2024年10月17日发(作者：凌元驹)
第２１卷第６期
２ｏｏ８年１１月
机电产品开崖与钏新
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ＶＯＩ．２１．Ｎｏ．６
ＮＯＶ．．２Ｏ０８
高速列车通信与控制网络的应用探讨
杨子亮。王月明
（西南交通大学城市轨道交通车辆研究所，四川成都６１００３１）
摘要：列车通信网络是一项关键的高速列车技术，本文重点讨论目前在我国列车上使用较多的Ｌｏｎ－
Ｗｏｒｋｓ总线和ＣＲＨ５动车组采用的ＴＣＮ总线的优缺点．并提出适合我国高速列车的总线技术
方案。
关键词：高速列车；通信网络；ＬｏｎＷｏｒｋｓ；ＴＣＮ
中图分类号：ＴＰ２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６６７３（２００８）０６—１５５—０３
０引言
我国铁路第六次大提速以来，时速为２００ｋｍ／ｈ的和
ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术所采用的ＬｏｎＴａｌｋ协议被封装在
Ｎｅｕｒｏｎ神经元芯片中，该集成芯片中有３个８位ＣＰＵ，
表１ ＬｏｎＷｏｒｋｓ网络各层作用和所提供的服务
Ｔａｂ．１ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ＬｏｎＷｏｒｋｓ ａｎ￣：ｔｂｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ
层数 模型分层 作用 服务
标准网络变量类型：组
谐号动车组已在京沪。京哈等主要干线上投入运营。京
津、武广、郑西、京沪等高速客运专线已陆续开工建
设。我国铁路正在逐步进入高速铁路时代。动力分散方
式的采用，使得通过列车通信网路实现整列车的实时控
制和信息传递显得尤为重要。１９９９年６月，ＴＣＮ标准
草案ＩＥＣ６１３７５—１正式成为国际标准。ＩＥＥＥ于１９９９年
７
６
５
应用层
表示层
会话层
网络应用程序
数据表示
远程传送控制
态性能 文件传送；网
络服务
网络变量；外部帧传送
请求，响应；确认
制定了ＩＥＥＥ１４７３列车通信协议。该协议规定了两种网
络．一种为ＩＥＥＥ１４７３一Ｔ，这种网络就是ＩＥＣ６１３７５一ｌ规
定的用多功能车辆总线和绞线式列车总线实现的列车通
４ 传输层
３ 网络层
端对端传输可靠性 单路，多路应答服务；重
复信息服务：复制检查
报文传递 单路／多路寻址，路径
信网；另一种是ＩＥＥＥ１４７３一Ｌ，是用ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线实现
的列车通信网【ｌＪ。本文重点讨论目前在我国列车上使用
较多的ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线和和谐号动车组采用的ＴＣＮ总线
２ 数据链路层 媒体访问与成帧
成帧；数据编码； ＣＲＣ
校验：冲突回避，仲裁：
优先级
的优缺点，并提出适合我国高速列车的总线技术方案。
１ 物理层 电气连接
１ ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线
ＬｏｎＷｏｒｋｓ ｆ Ｌｏｃａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ）现场总线技
媒体特殊细节（如调
制）；收发种类；物理连
接
其中一个用于完成开放互联模型中第１和第２层的功
能，称为网络控制处理器，实现介质访问的控制与处
术，于１９９０年正式公布而形成的。它采用了ＩＳ０／０ＳＩ模
型的全部七层通讯协议，被誉为通用控制网络，采用了
理；第二个用于完成第３～６层功能．称为网络处理器．
进行网络变量的寻址、处理、背景判断、路径选择、软
面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通讯设计简
