列车网络控制系统可靠性研究

马来西亚城际动车组列车网络控制系统

[摘 要]介绍了马来西亚城际动车组列车网络控制系统的组成和功能，详细阐述了该系统的网络拓扑结构，分析了该系统的技术特点。

[关键词] 列车通信网络；网络控制系统；可靠性；冗余性

中图分类号：u266.2

0 引言

马来西亚城际动车组为120km/h速度等级车辆，采用基于tcn标准开发的网络控制系统。该网络控制系统是一套完整的、集成的计算机系统，它控制并监控整个列车的子系统，能够实现对各子系统的实时控制、监视、诊断和事件记录。通过贯穿列车的总线进行数据传输和设备控制，不仅有效地实现了对列车的控制和诊断，同时有助于提高列车运行的可靠性和系统维护的可靠性，保证列车安全舒适运行。

1 系统组成与功能介绍

马来西亚城际动车组列车网络控制系统主要由中央控制单元（ccu）、网关模块（gw）、输入/输出模块（i/o）、人机接口（hmi）、mvb总线和wtb总线等组成，其简要构成图见图1。mvb总线与ccu、i/o及各子系统连接，可以与各子系统直接进行数据交换，从而实现对各子系统的控制和诊断功能。当两列车重联时，wtb总线实现两列车的自动编组和重联通信。

马来西亚城际动车组列车网络控制系统的主要功能如下：列车牵引/制动特性控制，列车逻辑控制，列车重联控制，空转/滑行保护控制，轴重转移补偿控制，自动过分相控制，无人警惕控制，制动力的计算与分配，故障诊断与记录，数据转储等。

2 网络拓扑结构

马来西亚城际动车组列车网络控制系统由列车级网络和车辆级网络组成。列车级网络采用wtb总线，车辆级网络采用mvb总线，wtb和mvb通过网关节点连接，集成在ccu中。3节车单元组的网络拓扑图见图2。

2.1 列车级网络

列车级网络采用符合iec61375标准的绞线式列车总线wtb，以总线方式连接两重联列车的中央控制单元，实现两列车的多个mvb网络数据交换。列车总线的物理介质采用双绞屏蔽线，总线跨度860米，数据交换协议采用hdlc，工作速度为1.0mbit/s，介质分配由一台主设备完成。列车总线采用双通道冗余设计，单通道故障可以自动切换到另一通道，提高了系统的可靠性。

动车组网络控制系统及其技术分析

摘要：动车组网络控制系统(TCMS)系统是一列车的神经中枢，负责完成与各个子系统之间的数据传输、逻辑控制、故障诊断等工作，是一列车能够安全运行的保障。现在世界各国轨道交通行业中，TCN网络无论是在动车组、地铁还是轻轨，都得到了广泛的应用。

关键词：动车组；网络控制系统；技术

前言

迄今为止，我国铁路已经经历了6次大提速，列车运行速度不断加快，不仅方便了人们的出行，同时也进一步加深了我国各地区之间的联系。列车运行的基础是安全，尤其是在当前列车运行速度进一步提升的隋况下，安全是重中之重。网络控制系统作为整个动车组的中枢神经，是动车组平稳安全运行的重要保障。

1网络控制系统

CR400BF动车组通信网络由WTB(列车总线)与MVB(多功能车辆总线)构成，属于2级通信网络，二者的数据传输速率略有差异。动车组网络控制系统的基本构成为：中央控制单元、输入输出模块、无线传输装置、司机显示屏、、MVB中继器、网关、牵引控制装置、制动控制装置、空调控制装置、辅助变流器装置、旅客信息系统、车门控制装置以及充电机控制装置。

2动车组网络控制系统关键技术

2.1以太网通信网络控制技术

动车组采用以太网作为数据传输总线，总线通信控制方案同样采用传统网络的两级总线架构，分为列车级总线和车辆级总线，并由最小的可配置编组单元通过列车级以太网线级联构成整个列车通信网络。实现不同的最小可编组单元的级联，为列车快速地建立起一个高可靠性的灵活可配置的控制网络，提高传输列车控制信息的实时性，确保列车的正常运行；车辆级总线采用线性拓扑结构，传输速率为100Mbit／s，使用TRDP协议进行封装传输，符合IEC61375—3—4标准。最小可编组单元设有ECN，其中ECN可以根据可配置编组单元内含有的车辆数灵活增加，通过ECN级联，实现可配置编组单元内子系统与网络控制系统的建列车级以太网车辆级以太网车辆控制器数据采集模块远程数据传输装置通信，实现以太网数据交换。连接到车辆总线上的各子系统控制单元主要包括：牵引控制单元、制动控制单元、辅助控制单元、空调控制单元、充电机控制单元系统等。列车级线路冗余列车级总线采用链路聚合技术，当某一条总线故障时，保证列车级数据可靠传输不受影响。车辆级总线线路冗余一车辆级总线采用链路聚合技术.保证一条总线故障时数据能够正确传输。在同一可配置编组单元内，车辆控制器按照TRDP协议，可以通过组播发送控车数据，在组播组内所有子系统都可以接收，也可以通过单播发送通信数据，实现与子系统内的数据交互。动车组列车网络控制系统在以太网通信的安全设计上采用以下原则：(1)支持流量控制与过滤功能控制网络流量，仅允许指定设备数据通信，保证网络带宽。(2)数据加密功能支持TRDP—SDT协议、数据加密算法，保证控制数据安全性。(3)网络防火墙功能设置网络安全防火墙，采用安全防护策略，阻止潜在网络设备接入和黑客攻击。采用以太网作为列车控制网，能够获取传输子系统更多的传感器检测的原始数据及诊断数据，为健康诊断系统的故障预测与设备状态管理提供数据支撑。各设备采用以太网接口，可以通过交换机接口进行任意设备增删，在安全机制保障前提下，设备间的传输通信透明，易于扩展。

