基于工業(yè)以太網(wǎng)的動車組列車通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

任祥臣，石 磊

（中車長春軌道客車股份有限公司，長春 130062）

動車組列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN，Train Communication Network）作為動車組關(guān)鍵技術(shù)之一[1-2]，為動車組列車運行控制、多車重聯(lián)控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、車輛設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷、地面檢修維護(hù)作業(yè)、司乘人員業(yè)務(wù)以及旅客服務(wù)等提供公用通信服務(wù)，實現(xiàn)列車信息傳輸和共享。我國現(xiàn)有的動車組TCN采用基于IEC 61375標(biāo)準(zhǔn)的絞線式列車總線（WTB，Wire Train Bus）+多功能車輛總線（MVB，Multifunction Vehicle Bus）技術(shù)[3-4]，主要是針對列車控制和管理系統(tǒng)（TCMS，Train Control and Management System）應(yīng)用專項開發(fā)的，具有較高可靠性和實時性[5]，在過去較長一段時間內(nèi)一直作為我國動車組TCN的主流技術(shù)。隨著軌道交通列車技術(shù)的不斷升級，對TCN傳輸數(shù)據(jù)量的需求不斷提高，但MVB數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罡弑忍芈剩◣挘﹥H為1.5 Mbps，無法滿足列車設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)、車載設(shè)備狀態(tài)信息實時采集、故障診斷以及旅客信息服務(wù)等新應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸需求。

目前，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化和過程控制領(lǐng)域發(fā)展迅速，以往制約工業(yè)以太網(wǎng)化應(yīng)用受限的不足之處，如環(huán)境適用性、安全性、可靠性及實時性等，正在不斷被攻克。工業(yè)以太網(wǎng)具有帶寬高（最高比特率可達(dá)100 Mbps）、兼容性強、安裝成本低等優(yōu)點。

本文面向動車組TCN的傳輸要求，研究將工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于動車組列車通信網(wǎng)絡(luò)[6]，以期利用工業(yè)以太網(wǎng)的特性和優(yōu)勢，實現(xiàn)對既有動車組TCN技術(shù)的替代升級，以滿足不斷增長的動車組列車通信需求。

1 既有動車組TCN存在問題分析

1.1 動車組TCN簡介

既有的動車組TCN具有兩級分層架構(gòu)，由列車總線（采用WTB）和車輛總線（采用MVB）構(gòu)成。動車組TCN主要為列車控制和管理系統(tǒng)（TCMS，Train Control and Management System）提供通信支持，實現(xiàn)動車組主要車載設(shè)備的管理、運行信息采集、運行狀態(tài)的監(jiān)視和故障診斷，保障列車安全、可靠運行，并為司機和機械師提供故障處理指南，為列車維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。此外，動車組TCN也為旅客信息系統(tǒng)（PIS，Passenger Information System）提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

1.2 TCN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

動車組一般為8輛編組，由2個牽引單元構(gòu)成，動車組TCN按照牽引單元劃分為2個網(wǎng)段；為提高可靠性，重要部件采用冗余設(shè)計。既有的動車組TCN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 既有的動車組TCN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意

（1）每一牽引單元上設(shè)置2個互為冗余的中央控制單元（CCU，Central Control Unit），它們共同負(fù)責(zé)對本單元車輛的控制、監(jiān)視和診斷。

（2）每一牽引單元有冗余的WTB/MVB網(wǎng)關(guān)（集成在CCU中），負(fù)責(zé)2個牽引單元之間及重聯(lián)時列車之間的數(shù)據(jù)交換。

（3）每個司機臺分別安裝有2個顯示屏，機械師室裝有1個顯示屏，用于顯示列車狀態(tài)、故障診斷信息。

（4）2個頭車上安裝有無線傳輸裝置，用于記錄狀態(tài)和故障診斷數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。

（5）每節(jié)車廂上安裝有中繼器（REP，Repeater）模塊，具有信號再生和整形的功能，可將車輛總線分為若干網(wǎng)段，當(dāng)某個網(wǎng)段故障時不會影響車輛總線其余部分的工作。

（6）列車上的牽引控制單元、制動控制單元、門控單元、空調(diào)控制單元、受電弓控制單元等，通過MVB連接到列車網(wǎng)絡(luò)。

1.3 傳輸帶寬

WTB的傳輸介質(zhì)采用2根互為冗余的雙絞線，傳輸速率為1 Mbit/s，2個牽引單元之間通過WTB與冗余的網(wǎng)關(guān)連接，通過網(wǎng)關(guān)與本單元的MVB進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