化为参数设置，其通信速率为３００ｂｐｓ～１．５Ｍｂｐｓ，支持双
件计时、网络管理，并负责网络通讯控制、收发数据包
等。第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代
绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种
通信介质。其各层作用和所提供的服务如表１所示。
码，芯片中还具有存储信息缓冲区．以实现ＣＰＵ之间
的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区圈。由于
收稿日期：２００８—０９—０５
作者简介：杨子亮（１９８３一），男，辽宁人，硕士研究生。研
究方向：轨道交通车辆及其网络系统；王月明（１９６０一），
男，江苏人，教授。研究方向：车辆主动悬挂、液力传动、
第三个ＣＰＵ直接处理用户应用，’因此它无需扩展ＰＣ
机、微控制器或其它可编程控制器，应用极为方便。该
协议包含一个称为ＬＮＳ的网络操作系统管理平台，可为
ＬｏｎＷ０ｒｋｓ控制网络提供全面的管理和服务，同时Ｌｏｎ．
Ｗｏｒｋｓ控制网络又可通过各种连接设备接入ＩＰ数据网，
１５５
车辆制动等。
・
测试与控制・
设备 设备 设备
图２ ＴＣＮ网络拓扑结构示意图
Ｆｉｇ．２ ＴＣＮ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｄｉａｇｒａｍ
设备，也是ＴＣＮ网络中级别最高的设备，其中包含ＴＣＮ
网络通信技术的全部内容。各类设备性能如表２所示。
表２ ＴＣＮ网络通信系统各类设备性能表
图１ ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线构成的列车网络
Ｔａｂ．２ ＴＣＮ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ
Ｆｉｇ．１ Ｔｒａｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆＬｏｎＷｏｒｋｓ
ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔａｂｌｅ
设备 性能
与信息技术应用实现无缝结合。图１是京沪高档车采用
ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线构成的一个列车网络。
ｌ类设备 具有过程数据通信和设备状态轮询能力
ＬｏｎＷｏｒｋｓ是一开放的控制网络平台技术，还具有公
２类设备 具有设备状态轮询、过程数据通信和消息数据通信能力
平性和对等性的特点．网络中的每个设备都可以独立接
３类设备 具有设备状态轮询、过程数据通信、消息数据通信和用
户可编程能力
收、传送和处理网络信息。与其它设备无关。它使用改
进的ＣＳＭＡ介质访问协议一带预测Ｐ坚持ＣＳＭＡ载波侦
４类设备 具有设备状态轮询、过程数据通信、消息数据通信和总
线管理能力
听／多路数据检测技术。能够使所有的节点根据网路积
５类设备 具有设备状态轮询、过程数据通信、消息数据通信、总
压参数等待随机时间访问介质，因此可减少网络的频繁
线管理和网关路由功能
碰撞。但是仍不能保证网络数据传输的实时性和可预测
性。
按照ＴＣＮ技术的体系结构．整个ＴＣＮ协议栈软件
ＬｏｎＷｏｒｋｓ可以有域、子网和节点３层结构，每个域
可划分为ＭＶＢ链路层、ＷＴＢ链路层、ＲＴＰ实时协议和
可以最多２５５个子网，每个子网可以有１２７个节点。数
应用层。用户通过调用相应的应用层接口函数进行数据
据交换可以使用网络变量和显示报文两种方式。使用网
访问：对于过程数据调用过程数据链路层接口函数进行
络变量进行点对点或一点对多点的数据传送。～个节点
ＭＶＢ／ＷＴＢ的过程数据通信：对于消息数据，应用层调
