列车网络现状

列车网络发展现状——TCP/IP协议在机车车辆上的运用情况&车载设备信息传递简介汇报人：指导老师：班目录页CONTENTSPAGEP1.现状——列车网络控制系统的国内外现状P2.以太网技术及TCP/IP协议简介P3.以太网技术及TCP/IP协议在机车车辆上的运用P4.车载设备信息传递简介P1.现状——列车网络控制系统的国内外发展现状背景与意义国外列车网络控制系统国内列车网络控制系统列车网络仿真研究的现状Part1Part2Part3Part44背景与意义2004年6月,全国铁路第六次大提速；引进生产了CRH1、CRH2、CRH3、CRH5动车组高铁的总里程14620公里（2014年11月26日）更多的局速铁路专线正在建设和规划中……………………380km/h的CRH380系列动车组我国动车组相关设备通过引进技术的消化吸收和自主创新己经基本实现国产化列车网络控制系统、相关网络核心控制设备还需从国外引进现实需求现实状况Part1Part2Part3Part45背景与意义消化吸收自主研究创新核心列车控制网络的主要功能是控制分散在列车各个车辆中的车载设备,使之协同工作,信息共享,实现故障检测及维护,并为列车相关工作人员及旅客提供信息服务等功能。随着高速铁路时代的到来，旅客对列车乘坐舒适度、安全性、网络服务等需求的不断增加,我们必须要消化吸收国外先进技术,并通过自主研究、创新,掌握列车网络控制系统的核心技术,实现设计生产具有自主知识产权的列车网络控制系统。意义：Part1Part2Part3Part46FIP总线WorldFIP组织幵发1999年被采纳为现场总线国际标准IEC61158-2TGV高速列车AGATE列车控制系统•基于总线仲裁器的集中式介质访控制•使用曼彻斯特编码•极强的抗干扰能力•大部分协议固化在硬件中,稳定性好CAN总线德国bosch公司1993年成为国际标准(IS011898)日本的高速列车控制网络在轻轨、地铁、货车等轨道车辆以及车载设备的控制子系统带优先级CSMS/CD的通信介质访问控制短倾结构,传输时间短低成本、高抗噪声性能和高灵活性国外列车网络控制系统20世纪70年代末20世纪80年代初1987年1999年6月1991年And…….ARCNET美国Datapoint公司1999年成为美国国家标准ANSI/ATA-878.1日本的高速列车控制网络•基于令牌传递协议•快速性、确定性、可扩展性和支持长距离传输•开放的标准LonWorks总线美国Echelon公司1997年美国铁路协会ARR将LonWorks作为其列车内部通信规范。1999年,LonWorks被纳入IEEE制订的列车通信标IEEE1473—1999。应用在北美及亚洲•带预测P-坚持的CSMA介质访问控制及优先级机制提高了网络性能•遵循OSI的七层参考模型•LonTalk协议封装在Neuron神经元芯片•基于总线管理器的集中式介质访问控制•支持介质和总线管理器的冗余•由WTB和MVB组成•强实时性和高可靠性TCN耗时11年由国际电工委员会基于ABB公司的MICAS以及西门子公司DIN43322和意大利的CD450制订了列车通信网络标准，即IEC61375-1标准西门子、庞巴迪、阿尔斯通等国际铁路设备供应商都开发了符合TCN标准的列车网络控制系统,芬兰的EKE电子公司、意大利的Far-system公司以及捷克的Unicontrol公司都开发符合TCN标准的相关设备。以太网组成网络(ECN,EthernetConsistNetwork)Part1Part2Part3Part47国外列车网络控制系统1980年,传输速率为10Mbps的以太网标准问世100Mbps,1000Mbps,甚至l0Gbps的以太网标准不断推出2011年,国际电工委员会制定了IEC61375-2-5和IEC61375-3-4标准,分别描述了基于以太网技术的列车级网络和车辆级网络。IEC61375-2-5标准描述了基于IEEE802.3标准的以太网和TCP/IP协议构建的列车级网络一以太列车骨干网(ETB,EthernetTrainBackbone)IEC61375-3-4则描述了基于IEEE802.3标准的以太网和TCP/IP协议建立的车辆级网络一以太网组成网络(ECN,EthernetConsistNetwork)。以太网组成网络(ECN)：极高的传输速率技术成熟高通信带宽竞争力开放性设备成本低廉Part1Part2Part3Part48国内列车网络控制系统我国从20世纪90年代就开始了列车通信网络的研究,其中以株洲电力机车研究所为代表,其先后在“新曙光”、“先锋”、“中原之星”动车组上对Ionwork、网络和TCN网络进行了适用,并取得了一系列成果。2002年通过了我国列车通信网络铁道行业标准TB/T3035。2004年通过了列车总线上的信息传送铁道行业标准。1991年株洲电力机车研宄所在购买ABB公司的牵引控制系统开发工具的基础上,联合高校幵发出我国第一套电力机车微机控制装置样机,安装于SS40038机车上。1995年铁道部开始立项研制自主知识产权的ARCNET列车网络项目,但最终未完成系统。中国南车集团株洲电力机车研宄所从芬兰EKE公司引进了较完整的TCN网关技术,并在此基础上开发了TCN网络通信模块。……………………………概况实例Part1Part2Part3Part49列车网络仿真研究的现状WhyHow仿真研究的作用怎样仿真纯软件仿真和半实物仿真纯软件仿真主要是利用网络仿真软件实现,主要运用的有OPNET软件、HLA软件等半实物仿真采用的是软件与实物硬件联合仿真的方法,有效地提高网络设计的可靠性和准确性发现设计缺陷,降低设计成本研究改善网络性能的重要手段Differencer其仿真的主要方式是在仿真软件中构造列车网络通信协议模型,网络拓扑结构模型,通过改变相关参数来模拟列车网络的各种工况实现列车网络仿真。