MVB的物理層采用2對冗余的雙絞線總線結(jié)構(gòu)，其傳輸速率為1.5 Mbit/s，通過總線連接器和輸入輸出模塊，實現(xiàn)各子系統(tǒng)與CCU之間的數(shù)據(jù)通信。

1.4 存在的主要問題

在動車組運用過程中，現(xiàn)有的采用WTB+MVB的動車組TCN存在以下不足之處：

（1）數(shù)據(jù)傳輸帶寬有限：WTB傳輸速率為1 Mbit/s，MVB傳輸速率為1.5 Mbit/s；為了保證列車通信的穩(wěn)定性和可靠性，目前只能利用動車組TCN傳輸涉及列車控制的信號和列車主要運行狀態(tài)信號和運行信息，無法傳輸遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)和故障診斷所需的大量設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。

（2）部分通信線路無冗余：現(xiàn)有的動車組TCN僅對重要部件采取冗余設(shè)計，MVB通信線路未能實現(xiàn)冗余；列車各子系統(tǒng)與CCU之間通過MVB總線進(jìn)行串連，并共用該線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)遭遇網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、網(wǎng)絡(luò)異常攻擊或MVB通信線路出現(xiàn)故障時，會造成列車車輛間通信中斷，無法滿足整列車通信的完整性需求；同時，當(dāng)某個子系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，會導(dǎo)致該設(shè)備及其連接的所有設(shè)備均與CCU失去通信，嚴(yán)重影響列車功能。

（3）車載設(shè)備維護(hù)不便利：整列動車組不具備公用維護(hù)網(wǎng)絡(luò)接口，在利用現(xiàn)有的動車組TCN進(jìn)行車載各子系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)或軟件升級時，維護(hù)人員需要單獨連接到各個子系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)操作，導(dǎo)致動車組列車檢修維護(hù)操作復(fù)雜繁瑣、耗時長，維護(hù)成本高。

（4）旅客服務(wù)功能不全面：由于MVB網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，且信息傳輸實時性也較低，導(dǎo)致列車旅客服務(wù)系統(tǒng)功能實現(xiàn)受限，僅能提供基本運行信息顯示及少量重要數(shù)據(jù)傳輸，無法根據(jù)實際需求實現(xiàn)多媒體播放、視頻監(jiān)控、故障聯(lián)動等功能的集成，難以滿足日益豐富的旅客服務(wù)信息傳輸需求。

2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的動車組TCN設(shè)計

2.1 設(shè)計目標(biāo)

（1）在實現(xiàn)既有列車通信網(wǎng)絡(luò)功能的前提下提高網(wǎng)絡(luò)帶寬：采用工業(yè)以太網(wǎng)替代現(xiàn)有的基于WTB+MVB的動車組TCN網(wǎng)絡(luò)，滿足目前TCMS和PIS全部通信要求；以工業(yè)以太網(wǎng)傳輸速率高達(dá)100 Mbps，能從根本上解決現(xiàn)有動車組TCN網(wǎng)絡(luò)帶寬受限的問題，充分滿足列車大流量數(shù)據(jù)傳輸、故障傳輸、軟件版本同步、能量信息傳遞、旅服信息傳輸?shù)榷喾N應(yīng)用的信息傳輸需求。

（2）實現(xiàn)通信線路全冗余設(shè)計：為提高列車整車通信可靠性，重要部件均采用冗余設(shè)計，冗余包括部件冗余和通信線路冗余[7]；各車載子系統(tǒng)的控制設(shè)備通過通信接口與車輛總線的連接，均采用冗余線路設(shè)計，當(dāng)某個子系統(tǒng)的一個網(wǎng)絡(luò)通道或網(wǎng)段中一個通道故障時，均不會影響該子系統(tǒng)及本車其它子系統(tǒng)的正常通信。

（3）方便車載設(shè)備維護(hù)：設(shè)置車載設(shè)備公用維護(hù)網(wǎng)絡(luò)接口，地面維護(hù)人員可使用專用軟件直接與連接在動車組列車通信網(wǎng)絡(luò)上的車載子系統(tǒng)進(jìn)行通信，完成包括故障下載、軟件升級、調(diào)試試驗等車載設(shè)備維護(hù)任務(wù)，為動車組維護(hù)提供便利的技術(shù)條件。