输出的网络变量更新，所有与之相连的输入网络变量随
用消息数据接口函数，通过ＲＴＰ实时协议至ＭＶＢ／ＷＴＢ
之更新；输入网络变量也可以通过垂询方式获得更新的
消息链路层实现消息数据通信；对于监视数据，应用层
网络变量值。网络变量的互联需通过网络管理工具完
调用ＭＶＢ／ＷＴＢ监视数据接口函数实现消息数据通信［３１。
成。显示报文可以弥补网络变量在长度、个数和发送目
２．１ ＷＴＢ列车总线
的地址受限方面的不足，它通过请求／响应机制来实现。
ＷＴＢ负责列车车辆间的数据通信。数据传输速率
２ ＴＣＮ总线
为１ＭＨｚ，通信介质为屏蔽双绞线，数据通信主要由
ＭＡＵ、ＷＴＢ协议控制器和ＷＴＢ链路层协议软件（含过
１９９９年，国际电工委员会（ＩＥＣ）颁布了ＩＥＣ一
程数据、消息数据和监视数据、包括初运行过程）实现。
６１３７５标准，该标准中将车载网络分为两级总线的层次
ＷＴＢ监视数据报文共有８种，分别是检测请求／响
结构，即用于连接各节可动态编组的车辆间的绞线式列
应、存在请求／响应、状态请求／响应、命名请求／响应、
车总线ＷＴＢ（Ｗｉｒｅ Ｔｒａｉｎ Ｂｕｓ）和用于连接车辆ｆ或固定
置中问设定请求／响应、置末端请求／响应。ＴＣＮ网关的
编组的车辆单元）内部设备的多功能车辆总线ＭＶＢ
ＷＴＢ模块利用监视数据报文完成ＷＴＢ节点的初运行过
（Ｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｂｕｓ），它们之间的列车总线节点起
程Ｏ初运行是ＷＴＢ模块的主要功能，该进程在列车网
着网关的作用。中国铁路根据现阶段我国的具体国情．
络组成改变时，特别是每次车辆连挂或解连时，重新组
采用跟国际标准接轨的办法，在铁标ＴＢ／Ｔ中推荐使用
态网络。在初运行期间，电气上的节点通过主、辅通道
ＴＣＮ网络，同时也保证ＬｏｎＷｏｒｋｓ网络有一定的应用空
的设定连到ＷＴＢ总线上；每个节点收到一个唯一的地
间。如图２所示为ＴＣＮ网络拓扑结构示意图。 址，标识其相对于总线主的位置和取向．并把它希望的
按照通信网络功能划分，ＴＣＮ网络主要包括５类设
特征周期和节点描述符报告给总线主；总线主分发网络
备，其中１、２、３、４类为ＭＶＢ设备，ＴＣＮ网关为５类
拓扑给各个从节点。初运行过程主要执行主进程和辅助
１５６
・
测试与控制・
进程２个过程。其中所有ＷＴＢ节点均执行主进程，
ＷＴＢ总线上的端节点执行辅助进程。初运行过程完成
后，ＷＴＢ模块进入常规主或者常规从模式。如果ＷＴＢ
节点为常规主设备，进行周期轮询（过程数据通信）、
消息轮询（消息数据通信），并查询端节点，看是否有
未命名节点或者更强的节点。
组经常改变的列车总线是最为合适的，其它的总线都不
能提供编组自适应能力。ＴＣＮ标准中的多功能车辆总线
ＭＶＢ是为快速的过程控制优化的总线，能提供最佳的
响应速度，适合用做车辆总线。对于固定编组的列车也
可以用做列车总线。ＬｏｎＷｏｒｋｓ具有如实现简单、带宽利
用率高、单点故障不影响网络通信、节点可灵活进退网
络等诸多优点，但由于它使用ＣＳＭＡ／ＣＤ介质访问控制
协议，当网络在重负载下节点发出的报文在网络上发生
碰撞的可能性较大．因此它不能在重负载下很好地保持
２．２ ＭＶＢ多功能车辆总线
ＭＶＢ负责车辆内部的数据通信，采用曼彻斯特编
码方式，数据传输速率为１．５ ＭＨｚ。ＭＶＢ多功能车辆总
线主要由ＭＡＵ通信介质、ＭＶＢＣ协议控制器和ＭＶＢ链
路软件３部分实现：
网络高效率，当网络上节点很多时，ＬｏｎＷｏｒｋｓ通信的实
时性较差。在抗干扰性能方面，由于ＬｏｎＷｏｒｋｓ的Ｐ—
（１）ＭＡＵ通信介质负责ＭＶＢ数据收发驱动，支持
双线冗余功能。可根据实际需要采用ＥＳＤ＋、ＥＭＤ双绞
线，或者ＯＧＦ光纤。
ＣＳＭＡ机制可以对网络上的干扰信号自动避让，优于
ＷＴＢ、ＭＶＢ。
（２）ＭＶＢＣ协议控制器负责ＭＶＢ协议中链路层以
下的功能，负责信号质量、碰撞、闲聊监测；支持多种
主帧发送方式．可通过ＭＦＳ主帧槽寄存器发送单个主
