城市軌道交通車(chē)輛總線對(duì)比分析

鮑興順　葉生

摘要：對(duì)CAN總線、MVB總線、工業(yè)以太網(wǎng)總線進(jìn)行探究，對(duì)比三種總線的功能及適用性。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;總線;對(duì)比

城市軌道交通作為城市居民出行的主要方式，列車(chē)設(shè)備在近幾年不斷豐富，車(chē)輛內(nèi)部信息通信能力在不斷改善。在總線控制系統(tǒng)中，能通過(guò)物理傳輸模式，完成組網(wǎng)及傳輸速率調(diào)整等功能。對(duì)主線形式進(jìn)行劃分，能分為CAN總線及MVB總線、工業(yè)以太網(wǎng)總線，本文對(duì)以上三種總線進(jìn)行分析，并作出對(duì)比。

1.CAN總線

1.1總線功能

CAN總線在1980年產(chǎn)生，在汽車(chē)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，隨著科技發(fā)展，逐漸應(yīng)用到其他車(chē)輛領(lǐng)域，城市軌道交通便是其一。CAN總線利用串行通信協(xié)議，利用雙絞線及電纜等進(jìn)行信息傳輸，傳輸效率與傳輸距離存在聯(lián)系。CAN總線是車(chē)輛總線的常見(jiàn)形式，在短編組車(chē)輛中應(yīng)用效果良好，傳輸過(guò)程中采取雙絞線傳輸模式，在低地板車(chē)輛信息傳輸過(guò)程中，最大布線距離為150m-200m，傳輸速度控制在250kb/s，能滿(mǎn)足車(chē)輛運(yùn)行階段的數(shù)據(jù)傳輸需求。

1.2拓展協(xié)議

CAN總線與拓展協(xié)議對(duì)應(yīng)ISO及OSI模型，其中，SI模型中包括應(yīng)用層及表示層、會(huì)話層、網(wǎng)絡(luò)層等，CAN設(shè)備模型中含有應(yīng)用層，其中通過(guò)CANopen-DS3 1及DS4xx協(xié)議等完成總線布設(shè)，數(shù)據(jù)連接層協(xié)議為CAN2，物理層協(xié)議為IS118 8.物理層具有完成電氣連接及實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的特性。數(shù)據(jù)連接功能結(jié)合傳輸規(guī)則，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行仲裁及錯(cuò)誤檢驗(yàn)、控制幀結(jié)構(gòu)、故障界定等。物理層與數(shù)據(jù)連接層會(huì)在CAN接口下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。CAN總線結(jié)合多主競(jìng)爭(zhēng)結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)分散仲裁及廣播通信，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)不同的工況會(huì)具有相應(yīng)的協(xié)議。

1.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

城市軌道交通中的CAN總線利用中央控制單元及其他控制器展開(kāi)線路控制，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象及服務(wù)對(duì)象的控制，完成數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)視功能。CAN總線是車(chē)輛總線中的常見(jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在2動(dòng)1拖結(jié)構(gòu)中，采取CAN總線及車(chē)門(mén)控制單元設(shè)備進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接，在串行協(xié)議下完成線路優(yōu)化。每個(gè)節(jié)點(diǎn)含有2個(gè)CAN接口，城市軌道交通每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)置接口類(lèi)似人類(lèi)的手臂，采取手拉手的連接模式，接口利用CAN-IN及CAN-OUT表示，IN與OUT代表物理連接進(jìn)與出，在功能的影響，CAN總線是城市軌道交通的常見(jiàn)模式。

2.MVB總線

2.1總線功能

MVB總線是多功能總線，在應(yīng)用過(guò)程中針對(duì)城市軌道交通IEC61375標(biāo)準(zhǔn)，該總線作為串行通信協(xié)議，為總線仲裁網(wǎng)絡(luò)，在主設(shè)備及設(shè)備間應(yīng)用，在主幀與從幀的影響下完成工作，傳輸介質(zhì)是光線或者雙絞線均可，傳輸速率較快。MVB總線在城市軌道交通應(yīng)用范圍廣，比如，地鐵及有軌電車(chē)均能應(yīng)用，最大布線距離為150m-200m，采取中繼器級(jí)聯(lián)模式，保證最大的傳輸效率，滿(mǎn)足城市軌道交通的車(chē)輛運(yùn)行需求。

2.2拓展協(xié)議

MVB總線及協(xié)議所對(duì)應(yīng)的ISO及OSI協(xié)議中，過(guò)程數(shù)據(jù)通信協(xié)議含有物理層及鏈路層、應(yīng)用層，通過(guò)廣播的形式能完成數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)控制。消息數(shù)據(jù)通信協(xié)議中含有OSI的多層模型，采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接模式，保證網(wǎng)絡(luò)信息的有效管理，并能實(shí)現(xiàn)故障診斷。MVB總線協(xié)議規(guī)定要求嚴(yán)格，能保證車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性，該總線是城市軌道交通中目前應(yīng)用范圍最為廣泛的總線。