列车网络控制系统研究

摘要：我国铁路具有高度集中的特点，运营场景十分复杂，各工作环节需紧密联系、协同配合。为防止在极端情况下（如恶劣气候、人为因素等），如果列车控制、调度指挥同时出现错误，列车存在发生追尾事故的可能，我国铁路研究使用GSMR/GPRS网络承载车地数据通信，采用“差分卫星定位+车轮速度传感器”实现列车的精确定位，通过在地面设置预警服务器和在列车上设置预警单元的方式，构建高速铁路列车接近预警系统。

关键词：列车；网络控制系统；研究；

引言

部分城市由于建设主体、建设时机等问题，存在多个品牌的云平台，甚至部分项目建设网域的范围和时序有所不同。但总体上遵循中国城市轨道交通协会标准城轨云，用统一的基础架构进行服务，实现了建设和运维成本的降低。对北京、广州、武汉、南京、苏州数据平台方案的研究发现，目前大部分城市已不采用传统数据仓库来构建数据平台的技术路线，而采用MPP+Hadoop混合的方式进行数据平台的建设，个别城市甚至采用了数据湖技术，但轨道交通领域基于云原生架构的数据平台，以及其与云平台的融合尚处于起步阶段。

一、城轨云平台网络安全总体需求

城市轨道交通业务上云部署后，城轨云平台迫切需要解决安全问题。1)安全域机制被打破。在云计算环境中，计算和存储资源高度整合，基础网络架构统一化，传统的控制部署边界消失，安全域的机制被打破。2)东西向安全防护缺失。在同一宿主机中，不同业务系统间的通信(东西流向)用传统(南北流向)的物理安全设备无法检测，存在业务间的数据泄漏风险。3)满足云租户合规及安全需求。平台需要统筹考虑自身的网络安全建设，以及承载其上的应用系统安全防护工作，满足自身和租户的等保合规及安全需求。 二、列车网络控制系统安全建设标准

列车网络控制系统是列车上最关键的信息通信系统，系统是否正常直接影响列车的运行安全，同时当前列车网络控制系统正在向以太网控制方案过渡，其在信息安全领域的防护设计当前还处于初步探索阶段，此阶段需要充分考虑车辆系统业务特点，并结合国内ＧＢ／Ｔ２２２３９《信息安全技术网络安全等级保护要求》制定相关安全防护方案，推荐系列化标准地铁列车网络控制系统安全保护根据等级保护２．０标准要求进行设计。根据等级保护２．０标准的相关要求，列车网络控制系统网络应构建具备相应等级安全保护能力的网络安全综合纵深防御体系，其中技术角度为重点建立起安全管理中心管理下的安全通信网络、安全区域边界、安全计算环境三重防护的网络安全技术防护体系。

基于通信的列车控制技术概述

1.CBTC系统概述

自从通信技术特别是无线电技术飞速发展以后，人们就开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统。它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面的双向通信，用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。基于通信的列车控制(Communications-based Train

Control， CBTC)系统独立于轨道电路，采用高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信，通过车载和地面安全设备实现对列车的控制。CBTC的突出优点是有车——地双向通信，而且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。在CBTC中不仅实现列车运行控制，而且可以综合成为运行管理，因为双向无线通信系统，既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类星系，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用CBTC既可以实现固定自动闭塞系统(CBTC-FAS)，也可以实现移动自动闭塞系统(CBTC-MAS)。在CBTC应用中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。在双向无线通信系统中，在欧洲是应用GSM-R系统，但在美洲则用扩频通信等其他种类无线通信技术。列车定位技术则有多种方式，例如车载设备的测速-测距系统、全球卫星定位、感应回线等。CBTC已在全世界范围内发展，它不仅在地面大铁路得到推广应用，而且在城市轨道交通系统，包括地下铁道或快捷运输线路也给以青睐。

基于通信的列车控制利用先进的通信、计算机技术。突破了固定闭塞的局限，实现了移动闭塞，在技术和成本上较传统的信号系统有明显的优势。该技术无需在轨道上进行固定长度、固定位置的闭塞分区，而是把每一列车加上前后的一定安全距离作为一个移动的分区，列车制动的起点和终点都是动态的。列车的安全间距是按后续列车在当前速度下所需的制动距离加上安全余量计算得出。列车的最小运行间隔在90s以内，个别条件下可实现小于60 s的间隔时间。与传统的固定闭塞、准移动闭塞技术相比移动闭塞技术实现了车载设备与轨旁设备不间断的信急双向传输，使列车定位更精确、控制更灵活，可以安全有效地缩短列车间隔，提高列车运行的安全性与可靠性。降低列车的运营和维护成本。