（4）完善旅客服務(wù)功能：通過旅客服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和列車通信網(wǎng)絡(luò)的有效融合，將旅客服務(wù)所需的媒體資源、監(jiān)控視頻和故障聯(lián)動信息等內(nèi)容及時、可靠地傳輸?shù)絼榆嚱M列車各服務(wù)終端、顯示終端和記錄單元，滿足旅客對列車服務(wù)的多種信息需求。

2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

基于工業(yè)以太網(wǎng)的動車組TCN（簡稱：動車組以太網(wǎng)）采用兩級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[8]，分別為列車級以太網(wǎng)（ETB，Ethernet Train Backbone）和車輛級以太網(wǎng)（ECN，Ethernet Consist Network），其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的動車組TCN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意

（1）動車組頭車安裝有列車級以太網(wǎng)節(jié)點設(shè)備（ETBN，Ethernet Train Backbone Node），完成列車級網(wǎng)絡(luò)初始化功能，包括建立列車通信鏈接、確認(rèn)列車節(jié)點數(shù)量、完成列車網(wǎng)絡(luò)配置等；滿足列車運行控制的列車級數(shù)據(jù)傳輸要求，具備監(jiān)視功能，并為列車重聯(lián)提供數(shù)據(jù)傳輸通信接口。

（2）每節(jié)車廂安裝有以太網(wǎng)交換機，用于車輛級以太網(wǎng)總線之間的連接，可以傳輸故障診斷、事件記錄、設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)顯示等數(shù)據(jù); 基于IEEE 802.3 （100BASE-TX）標(biāo)準(zhǔn)的全雙工模式，傳輸速率為100 Mbit/s。

（3）各類車載設(shè)備，包括中央控制單元（CCU，Central Control Unit）、輸入輸出模塊（IOM，Input and Output Management）、人機接口顯示屏（HMI，Human Machine Interface display screen）、無線傳輸裝置（WTD，Wireless Transmission Device）均通過以太網(wǎng)總線連接至各車輛以太網(wǎng)交換機；其它具有以太網(wǎng)接口的子系統(tǒng)控制單元可通過以太網(wǎng)總線連接至各車輛以太網(wǎng)交換機，連接器符合IEC 61076-2-101標(biāo)準(zhǔn)。

（4）提供維護(hù)用專用網(wǎng)絡(luò)接口，方便設(shè)備維護(hù)人員對連接在車載以太網(wǎng)上的車載子系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。

2.3 設(shè)計要求

（1）網(wǎng)絡(luò)安全要求：動車組以太網(wǎng)優(yōu)先保證滿足列車實時控制的通信要求，劃分為車輛內(nèi)網(wǎng)與外部系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)2部分，如圖3所示；其中，車輛內(nèi)網(wǎng)主要負(fù)責(zé)動車組車輛內(nèi)部各設(shè)備之間的通信，連接在車輛內(nèi)網(wǎng)上的所有設(shè)備無需具備復(fù)雜的加密、鑒權(quán)、訪問記錄、訪問控制功能，簡化動車組車輛內(nèi)部各子系統(tǒng)間通信過程，確保列車控制功能的實時性；外部系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括WTD和旅客信息系統(tǒng)（PIS，Passenger Information System）設(shè)備，實現(xiàn)與外部系統(tǒng)的物理隔離，并為外部系統(tǒng)提供接入列車以太網(wǎng)的通用通信接口。

圖3 車輛內(nèi)網(wǎng)、外部系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及外部系統(tǒng)連接示意

（2）列車控制數(shù)據(jù)傳輸要求：列車控制數(shù)據(jù)按照IEC 61375標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的以太網(wǎng)過程數(shù)據(jù)（PD，Process Data）進(jìn)行傳輸，并采用IEC 61375-2-3標(biāo)準(zhǔn)中定義的TRDP協(xié)議數(shù)據(jù)報文格式，如表1所示。

