中国铁路济南局集团有限公司青岛动车段 山东青岛 266111
摘要：随着机车微机网络控制系统的应用逐渐加深，机车各控制单元之间的节点数不断增加，传输的数据也不断增加，网络所占份额增加，网络负荷增加，从而影响了机车网络控制系统的发展。机车通讯的效率。机车实时以太网（TRDP）技术有效地解决了以太网通信的实时问题，并促进了以太网在机车中的使用。当前，更成熟的机车总线包括MVB，WTB和CAN。但是，由这些总线发送的数据量是有限的，并且随着高速列车的高速发展，机车发送的数据量也在增加。机车实时以太网具有传输速率高、传输数据量大、组网灵活、成本低的优点，并已由IEC组织集成到TCN网络标准系统中。
关键词：高速动车；列车；以太网；技术
列车通信网络是高速动车组的核心技术之一，它负责列车控制、诊断和监控信息的共享，关系到列车运行的安全性和乘客的便利性，其研究意义重大。随着动车组向着高速化、自动化和舒适性方向发展，列车通信网络必须满足新的要求，例如乘客信息传输和远程诊断。现有的列车通信网络受到通信带宽的限制，很难满足新的要求，传输大量数据。工业以太网具有通信速度快、组网灵活、成本低的优点，已成为控制网络的发展趋势。随着工业以太网的不断发展和完善，它也已经应用于列车通信网络，成为列车通信网络发展的方向。
一、高速动车和以太网融合的意义
高速列车正在朝着高速化、自动化和更舒适的方向发展。与传统列车相比，高速列车必须处理越来越复杂的车载信息，例如控制、状态、故障诊断和乘客服务，并且越来越多的此类信息必须在不同的车辆之间传递。作为高速列车的关键技术之一，列车通信网络可以集中管理这些信息，因此可以在整个列车中快速、准确、可靠地传输大量信息。列车通信网络负责控制、监视和传输牵引、制动、车门、空调、辅助电源和其他系统的诊断信息，并且对于确保列车控制的效率、安全性和乘客舒适度是必不可少的。列车有完整的列车通讯网络。随着我国高速列车的发展和国外动车组技术的引进，我们正在逐步实现本土化，并在吸收国外高速列车技术的基础上寻求创新。在我国高铁技术本土化和创新的道路上，列车通信网络是必然和重要的。
近年来，列车通信网络受到越来越多的关注和研究。当前用于高速列车的列车通信网络主要包括TCN、LonWorks、WorldFIP、ARCNET和CAN。这些列车通信网络可以满足车载设备的控制、诊断和监视信息传输需求。然而，随着列车控制技术的不断发展和旅客需求的增加，旅客通信安全、在线视频监控和无线以太网接入等新要求已被添加到列车通信网络中，以增加信息的传输量越来越多，但还需要远程监视和维护。大多数现有的列车网络标准都是在10多年前制定的。与工业以太网相比，传输速度低、组网灵活性低，不能与地面互联网直接通信，而地面互联网已经很难满足大量数据的需求。因此，一些新的工业现场总线，包括工业以太网，已经被应用到列车通信网络中。工业以太网是工业控制领域中使用的以太网，在技术上与商业以太网兼容，但是实际产品可以适应工业现场的实时性和确定性要求。作为国际标准，它具有很高的通信速度（高达1000Mbls），可以满足带宽要求，并且灵活、组网方便、成本低廉。随着工业以太网的不断发展和完善，已成为控制网络的发展趋势，并将成为未来列车通信网络的发展方向。
二、针对以太网网络融合提出以下方案：
如果以太网能够成功地用作高速动车通信网络，那么它可以大大提高高速动车通信网络的通信速度，同时大大降低建设高速动车通信网络的成本。
1.提高以太网通信的实时性和确定性
高速动车控制系统必须是具有在线实时响应特征的实时系统。尤其对于高速列车，通信网络需要强大的确定性和实时性。该系统必须能够对外部事件进行实时响应，连续监视设备运行状况，并确保没有泄漏或检查，从而提供准确的实时信息源来监视设备运行状况和诊断故障。以太网通信的实时确定性工业解决方案通常包括：
（1）使用快速以太网增加带宽