帧，也可通过建立主帧表自动或者定时发送主帧，进而
实现总线管理功能；有４ ０９５个逻辑端口，具有宿端口
刷新超时检测能力。
４结束语
ＴＣＮ是专为轨道交通车辆开发的网络。具有通信速
率高、实时性好等特点。ＴＣＮ网络配置做得较完整，在
我国的应用比较多．但由于ＴＣＮ的实用化产品主要由
几大欧洲公司所垄断，所以不仅价格昂贵，而且很难获
取开发中必需的资料及信息，加之我国的列车主要采用
固定编组方式，因此将工业控制领域成功的网络控制系
统引入铁路系统并且国产化已是目前国内列车网络发展
的一个趋势陶。ＬｏｎＷｏｒｋｓ则为通用的现场总线技术，比
ＴＣＮ具有更好的灵活性和性能价格比．更适用于城市轨
道交通车辆或中低速列车。因此，作者认为ＴＣＮ网络
是比较适合我国高速列车的网络模式。相关的科技人员
应该在借鉴国外经验和先进技术的基础上，消化吸收引
（３）ＭＶＢ链路层软件实现过程数据、消息数据和
监视数据的链路层通信功能。其中ＭＶＢ过程数据为
周期性源寻址数据，在总线活动基本周期的周期相中
发送。由ＭＶＢ总线主按主帧表的配置周期性发送过
程数据主帧ｆ共有Ｆ—ｃｏｄｅ０一Ｆ—ｃｏｄｅ４的５种过程数据
主帧），在ＭＶＢ总线上配置为相应的含有该过程数据
源端口的设备以从帧响应，从而实现ＭＶＢ过程数据
的通信。ＭＶＢ消息数据为非周期性数据，在总线活动
基本周期的偶发相中发送。由ＭＶＢ链路调用链路层
消息发送请求函数，进行事件声明，并参加事件仲
裁。如果总线管理器仲裁出本站。并点名要本站发送
进的列车ＴＣＮ网络技术，立足自我，开发出具有自主
知识产权的ＴＣＮ网络产品。
参考文献：
［１】ＩＥＣ６１３７５—１：１９９９，ｐａｒｔ １：Ｔｒａｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｓ］．
［２】赵红卫．列车通信网络的应用与发展［Ｃ】．铁道科学研究院５５周年
论文集。２００５．
时，ＭＶＢＣ控制器将消息源端口中的消息发送出去。
ＭＶＢ监视数据主要实现设备状态查询、事件仲裁和总
线主权转移。
［３］刘文清．基于ＴＣＮ的列车通信网络系统研究【Ｄ】．北京：北京交通大
３ ＴＣＮ与ＬｏｎＷｏｒｋｓ的比较
ＷＴＢ、ＭＶＢ通信速率较高，对传输介质和拓扑形
式要求严格。ＴＣＮ标准中的绞式列车总线ＷＴＢ用做编
学．２００７．
［４］张元林．列车控制网络技术的现状与发展趋势［】）］．电力机车与城
轨车辆。２ｏ０６，７．
Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ
ＹＡＮＧ Ｚｉ－Ｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｕｅ－Ｍｉｎｇ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＵｒｂａｎ Ｒａｉｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ＬｏｎＷｏｒｋｓ ａｎｄ ＴＣＮ ｔｈａｔ Ｃ１￣Ｈ５ ＥＭＵｓ ｕｓｅｄ
ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ，ｎｄ ａｄｖａｎｃｅ Ｔｅｃｈａｎｏｌｏｇｙ ｐｒｏｇｒａｎｍａｅｓ ｏｆ ＴＣＮ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｃｈｉｎａ Ｓ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｉ 一ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎ； ｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；ＬｏｎＷｏｒｋｓ；ＴＣＮ
１５７