表1 TRDP協(xié)議數(shù)據(jù)報文格式

中央控制單元、車輛以太網(wǎng)交換機和各子系統(tǒng)設(shè)備均分配了專有的通信數(shù)據(jù)標(biāo)識號COMID。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，各子系統(tǒng)設(shè)備需按照協(xié)議數(shù)據(jù)報文格式組織以太網(wǎng)過程數(shù)據(jù)，并通過通信板卡上的2個通信接口按照各通信接口的IP地址，將TRDP控制數(shù)據(jù)包發(fā)送到以太網(wǎng)總線上；在接收數(shù)據(jù)時，各子系統(tǒng)設(shè)備通過通信板卡上的2個通信接口按照各通信接口的IP地址接收控制數(shù)據(jù)包，再由各設(shè)備CPU從2個數(shù)據(jù)包中選擇使用的數(shù)據(jù)。為保證列車控制數(shù)據(jù)的有效性，車輛以太網(wǎng)交換機會監(jiān)測各子系統(tǒng)設(shè)備的生命信號，當(dāng)生命信號停止更新（2 s）或設(shè)備通信超時（即5倍特征周期內(nèi)從2個通信接口都接收不到任何數(shù)據(jù)時）后，車輛以太網(wǎng)交換機判定此設(shè)備通信故障并上報給CCU，CCU不再采信此設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)控制。為保證列車控制數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，各子系統(tǒng)設(shè)備的以太網(wǎng)過程數(shù)據(jù)中會在報文中規(guī)定本設(shè)備特有的頭部校驗序列，通過對數(shù)據(jù)包中的頭部校驗序列進(jìn)行校驗，確定接收到的數(shù)據(jù)是否為所需數(shù)據(jù)，防止調(diào)用錯誤數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)通道隔離要求：通過車輛以太網(wǎng)交換機接入的各子系統(tǒng)設(shè)備（即連接至以太網(wǎng)總線的各種車載設(shè)備，包括牽引、制動、車門等）需設(shè)置至少2個以太網(wǎng)通信接口，其中1個以太網(wǎng)通信接口只具備列車控制功能，另1個以太網(wǎng)通信接口具備列車控制和維護(hù)功能，如圖4所示。當(dāng)動車組以太網(wǎng)用于列車控制時，CCU優(yōu)先使用只具備控制功能的以太網(wǎng)通信接口來接收數(shù)據(jù)，由此實現(xiàn)列車控制與其它應(yīng)用（車輛維護(hù)、旅客服務(wù)等）的數(shù)據(jù)傳輸隔離，從而提高列車控制網(wǎng)絡(luò)的安全性、實時性和穩(wěn)定性。

圖4 車載子系統(tǒng)設(shè)備的以太網(wǎng)通信接口數(shù)據(jù)傳輸示意

（4） 通信質(zhì)量要求：動車組控制數(shù)據(jù)采用以太網(wǎng)組播通信的方式進(jìn)行傳輸，各子系統(tǒng)應(yīng)具備組播穩(wěn)定通信能力；各子系統(tǒng)設(shè)備的以太網(wǎng)通信接口符合IGMP v2標(biāo)準(zhǔn)要求，響應(yīng)通用組播查詢報文，并回復(fù)組播加入報文；加入組播范圍符合通信協(xié)議規(guī)定，禁止加入非協(xié)議定義組播；各子系統(tǒng)設(shè)備的以太網(wǎng)通信接口按協(xié)議規(guī)定的特征周期發(fā)送數(shù)據(jù)，最大時延抖動符合系統(tǒng)要求（周期抖動小于±10 ms）；各子系統(tǒng)設(shè)備的以太網(wǎng)通信接口具備長時間（如12 h以上）通信能力。

（5）通信診斷要求：車輛以太網(wǎng)交換機根據(jù)實際物理線路接線狀態(tài)，向CCU報告各子系統(tǒng)線路連接狀態(tài)和信號通斷狀態(tài)，CCU根據(jù)車輛以太網(wǎng)交換機報告的線路連接狀態(tài)和信號通斷狀態(tài)，生成各子系統(tǒng)線路故障和通道故障的故障代碼，由顯示屏顯示故障線路位置；CCU同時接收2個通道的數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)時以A通道為準(zhǔn)，若A通道故障則從B通道讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)發(fā)生線路故障，2個通道切換時間應(yīng)不大于3倍特征周期；若5倍特征周期內(nèi)從2個通道都接收不到任何數(shù)據(jù)時，則判定設(shè)備通信故障。