半实物仿真，仿真成本较低,与纯软件仿真相比更加接近于实际网络和设备工况,更加真实的反应网络相关参数、性能。各自的优缺点e.g.实例巴全龙运用OPNET软件构建了CRH2动车组的ARCNET控制网络模型,研宄了ARCNET令牌网络的工作原理以及网络性能。中国北车的大连电力牵引研发中心成功建立具有冗余的机车WorldFIP网络半实物仿真平台和交流传动机车WorldFIP网络半实物仿真平台青岛四方车辆研宄所成功开发了高速动车组的列车网络控制系统的半实物仿真平台,该半实物仿真试验台包括模型管理单元、与模型管理单元通信的真实设备和模型单元P2.以太网技术及TCP/IP协议简介以太网发展简介TCP/IP简介Part1Part2Part3Part411以太网发展简介以太网（Ethernet）是一种计算机局域网组网技术。是美国施乐(Xerox)公司的PaloAlto研宄中心于1975年研制成功的。IEEE制定的IEEE802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环网（tokenring）、FDDI和ARCNET以太网使用具有冲突检测的载波监听/碰撞检测(CSMA/CD)的介质访问机制。CSMA/CD采用:先听后发、边发边听、冲突停止、延迟重发的工作方式。简介：字段字段长度（字节）目的前导码（Preamble）7同步帧开始符（SFD）1标明下一个字节为目的MAC字段目的MAC地址6指明帧的接受者源MAC地址6指明帧的发送者长度（Length）2帧的数据字段的长度（长度或类型）类型（Type）2帧中数据的协议类型（长度或类型数据和填充（DataandPad）注46~1500高层的数据，通常为3层协议数据单元。对于TCP/IP是IP数据包帧校验序列（FCS）4对接收网卡提供判断是否传输错误的一种方法，如果发现错误，丢弃此帧Part1Part2Part3Part412TCP/IP简介定义：TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。TCP/IP协议最早起源于美国国防部的ARPA网项目。1983年1月1曰,在因特网的前身(ARPA网)中,TCP/IP协议取代了旧的网络控制协议(NCP,NetworkControlProtocol),从而成为今天的互联网的基石TCP/IP协议的参考模型与国际标准化组织(ISO)的幵放系统互连模型(OSI)不同,其共分为四层,每一层分别负责不同的通信功能TCP/IP结构对应OSITCP/IPOSI应用层应用层表示层会话层Telnet、FTP等主机到主机层（TCP）（又称传输层）传输层TCP和UDP网络层（IP）(又称互联层)网络层IP、ICMP和IGM网络接口层（又称链路层）数据链路层物理层设备驱动程序及网卡Part1Part2Part3Part413TCP/IP简介TCP传输控制协议:TCP是面向连接的运输层协议,使用TCP协议前必须先建立TCP连接,完成数据传输后必须将TCP连接释放每一个TCP连接只能有两个端点,即每个TCP连接只能是点对点的TCP提供可靠交付的服务,无差错、不丢失、不重复、顺序到达TCP提供全双工通信IP传输控制协议:在TCP/IP协议族中最为核心的协议是IP协议IP协议提供不可靠、无连接的数据报传输服务,就是把数据从源传送到目的地IP协议向上层的运输层提供服务,任何可靠性要求必须由上层协议来提供P3.以太网技术及TCP/IP协议在机车车辆上的运用以太网在工业控制中的应用IEC61375-2-5/IEC61375-3-4标准TCP/IP协议在机车车辆上的运用小结Part1Part2Part3Part415以太网在工业控制中的应用随着以太网技术的不断发展和成熟,以太网凭借着开放性及高带宽等优点在工业领域中迅速推广发展,广泛用于了工业控制、自动化等领域。当总线上的接入站点增多时,造成碰撞的概率就越大,从而使得以太网站点在传输数据时具有不可预见的延迟,造成数据传输的不确定性和延迟,这就是以太网的“不确定性”。由于以太网的“非确定性”,即以太网的介质访问控制采用CSMA/CD协议在网络负荷增大时不能满足实时性要求。以太网的“非确定性”：分时利用信道方法（使用时间触发TT(Time-Triggered)通信模型取代事件触发模型将使以太网的实时性得到很好的改善）采用全双工交换式以太网技术釆用报文优先级技术（在基本的以太网倾中的“源地址”字段和“类型”字段间插入一个标识符）降低网络负载及提高网络传输速率以太网实时性改进方法：Part1Part2Part3Part416EC61375-2-5/IEC61375-3-4标准IEC61375-3-4标准:由于以太网的“非确定性”,必须要求网络的构建及设备符合相关规范,以满足系统的实时性要求。为了将以太网技术应用于列车网络控制系统中,国际电工委员会扩展了符合TCN体系的标准,提出了基于以太网的IEC61375-2-5标准IEC61375-3-4标准。IEC61375-2-5标准描述了基于IEEE802.3标准的以太网和TCP/IP协议构建的列车级网络一以太列车骨干网(ETB,EthernetTrainBackbone)IEC61375-3-4标准中详细描述了:基于以太网技术的车辆级网络一以太网组成网(ECN,EthernetConsistNetwork);连接在EC