隨著海思強(qiáng)大的LonWorks技術(shù)應(yīng)用研發(fā)能力及技術(shù)服務(wù)能力在中國(guó)市場(chǎng)影響力的進(jìn)一步增強(qiáng)，作為LonWorks技術(shù)重要應(yīng)用領(lǐng)域的軌道交通，尤其是列車控制系統(tǒng)行業(yè)，我國(guó)正加緊步法追趕國(guó)際先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)眾多核心企業(yè)紛紛與海思達(dá)成戰(zhàn)略合作關(guān)系。本文向大家介紹列車控制系統(tǒng)常用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，并分析它們的各自優(yōu)勢(shì)，及其差異性，為海思未來發(fā)展戰(zhàn)略儲(chǔ)備堅(jiān)實(shí)的知識(shí)。
近年來。地鐵運(yùn)輸要求的提高以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，在地鐵領(lǐng)域逐步形成了所謂的列車通信控制網(wǎng)絡(luò)。早期的列車微機(jī)控制系統(tǒng)僅用于傳動(dòng)裝置的控制，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及控制、服務(wù)對(duì)象的增多，計(jì)算機(jī)在地鐵列車上的應(yīng)用依次劃分為：列車控制、車輛控制、傳動(dòng)控制和過程驅(qū)動(dòng)。目前，在國(guó)際上運(yùn)用比較廣泛的列車總線通信控制網(wǎng)絡(luò)有：TCN（Train Communication Net-work），LonWorks（Local Operating Networks），ARCNET（Auxiliary Resource Computer Network）等。
一、三種列車總線通信控制系統(tǒng)說明
1、TCN列車總線通信控制網(wǎng)絡(luò)
這里用Adtranz公司以TCN為標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的MITRAC系統(tǒng)，來介紹TCN列車總線控制網(wǎng)絡(luò)。
早期Adtranz的MICAS-S2系統(tǒng)將列車通信網(wǎng)絡(luò)分成列車總線和車輛總線，列車總線采用FSK（頻移鍵控），通信波特率為19.2kb/s,車輛總線采用RS-485串行通信標(biāo)準(zhǔn)；局部總線采用雙絞線，遠(yuǎn)程總線采用光纜，通信波特率為1.5Mb/s。MITRAC系統(tǒng)則是在MICAS-S2的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的分布式列車控制網(wǎng)絡(luò)，其協(xié)議已完全符合TCN的標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用TCN標(biāo)準(zhǔn)的列車通信總線（WTB）能實(shí)現(xiàn)整列車之間的通信，應(yīng)用多功能車輛總線（MVB）能實(shí)現(xiàn)固定車輛組之間及車輛內(nèi)部的通信。
后由于Adtranz被Bombardier收購,所以MITRAC現(xiàn)在被叫做：龐巴迪軌道車輛牽引控制的電子系統(tǒng)。基于MITRAC系統(tǒng)組成的車輛控制和通信系統(tǒng)叫TCC（即固定單元組的MVB）。有協(xié)調(diào)所有總線之間的通信和控制列車的功能。其系統(tǒng)的核心是列車控制單元VTCU，它是一個(gè)總線管理器，連接MVB和WTB，管理列車控制和網(wǎng)關(guān)通信。每個(gè)三車單元都有相同結(jié)構(gòu)的TCC和硬件結(jié)構(gòu)。總線管理器控制總線成員之間的通信，它管理所有的總線成員。
LonWorks是用于開發(fā)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)完整的技術(shù)平臺(tái)，并具有現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一切特點(diǎn)。其通信協(xié)議LonTalk支持OSI全部的七層模型，這是LonWorks總線最突出的特點(diǎn)。
我國(guó)已將LonWorks制定為列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的一部分。對(duì)LonWorks網(wǎng)絡(luò)的規(guī)定：適用于連接一個(gè)基本運(yùn)轉(zhuǎn)單元（單個(gè)車輛或車輛的固定組合）或一組基本運(yùn)轉(zhuǎn)單元內(nèi)的電子裝置，傳送時(shí)間不太緊迫、時(shí)間不要求確定的由事件驅(qū)動(dòng)的消息數(shù)據(jù)的傳送，主要應(yīng)用于列車監(jiān)控系統(tǒng)中。由于列車監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象組成的相對(duì)固定和列車編組的特殊性，標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)規(guī)定了最為常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)中的總線關(guān)系。
國(guó)內(nèi)眾多相關(guān)企業(yè)已競(jìng)相開展LonWorks通信技術(shù)研究與應(yīng)用，作為LonWorks技術(shù)中國(guó)核心企業(yè)之一，海思有幸能為民族工業(yè)盡一份力。海思強(qiáng)大的LonWorks技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)能力，以及全面的技術(shù)服務(wù)優(yōu)勢(shì)，成為各大企業(yè)裝備升級(jí)的助推器，加速我國(guó)高鐵技術(shù)向更高的技術(shù)邁進(jìn)。
3、ARCNET列車控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