（6）列車維護(hù)網(wǎng)絡(luò)接口要求：由無線傳輸裝置（WTD）的通信接口提供維護(hù)用專用網(wǎng)絡(luò)接口，列車維護(hù)設(shè)備（如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲裝置）、檢測設(shè)備（如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析器）、維護(hù)專用電腦（如便攜式終端設(shè)備PTU）均可接入該網(wǎng)段，如圖5所示。WTD的維護(hù)網(wǎng)絡(luò)接口和控制網(wǎng)絡(luò)接口分別對應(yīng)1個獨立的網(wǎng)卡，接入列車維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備在獲得接入WTD的IP地址、管理員賬號、管理員密碼等信息后，才能獲得WTD的系統(tǒng)管理員權(quán)限，進(jìn)行相關(guān)設(shè)備維護(hù)操作和數(shù)據(jù)通信。WTD內(nèi)置4G/5G運營商SIM卡，可將存儲的列車設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)按固定周期（每隔10 min）發(fā)送至地面數(shù)據(jù)中心，地面數(shù)據(jù)中心通過內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器將列車設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至動車組管理信息系統(tǒng)和動車運用所數(shù)據(jù)工作站，同時可通過外網(wǎng)服務(wù)器將列車設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至主機廠服務(wù)器和動車組維護(hù)終端，便于主機廠和動車運用所進(jìn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動，提高維修作業(yè)效率，保障動車組安全穩(wěn)定運行。

圖5 由WTD連接的列車維護(hù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成示意

（7）旅客服務(wù)接口要求：動車組旅客服務(wù)網(wǎng)絡(luò)由動車組各節(jié)車輛以太網(wǎng)交換機連接多種客服設(shè)備組成；每節(jié)車輛的以太網(wǎng)交換機直接連接本車的Wi-Fi單車服務(wù)器，同時為車廂內(nèi)PIS設(shè)備（如貨品自動售賣機）及旅客終端提供無線通信接入服務(wù)，如圖6所示。為實現(xiàn)旅客終端與PIS設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)母綦x，5號車以太網(wǎng)交換機直接連接PIS控制器和娛樂系統(tǒng)控制器，并分別通過Wi-Fi接入點和座顯接入點連接到安裝在車頂?shù)腉SM天線和4G天線。此外，PIS控制器通過防火墻與TCMS連接，通過鐵路移動通信專網(wǎng)GSM-R接入地面客票預(yù)定與發(fā)售系統(tǒng)（簡稱：客票系統(tǒng)），實現(xiàn)售票信息的獲取。

圖6 動車組旅客服務(wù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成示意

（8）網(wǎng)絡(luò)維護(hù)要求：對車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維護(hù)操作，使用具有口令管理與操作記錄功能的便攜式終端設(shè)備（PTU，Portable Terminal Unit）；為保證維護(hù)操作安全，避免對列車造成不良影響，在列車運營期間，禁止任何方式的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)操作。

3 動車組以太網(wǎng)通信測試

為測試動車組以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸能力、傳輸穩(wěn)定性和線路穩(wěn)定性，對連接在動車組以太網(wǎng)上的制動系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、車門系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等所有子系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行通信狀態(tài)測試和通信質(zhì)量測試[9]。

3.1 通信狀態(tài)測試

通信狀態(tài)測試內(nèi)容主要包括：

（1）子系統(tǒng)能響應(yīng)通用組播查詢報文，回復(fù)組播加入報文，加入組播范圍屬于通信協(xié)議規(guī)定；

（2）子系統(tǒng)能持續(xù)響應(yīng)通用組播查詢報文，與網(wǎng)絡(luò)建立通信后，能夠在12 h以上的時間段內(nèi)穩(wěn)定地回復(fù)組播加入報文；

（3）在動車組以太網(wǎng)先于子系統(tǒng)設(shè)備起動的情況下或子系統(tǒng)先于動車組以太網(wǎng)啟動的情況下，驗證組播通信能正常建立并進(jìn)行雙向通信（發(fā)送/接收）；

（4）反復(fù)多次（設(shè)置為10次）拔出-恢復(fù)子系統(tǒng)與動車組以太網(wǎng)之間的連線，驗證線路連接恢復(fù)后能正常進(jìn)行雙向通信（發(fā)送/接收）；

（5）檢驗子系統(tǒng)發(fā)送的PD數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)序號、協(xié)議版本字段和類型字段；

（6）檢驗相同COMID的PD數(shù)據(jù)，發(fā)送周期和時鐘抖動。

3.2 通信質(zhì)量測試

通信質(zhì)量測試內(nèi)容如表2所示。

表2 通信質(zhì)量測試項目

3.3 測試結(jié)果

使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析器（Wirshark）采集整列車以太網(wǎng)過程數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控軟件（NetFlow Analyzer），進(jìn)行數(shù)據(jù)周期符合性及數(shù)據(jù)丟包率等以網(wǎng)絡(luò)性能分析。