2024年10月17日发(作者：凌元驹)
第２１卷第６期
２ｏｏ８年１１月
机电产品开崖与钏新
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ＶＯＩ．２１．Ｎｏ．６
ＮＯＶ．．２Ｏ０８
高速列车通信与控制网络的应用探讨
杨子亮。王月明
（西南交通大学城市轨道交通车辆研究所，四川成都６１００３１）
摘要：列车通信网络是一项关键的高速列车技术，本文重点讨论目前在我国列车上使用较多的Ｌｏｎ－
Ｗｏｒｋｓ总线和ＣＲＨ５动车组采用的ＴＣＮ总线的优缺点．并提出适合我国高速列车的总线技术
方案。
关键词：高速列车；通信网络；ＬｏｎＷｏｒｋｓ；ＴＣＮ
中图分类号：ＴＰ２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６６７３（２００８）０６—１５５—０３
０引言
我国铁路第六次大提速以来，时速为２００ｋｍ／ｈ的和
ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术所采用的ＬｏｎＴａｌｋ协议被封装在
Ｎｅｕｒｏｎ神经元芯片中，该集成芯片中有３个８位ＣＰＵ，
表１ ＬｏｎＷｏｒｋｓ网络各层作用和所提供的服务
Ｔａｂ．１ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ＬｏｎＷｏｒｋｓ ａｎ￣：ｔｂｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ
层数 模型分层 作用 服务
标准网络变量类型：组
谐号动车组已在京沪。京哈等主要干线上投入运营。京
津、武广、郑西、京沪等高速客运专线已陆续开工建
设。我国铁路正在逐步进入高速铁路时代。动力分散方
式的采用，使得通过列车通信网路实现整列车的实时控
制和信息传递显得尤为重要。１９９９年６月，ＴＣＮ标准
草案ＩＥＣ６１３７５—１正式成为国际标准。ＩＥＥＥ于１９９９年
７
６
５
应用层
表示层
会话层
网络应用程序
数据表示
远程传送控制
态性能 文件传送；网
络服务
网络变量；外部帧传送
请求，响应；确认
制定了ＩＥＥＥ１４７３列车通信协议。该协议规定了两种网
络．一种为ＩＥＥＥ１４７３一Ｔ，这种网络就是ＩＥＣ６１３７５一ｌ规
定的用多功能车辆总线和绞线式列车总线实现的列车通
４ 传输层
３ 网络层
端对端传输可靠性 单路，多路应答服务；重
复信息服务：复制检查
报文传递 单路／多路寻址，路径
信网；另一种是ＩＥＥＥ１４７３一Ｌ，是用ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线实现
的列车通信网【ｌＪ。本文重点讨论目前在我国列车上使用
较多的ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线和和谐号动车组采用的ＴＣＮ总线
２ 数据链路层 媒体访问与成帧
成帧；数据编码； ＣＲＣ
校验：冲突回避，仲裁：
优先级
的优缺点，并提出适合我国高速列车的总线技术方案。
１ 物理层 电气连接
１ ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线
ＬｏｎＷｏｒｋｓ ｆ Ｌｏｃａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ）现场总线技
媒体特殊细节（如调
制）；收发种类；物理连
接
其中一个用于完成开放互联模型中第１和第２层的功
能，称为网络控制处理器，实现介质访问的控制与处
术，于１９９０年正式公布而形成的。它采用了ＩＳ０／０ＳＩ模
型的全部七层通讯协议，被誉为通用控制网络，采用了
理；第二个用于完成第３～６层功能．称为网络处理器．
进行网络变量的寻址、处理、背景判断、路径选择、软
面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通讯设计简