根据实际应用，如果网络负载小于30%，则快速以太网冲突的可能性极小；而如果负载小于10%，则很少发生冲突。对于相同的数据吞吐量，通信速度的提高意味着网络负载的减少。
（2）采用架构交换机以太网
可以将开关视为受控的多端口开关矩阵。
每个端口之间的信息流是隔离的。仅同一端口上的信息流有冲突。也就是说，每个窗口都是一个冲突域，因此原始窗口是共享的。带宽变为专用带宽，从而提高了通信的确定性和实时性。
（3）合理修改和调整以太网通信协议
根据高速动车通信网络传输数据的类型和特点，再次切断以太网通信协议，使网络的响应时间满足列车设备之间的通信时间要求。当前使用各种方法来修改或自定义协议，其中一些方法完全放弃了原始的以太网调度方法。这些方法无疑会消耗过多的人力和物力。有一种简单有效的方法可以将其适当地转换为现有的以太网协议，也就是说，只需将优先级调度模块添加到以太网的MAC子层并了解现有列车通信网络的数据类型。根据过程数据、消息数据、管理数据对用于网络改进的TCN传输数据进行分类，到达数据根据优先级进入周期性实时数据队列，突发实时数据队列和管理数据队列。缓冲区调度程序对三个队列使用非抢占优先级服务方法，始终先发送周期性实时数据队列的数据帧，仅在存在周期性实时数据队列时才发送突发实时数据队列。当前仅在两个队列都为空时才发送来自管理数据队列的数据帧。这种调度方法大大改善了网络对关键数据的实时响应。
2.提高以太网的可靠性
高速动车通信网络的可靠性由：
（1）系统可以连续运行。
（2）系统可以适应恶劣的现场环境，并具有强大的抗干扰功能。
（3）如果高速动车通信网络出现故障，则高速动车可能仍处于满功率状态并且可以全速运行，但是可能会失去一些不会影响行车安全的高速动车控制功能。
（4）在高速动车通信网络严重故障的情况下，控制系统被引导到安全模式，以避免整个高速动车失控事故。
为了提高系统的可靠性，必须采用容错技术。这样，即使系统的某些部分或某些节点发生故障，整个系统也可以正常运行。常用的容错技术是使用冗余。
所谓冗余就是增加系统正常运行所需的时间、信息和资源。因此，涉及三种冗余技术：时间冗余、信息冗余和物理冗余。
时间冗余意味着不需要增加时间，而是在需要时重新传输数据。对于高速动车通信网络，此方法是不理想的，因为它会延长网络数据传输时间。
信息冗余是向传输的数据中添加附加信息，以便接收者接收到可靠的信息。在以太网信号的基本城镇结构中，每个数据帧的最后4个字节是帧检查序列，其功能是将所有数据帧从MAC的目标地址发送到该位置的填充区域。它执行CRC-32（循环冗余校验）计算，将计算结果（32个校验位）放入源帧的帧校验区域中，在帧的接收端重新计算CRC32，然后重新计算新的计算结果。如果比较帧校验区域中接收到的校验位和32个校验位一致，则表示数据帧在传输过程中是正确的，否则表示传输过程中有错误。
以太网通过添加CRC-32验证方法来实现信息冗余，该方法在数据末尾验证帧序列。可以同时执行物理冗余，以提高网络的可靠性，使其更适合列车运行。
所谓的物理冗余是指添加额外的设备，以便整个系统可以容忍某些组件的故障，而不会影响整个网络的通信。通常，通过采用双网络技术可以更好地实现以太网的物理冗余。
以太网的可靠性不仅意味着上述的通信可靠性，而且还包括物理可靠性、即耐冲击性、耐振动性、耐腐蚀性、耐尘和防水性，良好的电磁兼容性。就当前的技术条件而言，高速动车的可行改进是对以太网系统采取防爆和防爆措施。即，使用诸如提高安全性和气密性的防爆措施。将以太网现场设备浇注到该站点中，设备本身产生的点火能量不会泄漏，以确保系统运行的安全性和可靠性。
结语
随着高速列车网络通信技术的不断发展，基于以太网的网络技术必将成为高速列车网络的发展方向。与用于列车通信网络的常规现场总线相比，工业以太网具有通信速度快、兼容性强、稳定性高、成本低的优点，具有更大的可持续发展潜力。
参考文献：
[1]李巍，张丽静，等.车载以太网技术及标准化[J].电信网技术，2016（6）.