城市軌道交通車輛總線對比分析

鮑興順　葉生

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

關鍵詞：城市軌道交通;總線;對比

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

1.CAN總線

1.1總線功能

CAN總線在1980年產生，在汽車領域廣泛應用，隨著科技發(fā)展，逐漸應用到其他車輛領域，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行信息傳輸，傳輸效率與傳輸距離存在聯(lián)系。CAN總線是車輛總線的常見形式，在短編組車輛中應用效果良好，傳輸過程中采取雙絞線傳輸模式，在低地板車輛信息傳輸過程中，最大布線距離為150m-200m，傳輸速度控制在250kb/s，能滿足車輛運行階段的數(shù)據(jù)傳輸需求。

1.2拓展協(xié)議

CAN總線與拓展協(xié)議對應ISO及OSI模型，其中，SI模型中包括應用層及表示層、會話層、網(wǎng)絡層等，CAN設備模型中含有應用層，其中通過CANopen-DS3 1及DS4xx協(xié)議等完成總線布設，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現(xiàn)驅動的特性。數(shù)據(jù)連接功能結合傳輸規(guī)則，實現(xiàn)執(zhí)行仲裁及錯誤檢驗、控制幀結構、故障界定等。物理層與數(shù)據(jù)連接層會在CAN接口下實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。CAN總線結合多主競爭結構，能實現(xiàn)分散仲裁及廣播通信，在實際的應用過程中，根據(jù)不同的工況會具有相應的協(xié)議。

1.3拓撲結構

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線路控制，通過對數(shù)據(jù)對象及服務對象的控制，完成數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)視功能。CAN總線是車輛總線中的常見拓撲結構，在2動1拖結構中，采取CAN總線及車門控制單元設備進行節(jié)點連接，在串行協(xié)議下完成線路優(yōu)化。每個節(jié)點含有2個CAN接口，城市軌道交通每個CAN節(jié)點設置接口類似人類的手臂，采取手拉手的連接模式，接口利用CAN-IN及CAN-OUT表示，IN與OUT代表物理連接進與出，在功能的影響，CAN總線是城市軌道交通的常見模式。

2.MVB總線

2.1總線功能

MVB總線是多功能總線，在應用過程中針對城市軌道交通IEC61375標準，該總線作為串行通信協(xié)議，為總線仲裁網(wǎng)絡，在主設備及設備間應用，在主幀與從幀的影響下完成工作，傳輸介質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用范圍廣，比如，地鐵及有軌電車均能應用，最大布線距離為150m-200m，采取中繼器級聯(lián)模式，保證最大的傳輸效率，滿足城市軌道交通的車輛運行需求。

2.2拓展協(xié)議

MVB總線及協(xié)議所對應的ISO及OSI協(xié)議中，過程數(shù)據(jù)通信協(xié)議含有物理層及鏈路層、應用層，通過廣播的形式能完成數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時控制。消息數(shù)據(jù)通信協(xié)議中含有OSI的多層模型，采取點對點的連接模式，保證網(wǎng)絡信息的有效管理，并能實現(xiàn)故障診斷。MVB總線協(xié)議規(guī)定要求嚴格，能保證車輛在運行過程中的穩(wěn)定性，該總線是城市軌道交通中目前應用范圍最為廣泛的總線。

2.3拓撲結構

MVB總線是城市軌道交通的總線，通過中央控制單元及其他控制單元完成車輛數(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，定期對總線設備進行檢測，在2動1拖結構中，網(wǎng)絡結構為主干與分支結構，并利用中繼器將拓撲結構劃分為兩個部分，主要是列車控制層及車輛控制層。MVB中繼器能將總線劃分為不同的網(wǎng)絡分段，相互連接的網(wǎng)段能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，一旦某個網(wǎng)絡段失聯(lián)，不會對車輛的運行質量產生影響。

3.工業(yè)以太網(wǎng)總線

3.1總線功能

工業(yè)以太網(wǎng)總線在商用領域廣泛應用，通過串行通信模式，在帶沖突檢測波載監(jiān)聽技術下完成功能，兼容性良好、傳輸效率較高?；A協(xié)議IEEE802.3對物理層及鏈路層進行分別定義，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)在應用過程中，數(shù)據(jù)傳輸不會受到介質的影響。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)在應用過程中對協(xié)議進行拓展，比如，現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)自動控制技術等。在城市軌道交通領域，工業(yè)以太網(wǎng)處于試用階段。

3.2拓展協(xié)議

在近幾年的應用過程中，對車輛以太網(wǎng)協(xié)議進行定義，其中，應用層對程序細節(jié)進行處理，傳輸層利用TCP協(xié)議對連接控制數(shù)據(jù)進行處理，結合用戶數(shù)據(jù)協(xié)議，傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡層對地址協(xié)議進行解讀，從而明確網(wǎng)絡協(xié)議設備的訪問控制介質，通過設備MAC地址能獲得IP地址，實現(xiàn)物理層數(shù)據(jù)的有效傳輸。

3.3拓撲結構

工業(yè)以太網(wǎng)的拓撲結構采取總線型及星型網(wǎng)絡，根據(jù)以太網(wǎng)及車輛結構特點，選擇性能良好的拓撲結構。城市軌道交通車輛總線設計中，采取冗余設計方法，保證未來的升級，設計過程中結合路由器鏈路聚合技術等完成，鏈路聚合技術能提升網(wǎng)絡帶寬，保證數(shù)據(jù)的有效傳輸。

4.車輛總線對比

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

結束語

城市軌道交通在運行過程中，采取合適的車輛總線，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輛的運行能力。因此，在城市軌道交通總線選擇過程中，應當選擇靈活性及實時性、智能性、可靠性較強的總線，為車輛的通信功能提供保證，本次對比分析，MVB總線是應用范圍最廣的總線，相比CAN總線更具優(yōu)勢，但工業(yè)以太網(wǎng)總線處于研究過程，一旦弊端消除，將大范圍應用。

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