化为参数设置，其通信速率为３００ｂｐｓ～１．５Ｍｂｐｓ，支持双
件计时、网络管理，并负责网络通讯控制、收发数据包
等。第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代
绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种
通信介质。其各层作用和所提供的服务如表１所示。
码，芯片中还具有存储信息缓冲区．以实现ＣＰＵ之间
的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区圈。由于
收稿日期：２００８—０９—０５
作者简介：杨子亮（１９８３一），男，辽宁人，硕士研究生。研
究方向：轨道交通车辆及其网络系统；王月明（１９６０一），
男，江苏人，教授。研究方向：车辆主动悬挂、液力传动、
第三个ＣＰＵ直接处理用户应用，’因此它无需扩展ＰＣ
机、微控制器或其它可编程控制器，应用极为方便。该
协议包含一个称为ＬＮＳ的网络操作系统管理平台，可为
ＬｏｎＷ０ｒｋｓ控制网络提供全面的管理和服务，同时Ｌｏｎ．
Ｗｏｒｋｓ控制网络又可通过各种连接设备接入ＩＰ数据网，
１５５
车辆制动等。
・
测试与控制・
设备 设备 设备
图２ ＴＣＮ网络拓扑结构示意图
Ｆｉｇ．２ ＴＣＮ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｄｉａｇｒａｍ
设备，也是ＴＣＮ网络中级别最高的设备，其中包含ＴＣＮ
网络通信技术的全部内容。各类设备性能如表２所示。
表２ ＴＣＮ网络通信系统各类设备性能表
图１ ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线构成的列车网络
Ｔａｂ．２ ＴＣＮ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ
Ｆｉｇ．１ Ｔｒａｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆＬｏｎＷｏｒｋｓ
ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔａｂｌｅ
设备 性能
与信息技术应用实现无缝结合。图１是京沪高档车采用
ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线构成的一个列车网络。
ｌ类设备 具有过程数据通信和设备状态轮询能力
ＬｏｎＷｏｒｋｓ是一开放的控制网络平台技术，还具有公
２类设备 具有设备状态轮询、过程数据通信和消息数据通信能力
平性和对等性的特点．网络中的每个设备都可以独立接
３类设备 具有设备状态轮询、过程数据通信、消息数据通信和用
户可编程能力
收、传送和处理网络信息。与其它设备无关。它使用改
进的ＣＳＭＡ介质访问协议一带预测Ｐ坚持ＣＳＭＡ载波侦
４类设备 具有设备状态轮询、过程数据通信、消息数据通信和总
线管理能力
听／多路数据检测技术。能够使所有的节点根据网路积
５类设备 具有设备状态轮询、过程数据通信、消息数据通信、总
压参数等待随机时间访问介质，因此可减少网络的频繁
线管理和网关路由功能
碰撞。但是仍不能保证网络数据传输的实时性和可预测
性。
按照ＴＣＮ技术的体系结构．整个ＴＣＮ协议栈软件
ＬｏｎＷｏｒｋｓ可以有域、子网和节点３层结构，每个域
可划分为ＭＶＢ链路层、ＷＴＢ链路层、ＲＴＰ实时协议和
可以最多２５５个子网，每个子网可以有１２７个节点。数
应用层。用户通过调用相应的应用层接口函数进行数据
据交换可以使用网络变量和显示报文两种方式。使用网
访问：对于过程数据调用过程数据链路层接口函数进行
络变量进行点对点或一点对多点的数据传送。～个节点
ＭＶＢ／ＷＴＢ的过程数据通信：对于消息数据，应用层调
输出的网络变量更新，所有与之相连的输入网络变量随
