始应用到列车控制及故障诊断、显示系统。工业控制总线技术和控制方式的不断进步，并在列车中得到推广应用，使得许多原来用硬连接线不易实现或不可能实现的功能成为可能。而随着地铁运输要求的提高以及计算机网络技术的不断发展，在地铁领域逐步形成了所谓的列车通信控制网络。早期的列车微机控制系统仅用于传动装置的控制，随着计算机技术的发展以及控制、服务对象的增多，计算机在地铁列车上的应用依次划分为：列车控制、车辆控制、传动控制和过程驱动。目前，在国际上运用比较广泛的列车总线通信控制网络有：TCN（TrainCommunicationNet-work），LonWorks（LocalOperatingNetworks），ARCNET（AuxiliaryResourceComputerNetwork）等。

1、三种列车总线通信控制系统

1.1TCN列车总线通信控制网络

这里用Adtranz公司以TCN为标准开发的MITRAC系统，来介绍TCN列车总线控制网络。早期Adtranz的MICAS-S2系统将列车通信网络分成列车总线和车辆总线，列车总线采用FSK（频移键控），通信波特率为19.2kb/s,车辆总线采用RS-485串行通信标准；局部总线采用双绞线，远程总线采用光缆，通信波特率为1.5Mb/s。MITRAC系统则是在MICAS-S2的基础上发展起来的分布式列车控制网络，其协议已完全符合TCN的标准。应用TCN标准的列车通信总线（WTB）能实现整列车之间的通信，应用多功能车辆总线（MVB）能实现固定车辆组之间及车辆内部的通信。后由于Adtranz被Bombardier收购,所以MITRAC现在被叫做：庞巴迪轨道车辆牵引控制的电子系统。基于MITRAC系统组成的车辆控制和通信系统叫TCC（即固定单元组的MVB）。有协调所有总线之间的通信和控制列车的功能。其系统的核心是列车控制单元VTCU，它是一个总线管理器，连接MVB和WTB，管理列车控制和网关通信。每个三车单元都有相同结构的TCC和硬件结构。总线管理器控制总线成员之间的通信，它管理所有的总线成员。

1.2LonWorks列车总线通信控制网络

LonWorks是用于开发监控网络系统的一个完整的技术平台，并具有现场总线技术的一切特点。其通信协议LonTalk支持OSI全部的七层模型，这是LonWorks总线最突出的特点。我国已将LonWorks制定为列车通信网络标准的一部分。对LonWorks网络的规定：适用于连接一个基本运转单元（单个车辆或车辆的固定组合）或一组基本运转单元内的电子装置，传送时间不太紧迫、时间不要求确定的由事件驱动的消息数据的传送，主要应用于列车监控系统中。由于列车监控系统监控对象组成的相对固定和列车编组的特殊性，标准同时规定了最为常用的网络拓扑结构和网络中的总线关系。

1.3ARCNET列车控制网络系统

ARCNET是一个开放标准协议，1999年成为美国国家标准ANSI/ATA-878.1。它是一种基于令牌传递（TokenPassing）协议的现场总线。从OSI参考模型来看，ARCNET位于ISO/OSI七层网络体系模型中的物理层和数据链路层。每个ARCNET物理节点包括一个数据链路层的通信控制器芯片和一个物理层的收发器芯片。在数据链路层，它采用令牌环机制，各节点通过传递令牌来协调网络使用权。节点使用唯一的MAC地址标识自己，单个ARCNET子网最多可有255个节点，ARCNET支持点对点的定向消息和单点对多点的广播消息。ARCNET在列车上的应用以日本为主要代表。日立的ATI-C系统就是基于ARCNET总线技术设计的。以三动三拖的地铁列车为例，ATI系统列车总线采用ARCNET总线，车辆总线采用RS-485通讯总线。

2、三种列车总线通信控制网络比较

三种列车总线通信控制网络分别在不同的三个地区得到不断发展，欧洲TCN，美国LonWorks，日本ARCNET。现阶段三种列车总线控制技术都较为成熟，但三者间存在着较大差异。TCN网络是专门为列车设计的，而LonWorks和ARCNET是为办公自动化而设计的网络，由于其优越的过程处理能力而被移植到列车控制网络当中。TCN只能组成总线型网络，LonWorks能组成任何形式的网络，ARCNET可以组成总线型或环型网络，但在列车控制网络中一般都采用总线型网络。TCN网络中，WTB总线只能作为列车级总线，MVB总线作为车辆级总线（可承担部分列车级总线功能）。LonWorks网络中，定义列车级与车辆级为不同的域(DOMAIN)。跨越两个域的节点可作为路由器(ROUTER)、节点(PROXY)或网关(GATEWAY)。在同一域可以点对点、点对多点通信，可以按子网(SUBNET)或组(GROUP)组网，即在同一条物理介质上实现多个网络的组网。ARCNET网络中，ARCNET作为列车级总线，其车辆总线由RS-485总线或其它总线组网。目前，几种网络之间存在着不同的组网方式，如：TCN与LonWorks混合组网，其形式为：以WTB总线为列车级总线，LonWorks为车辆级总线。例如：新泽西的“慧星”号列车由采用TCN的ADtranz机车和采用LonWorks的ALSTOM客车组成。在列车级网络中，WTB总线通信不经过中间车辆路由传递，而是由总线直接连接，LonWorks和ARCNET总线中列车级总线通信是通过中间车辆的路由传递来完成的。在数据通信差错控制方面，三者一般均采用循环冗余校验码（CRC）。在介质访问控制方式方面，TCN网络采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）。LonWorks网络采用P-CSMA。而ARCNET采用令牌传递总线（Token-PassingBus）方式。这三种介质访问控制方式中ARCNET的令牌传递总线方式最为稳定，因为它采用的令牌方式是一种按照一定顺序的在各站点传递令牌的方法，谁得到令牌，谁才有发起通信的权利，从而避免几个结点同时发起通信而产生的冲突，特别适合在数据流量巨大的情况下应用。编码方式上，TCN和LonWorks一般采用Manchester编码（曼彻斯特编码）、而ARCNET一般采用NRZI编码（非归零反相编码）。

3、结束语

国外的列车总线通信控制技术发展都相当的快速，而且也很成熟。出现多种不同的控制方式主要是由于各大公司之间的利益与竞争导致的结果。而列车总线通信控制技术是我们国家地铁列车的薄弱环节，所以今后我们应该加快对国外先进技术的学习消化吸收，提高国产化率，这对我们国家降低制造列车成本有着重要的意义。