ARCNET是一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，1999年成為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ATA-878.1。它是一種基于令牌傳遞（Token Passing）協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線。從OSI參考模型來看，ARCNET位于ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)體系模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。每個(gè)ARCNET物理節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層的通信控制器芯片和一個(gè)物理層的收發(fā)器芯片。在數(shù)據(jù)鏈路層，它采用令牌環(huán)機(jī)制，各節(jié)點(diǎn)通過傳遞令牌來協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)。節(jié)點(diǎn)使用唯一的MAC地址標(biāo)識(shí)自己，單個(gè)ARCNET子網(wǎng)最多可有255個(gè)節(jié)點(diǎn)，ARCNET支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的定向消息和單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播消息。
ARCNET在列車上的應(yīng)用以日本為主要代表。日立的ATI-C系統(tǒng)就是基于ARCNET總線技術(shù)設(shè)計(jì)的。以三動(dòng)三拖的地鐵列車為例，ATI系統(tǒng)列車總線采用ARCNET總線，車輛總線采用RS-485通訊總線。
二、三種列車總線通信控制網(wǎng)絡(luò)差異
三種列車總線通信控制網(wǎng)絡(luò)分別在不同的三個(gè)地區(qū)得到不斷發(fā)展，歐洲TCN，美國(guó)LonWorks，日本ARCNET。現(xiàn)階段三種列車總線控制技術(shù)都較為成熟，但三者間存在著較大差異。
TCN網(wǎng)絡(luò)是專門為列車設(shè)計(jì)的，而LonWorks和ARCNET是為辦公自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)，由于其優(yōu)越的過程處理能力而被移植到列車控制網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。TCN只能組成總線型網(wǎng)絡(luò)，LonWorks能組成任何形式的網(wǎng)絡(luò)，ARCNET可以組成總線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，但在列車控制網(wǎng)絡(luò)中一般都采用總線型網(wǎng)絡(luò)。
TCN網(wǎng)絡(luò)中，WTB總線只能作為列車級(jí)總線，MVB總線作為車輛級(jí)總線（可承擔(dān)部分列車級(jí)總線功能）。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)中，定義列車級(jí)與車輛級(jí)為不同的域(DOMAIN)。跨越兩個(gè)域的節(jié)點(diǎn)可作為路由器(ROUTER)、代理節(jié)點(diǎn)(PROXY)或網(wǎng)關(guān)(GATEWAY)。在同一域可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，可以按子網(wǎng)(SUBNET)或組(GROUP)組網(wǎng)，即在同一條物理介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)。
ARCNET網(wǎng)絡(luò)中，ARCNET作為列車級(jí)總線，其車輛總線由RS-485總線或其它總線組網(wǎng)。
目前，幾種網(wǎng)絡(luò)之間存在著不同的組網(wǎng)方式，如：
TCN與LonWorks混合組網(wǎng)，其形式為：以WTB總線為列車級(jí)總線，LonWorks為車輛級(jí)總線。例如：新澤西的“慧星”號(hào)列車由采用TCN的ADtranz機(jī)車和采用 LonWorks的ALSTOM客車組成。在列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，WTB總線通信不經(jīng)過中間車輛路由傳遞，而是由總線直接連接，LonWorks和ARCNET總線中列車級(jí)總線通信是通過中間車輛的路由傳遞來完成的。
在數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制方面，三者一般均采用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。
在介質(zhì)訪問控制方式方面，TCN網(wǎng)絡(luò)采用載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）。LonWorks網(wǎng)絡(luò)采用P-CSMA。而ARCNET采用令牌傳遞總線（Token-Passing Bus）方式。這三種介質(zhì)訪問控制方式中ARCNET的令牌傳遞總線方式最為穩(wěn)定，因?yàn)樗捎玫牧钆品绞绞且环N按照一定順序的在各站點(diǎn)傳遞令牌的方法，誰得到令牌，誰才有發(fā)起通信的權(quán)利，從而避免幾個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起通信而產(chǎn)生的沖突，特別適合在數(shù)據(jù)流量巨大的情況下應(yīng)用。
編碼方式上，TCN和LonWorks一般采用Manchester編碼（曼徹斯特編碼）、而ARCNET一般采用NRZI編碼（非歸零反相編碼）。
三、我國(guó)列車控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前景
國(guó)外的列車總線通信控制技術(shù)發(fā)展都相當(dāng)?shù)目焖伲乙埠艹墒臁３霈F(xiàn)多種不同的控制方式主要是由于各大公司之間的利益與競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的結(jié)果。而列車總線通信控制技術(shù)是我們國(guó)家地鐵列車的薄弱環(huán)節(jié)。因而，海思的LonWorks技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將為海思在未來我國(guó)先進(jìn)的高鐵列車技術(shù)的發(fā)展中一起成長(zhǎng)。