（1）列車級通信周期符合性測試

COMID1001數(shù)據(jù)包測試結(jié)果如圖7所示；COMID=1001數(shù)據(jù)包的實際周期基本符合設(shè)計要求的20 ms，平均周期為21.3 ms，方差均小于1.2 ms，其最大誤差小于8 ms，沒有出現(xiàn)周期抖動超過設(shè)計周期10 ms 的數(shù)據(jù)包。

圖7 1001數(shù)據(jù)包周期復(fù)合性測試結(jié)果

TTDP拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包測試結(jié)果如圖8所示；TTDP 拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)包其實際周期符合設(shè)計要求的100 ms，平均周期為99.998 ms，方差為小于0.6 ms，周期抖動均沒有超過設(shè)計周期30%。

圖8 TTDP數(shù)據(jù)包周期復(fù)合性測試結(jié)果

（2）子系統(tǒng)車輛級通信周期符合性及丟包率測試

端口通信周期符合性及丟包測試結(jié)果如圖9所示；在測試中，子系統(tǒng)除個別數(shù)據(jù)包發(fā)生了大于10 ms的抖動，其余數(shù)據(jù)包抖動均較小，實際周期符合設(shè)計要求的30 ms，平均周期為30.0219 ms和29.9995 ms，方差分別為0.315 ms和0.271 ms，個別周期抖動超過設(shè)計周期10 ms的數(shù)據(jù)包，沒有丟包發(fā)生。

圖9 端口通信周期符合性及丟包測試結(jié)果

（3）車輛級帶寬占用率測試

車輛級帶寬占用率測試結(jié)果如圖10所示，帶寬平均占用率為4.0956至4.1071 Mbps，方差為0.035 Mbps；從測試結(jié)果可以看出，車輛級帶寬占用率穩(wěn)定。

圖10 車輛級數(shù)據(jù)包帶寬占用率測試結(jié)果

由列車級通信周期符合性測試、子系統(tǒng)車輛級通信周期符合性及丟包率測試、車輛級帶寬占用率測試結(jié)果可知：動車組列車所有子系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)和通信質(zhì)量測試結(jié)果均滿足評定標(biāo)準(zhǔn)，滿足列車控制與管理要求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，符合設(shè)計要求。

4 結(jié)束語

為解決既有基于WTB+MVB的動車組列車通信網(wǎng)絡(luò)因帶寬受限、無法滿足動車組列車技術(shù)升級對大流量數(shù)據(jù)傳輸需求的問題，采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)設(shè)計了動車組以太網(wǎng)，優(yōu)先滿足動車組TCMS實時通信需求，且線路采用全冗余設(shè)計，可避免因單點失效導(dǎo)致的通信線路故障；高帶寬的動車組以太網(wǎng)提供了車載設(shè)備公用維護(hù)網(wǎng)絡(luò)接口，構(gòu)建起車地一體化的動車組維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使動車維護(hù)人員和設(shè)備廠家能夠方便地完成故障信息下載、車載軟件升級、調(diào)試試驗等車載設(shè)備維護(hù)任務(wù)，也為動車組PIS設(shè)備更新升級和旅客服務(wù)豐富完善提供了有利技術(shù)條件。本文設(shè)計的動車組以太網(wǎng)實現(xiàn)了對既有WTB+MVB列車通信網(wǎng)絡(luò)的替代升級，經(jīng)測試驗證，采用數(shù)據(jù)通道冗余和隔離技術(shù)，顯著提升動車組列車通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，保證列車控制數(shù)據(jù)傳輸安全可靠。

目前，本文設(shè)計的動車組以太網(wǎng)已在復(fù)興號系列動車組和上海、貴陽等城市的城際、城鐵車輛上廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸速率高，穩(wěn)定性強，設(shè)備維護(hù)便捷，有助于快速提升動車組維修及旅客服務(wù)水平。后續(xù)將進(jìn)一步研究把動車組現(xiàn)有PIS、車門控制系統(tǒng)等內(nèi)部單獨組網(wǎng)的子系統(tǒng)全部改用工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，將動車組車載網(wǎng)絡(luò)全部統(tǒng)一升級為工業(yè)以太網(wǎng)，以降低車載設(shè)備維護(hù)復(fù)雜度。另一方面，針對動車組以太網(wǎng)需要承載旅客服務(wù)系統(tǒng)中媒體資源、影音娛樂、監(jiān)控視頻等應(yīng)用的大容量數(shù)據(jù)傳輸，考慮采用傳輸速率更高的1000 Mbps工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品來搭建動車組以太網(wǎng)，充分滿足不斷增長的旅客服務(wù)信息傳輸需求。