用消息数据接口函数，通过ＲＴＰ实时协议至ＭＶＢ／ＷＴＢ
之更新；输入网络变量也可以通过垂询方式获得更新的
消息链路层实现消息数据通信；对于监视数据，应用层
网络变量值。网络变量的互联需通过网络管理工具完
调用ＭＶＢ／ＷＴＢ监视数据接口函数实现消息数据通信［３１。
成。显示报文可以弥补网络变量在长度、个数和发送目
２．１ ＷＴＢ列车总线
的地址受限方面的不足，它通过请求／响应机制来实现。
ＷＴＢ负责列车车辆间的数据通信。数据传输速率
２ ＴＣＮ总线
为１ＭＨｚ，通信介质为屏蔽双绞线，数据通信主要由
ＭＡＵ、ＷＴＢ协议控制器和ＷＴＢ链路层协议软件（含过
１９９９年，国际电工委员会（ＩＥＣ）颁布了ＩＥＣ一
程数据、消息数据和监视数据、包括初运行过程）实现。
６１３７５标准，该标准中将车载网络分为两级总线的层次
ＷＴＢ监视数据报文共有８种，分别是检测请求／响
结构，即用于连接各节可动态编组的车辆间的绞线式列
应、存在请求／响应、状态请求／响应、命名请求／响应、
车总线ＷＴＢ（Ｗｉｒｅ Ｔｒａｉｎ Ｂｕｓ）和用于连接车辆ｆ或固定
置中问设定请求／响应、置末端请求／响应。ＴＣＮ网关的
编组的车辆单元）内部设备的多功能车辆总线ＭＶＢ
ＷＴＢ模块利用监视数据报文完成ＷＴＢ节点的初运行过
（Ｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｂｕｓ），它们之间的列车总线节点起
程Ｏ初运行是ＷＴＢ模块的主要功能，该进程在列车网
着网关的作用。中国铁路根据现阶段我国的具体国情．
络组成改变时，特别是每次车辆连挂或解连时，重新组
采用跟国际标准接轨的办法，在铁标ＴＢ／Ｔ中推荐使用
态网络。在初运行期间，电气上的节点通过主、辅通道
ＴＣＮ网络，同时也保证ＬｏｎＷｏｒｋｓ网络有一定的应用空
的设定连到ＷＴＢ总线上；每个节点收到一个唯一的地
间。如图２所示为ＴＣＮ网络拓扑结构示意图。 址，标识其相对于总线主的位置和取向．并把它希望的
按照通信网络功能划分，ＴＣＮ网络主要包括５类设
特征周期和节点描述符报告给总线主；总线主分发网络
备，其中１、２、３、４类为ＭＶＢ设备，ＴＣＮ网关为５类
拓扑给各个从节点。初运行过程主要执行主进程和辅助
１５６
・
测试与控制・
进程２个过程。其中所有ＷＴＢ节点均执行主进程，
ＷＴＢ总线上的端节点执行辅助进程。初运行过程完成
后，ＷＴＢ模块进入常规主或者常规从模式。如果ＷＴＢ
节点为常规主设备，进行周期轮询（过程数据通信）、
消息轮询（消息数据通信），并查询端节点，看是否有
未命名节点或者更强的节点。
组经常改变的列车总线是最为合适的，其它的总线都不
能提供编组自适应能力。ＴＣＮ标准中的多功能车辆总线
ＭＶＢ是为快速的过程控制优化的总线，能提供最佳的
响应速度，适合用做车辆总线。对于固定编组的列车也
可以用做列车总线。ＬｏｎＷｏｒｋｓ具有如实现简单、带宽利
用率高、单点故障不影响网络通信、节点可灵活进退网
络等诸多优点，但由于它使用ＣＳＭＡ／ＣＤ介质访问控制
协议，当网络在重负载下节点发出的报文在网络上发生
碰撞的可能性较大．因此它不能在重负载下很好地保持
２．２ ＭＶＢ多功能车辆总线
ＭＶＢ负责车辆内部的数据通信，采用曼彻斯特编
码方式，数据传输速率为１．５ ＭＨｚ。ＭＶＢ多功能车辆总
线主要由ＭＡＵ通信介质、ＭＶＢＣ协议控制器和ＭＶＢ链
路软件３部分实现：
网络高效率，当网络上节点很多时，ＬｏｎＷｏｒｋｓ通信的实
时性较差。在抗干扰性能方面，由于ＬｏｎＷｏｒｋｓ的Ｐ—
（１）ＭＡＵ通信介质负责ＭＶＢ数据收发驱动，支持
双线冗余功能。可根据实际需要采用ＥＳＤ＋、ＥＭＤ双绞
线，或者ＯＧＦ光纤。
ＣＳＭＡ机制可以对网络上的干扰信号自动避让，优于
ＷＴＢ、ＭＶＢ。
（２）ＭＶＢＣ协议控制器负责ＭＶＢ协议中链路层以
下的功能，负责信号质量、碰撞、闲聊监测；支持多种
主帧发送方式．可通过ＭＦＳ主帧槽寄存器发送单个主