2.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

MVB總線是城市軌道交通的總線，通過(guò)中央控制單元及其他控制單元完成車(chē)輛數(shù)據(jù)控制，并能夠周期性的數(shù)據(jù)控制模式，完成數(shù)據(jù)的監(jiān)督與管理，定期對(duì)總線設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，在2動(dòng)1拖結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主干與分支結(jié)構(gòu)，并利用中繼器將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分為兩個(gè)部分，主要是列車(chē)控制層及車(chē)輛控制層。MVB中繼器能將總線劃分為不同的網(wǎng)絡(luò)分段，相互連接的網(wǎng)段能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，一旦某個(gè)網(wǎng)絡(luò)段失聯(lián)，不會(huì)對(duì)車(chē)輛的運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生影響。

3.工業(yè)以太網(wǎng)總線

3.1總線功能

工業(yè)以太網(wǎng)總線在商用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，通過(guò)串行通信模式，在帶沖突檢測(cè)波載監(jiān)聽(tīng)技術(shù)下完成功能，兼容性良好、傳輸效率較高。基礎(chǔ)協(xié)議IEEE802.3對(duì)物理層及鏈路層進(jìn)行分別定義，但鏈路層能劃分為控制層及邏輯鏈路層等。工業(yè)以太網(wǎng)在應(yīng)用過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)受到介質(zhì)的影響。TCP及IP協(xié)議能為以太網(wǎng)提供數(shù)據(jù)傳輸渠道，工業(yè)以太網(wǎng)在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)協(xié)議進(jìn)行拓展，比如，現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)自動(dòng)控制技術(shù)等。在城市軌道交通領(lǐng)域，工業(yè)以太網(wǎng)處于試用階段。

3.2拓展協(xié)議

在近幾年的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)車(chē)輛以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行定義，其中，應(yīng)用層對(duì)程序細(xì)節(jié)進(jìn)行處理，傳輸層利用TCP協(xié)議對(duì)連接控制數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合用戶(hù)數(shù)據(jù)協(xié)議，傳輸監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層對(duì)地址協(xié)議進(jìn)行解讀，從而明確網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)備的訪問(wèn)控制介質(zhì)，通過(guò)設(shè)備MAC地址能獲得IP地址，實(shí)現(xiàn)物理層數(shù)據(jù)的有效傳輸。

3.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

工業(yè)以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采取總線型及星型網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)以太網(wǎng)及車(chē)輛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇性能良好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。城市軌道交通車(chē)輛總線設(shè)計(jì)中，采取冗余設(shè)計(jì)方法，保證未來(lái)的升級(jí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合路由器鏈路聚合技術(shù)等完成，鏈路聚合技術(shù)能提升網(wǎng)絡(luò)帶寬，保證數(shù)據(jù)的有效傳輸。

4.車(chē)輛總線對(duì)比

在三種城市軌道交通總線中，CAN總線的應(yīng)用會(huì)降低企業(yè)的成本，子系統(tǒng)的設(shè)備選擇性較強(qiáng)，MVB總線的傳輸效率較高，通信一致性滿(mǎn)足城市軌道交通的需求，工業(yè)以太網(wǎng)則是符合時(shí)代的發(fā)展方向，網(wǎng)絡(luò)控制朝向智能化。目前的城市軌道交通系統(tǒng)中，要求總線具有實(shí)時(shí)性及靈活性、及時(shí)性、冗余性，因此，靈活編組及運(yùn)維便利、智能化是時(shí)代的發(fā)展需求。現(xiàn)階段，MVB總線應(yīng)用范圍最廣，CAN總線次之，工業(yè)以太網(wǎng)總線在可靠性方面還需進(jìn)行調(diào)整，在弊端處理后，能進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。

結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通在運(yùn)行過(guò)程中，采取合適的車(chē)輛總線，有利于保證數(shù)據(jù)信息的有效傳輸，并能夠改善城市軌道交通車(chē)輛的運(yùn)行能力。因此，在城市軌道交通總線選擇過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)選擇靈活性及實(shí)時(shí)性、智能性、可靠性較強(qiáng)的總線，為車(chē)輛的通信功能提供保證，本次對(duì)比分析，MVB總線是應(yīng)用范圍最廣的總線，相比CAN總線更具優(yōu)勢(shì)，但工業(yè)以太網(wǎng)總線處于研究過(guò)程，一旦弊端消除，將大范圍應(yīng)用。

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