帧，也可通过建立主帧表自动或者定时发送主帧，进而
实现总线管理功能；有４ ０９５个逻辑端口，具有宿端口
刷新超时检测能力。
４结束语
ＴＣＮ是专为轨道交通车辆开发的网络。具有通信速
率高、实时性好等特点。ＴＣＮ网络配置做得较完整，在
我国的应用比较多．但由于ＴＣＮ的实用化产品主要由
几大欧洲公司所垄断，所以不仅价格昂贵，而且很难获
取开发中必需的资料及信息，加之我国的列车主要采用
固定编组方式，因此将工业控制领域成功的网络控制系
统引入铁路系统并且国产化已是目前国内列车网络发展
的一个趋势陶。ＬｏｎＷｏｒｋｓ则为通用的现场总线技术，比
ＴＣＮ具有更好的灵活性和性能价格比．更适用于城市轨
道交通车辆或中低速列车。因此，作者认为ＴＣＮ网络
是比较适合我国高速列车的网络模式。相关的科技人员
应该在借鉴国外经验和先进技术的基础上，消化吸收引
（３）ＭＶＢ链路层软件实现过程数据、消息数据和
监视数据的链路层通信功能。其中ＭＶＢ过程数据为
周期性源寻址数据，在总线活动基本周期的周期相中
发送。由ＭＶＢ总线主按主帧表的配置周期性发送过
程数据主帧ｆ共有Ｆ—ｃｏｄｅ０一Ｆ—ｃｏｄｅ４的５种过程数据
主帧），在ＭＶＢ总线上配置为相应的含有该过程数据
源端口的设备以从帧响应，从而实现ＭＶＢ过程数据
的通信。ＭＶＢ消息数据为非周期性数据，在总线活动
基本周期的偶发相中发送。由ＭＶＢ链路调用链路层
消息发送请求函数，进行事件声明，并参加事件仲
裁。如果总线管理器仲裁出本站。并点名要本站发送
进的列车ＴＣＮ网络技术，立足自我，开发出具有自主
知识产权的ＴＣＮ网络产品。
参考文献：
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［２】赵红卫．列车通信网络的应用与发展［Ｃ】．铁道科学研究院５５周年
论文集。２００５．
时，ＭＶＢＣ控制器将消息源端口中的消息发送出去。
ＭＶＢ监视数据主要实现设备状态查询、事件仲裁和总
线主权转移。
［３］刘文清．基于ＴＣＮ的列车通信网络系统研究【Ｄ】．北京：北京交通大
３ ＴＣＮ与ＬｏｎＷｏｒｋｓ的比较
ＷＴＢ、ＭＶＢ通信速率较高，对传输介质和拓扑形
式要求严格。ＴＣＮ标准中的绞式列车总线ＷＴＢ用做编
学．２００７．
［４］张元林．列车控制网络技术的现状与发展趋势［】）］．电力机车与城
轨车辆。２ｏ０６，７．
Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ
ＹＡＮＧ Ｚｉ－Ｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｕｅ－Ｍｉｎｇ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＵｒｂａｎ Ｒａｉｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ＬｏｎＷｏｒｋｓ ａｎｄ ＴＣＮ ｔｈａｔ Ｃ１￣Ｈ５ ＥＭＵｓ ｕｓｅｄ
ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ，ｎｄ ａｄｖａｎｃｅ Ｔｅｃｈａｎｏｌｏｇｙ ｐｒｏｇｒａｎｍａｅｓ ｏｆ ＴＣＮ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｃｈｉｎａ Ｓ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｉ 一ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎ； ｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；ＬｏｎＷｏｒｋｓ；ＴＣＮ
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