摘 要 列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是動(dòng)車的重要組成部分，而以太網(wǎng)技術(shù)在整個(gè)工業(yè)的控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，傳統(tǒng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因?yàn)閭鬏數(shù)男实停瑐鬏攦?nèi)容多，組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)單一，無法滿足現(xiàn)代列車的發(fā)展要求。本文針對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)下的列車控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)分析，對(duì)列車網(wǎng)絡(luò)控制進(jìn)行深入的研究。

　　關(guān)鍵詞 工業(yè)工程師論文,以太網(wǎng);列車控制;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

　　列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作為列車組的核心組成，主要負(fù)責(zé)動(dòng)車組的牽引、控制、車門以及空調(diào)系統(tǒng)的控制、監(jiān)測(cè)工作。而隨著列車網(wǎng)絡(luò)的不斷拓展，視頻監(jiān)控和車廂多媒體在列車中應(yīng)用越來越多，診斷的數(shù)據(jù)也不斷這家，使得列車網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)龐大，傳統(tǒng)的列車網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法支持如此大數(shù)據(jù)的傳輸要求。

　　1 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

　　以太網(wǎng)是局域網(wǎng)中應(yīng)用最多的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，遵循IEEE802.3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，利用光纖或網(wǎng)線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。以太網(wǎng)屬于開放式的網(wǎng)絡(luò)，可以將不同類型的產(chǎn)品進(jìn)行連接，以太網(wǎng)控制器在價(jià)格上也占據(jù)了一定的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。現(xiàn)場(chǎng)總線存在的標(biāo)準(zhǔn)太多，不同的網(wǎng)絡(luò)通信難以互相兼容，以太網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)⑦@些都進(jìn)行融合，以太網(wǎng)技術(shù)協(xié)議開放、兼容性強(qiáng)、穩(wěn)定，逐漸成為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流。以太網(wǎng)列車的通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)得到了國際電工委員會(huì)的大力支持，全面推動(dòng)以太網(wǎng)技術(shù)在列車網(wǎng)絡(luò)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括車輛總線以太網(wǎng)的IEC 61375-3-4以及列車總線以太網(wǎng)的IEC 61375-2-5[1]。

　　2 以太網(wǎng)技術(shù)與多功能車輛總線技術(shù)分析

　　列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究離不開基礎(chǔ)技術(shù)的支持，主要的技術(shù)主要有以太網(wǎng)技術(shù)和多功能車輛總線技術(shù)(MVB)，這兩種技術(shù)都有各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，在列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中都有應(yīng)用。從優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，以太網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中，成本低、兼容性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，其中以太網(wǎng)的可靠性比較突出，技術(shù)的開放性也非常好，能夠與其他產(chǎn)品相互兼容，不會(huì)產(chǎn)生較大的沖突;MVB技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中，屬于專一技術(shù)，是列車通信網(wǎng)絡(luò)中TCN的核心組成，在技術(shù)成分上的種類比較多，可以滿足不同列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件需求，MVB的可操作性還是能夠得到肯定的。從劣勢(shì)進(jìn)行分析，以太網(wǎng)技術(shù)雖然得到了廣泛的應(yīng)用，但是在細(xì)節(jié)方面需要著重探討，完善技術(shù)體系。而MVB技術(shù)，具有一定的傳統(tǒng)性，需要在技術(shù)上進(jìn)行不斷拓展，在技術(shù)上進(jìn)行優(yōu)化，不然無法滿足列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)要求，會(huì)逐漸被淘汰[2]。

　　3 工業(yè)以太網(wǎng)下的列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)分析

　　3.1 網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的優(yōu)化

　　經(jīng)過大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出，以太網(wǎng)的共享方式，負(fù)載能力在35%以下，與高速以太網(wǎng)發(fā)生沖突的可能性非常小，當(dāng)負(fù)載能力在10%以下，與以太網(wǎng)的沖突概率為0。降低網(wǎng)絡(luò)傳輸速率能夠減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的能力，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃耘c穩(wěn)定性，采用交換式的以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行各端口之間的數(shù)據(jù)傳遞，將共享式的網(wǎng)絡(luò)方式轉(zhuǎn)換為占有式的網(wǎng)絡(luò)方式，使工業(yè)以太網(wǎng)的信息在穩(wěn)定性方面有了很大的進(jìn)步;以太網(wǎng)的不確定性解決辦法是修改以太網(wǎng)的MAC層的協(xié)議，在MAC層增加具有可實(shí)施性的控制層，用以完善網(wǎng)絡(luò)。

　　3.2 工業(yè)以太網(wǎng)在列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　將工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)有的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行相互的結(jié)合，但是要保持現(xiàn)有列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能不能發(fā)生變化，如果有數(shù)據(jù)量比較大、傳輸速率高的任務(wù)需要應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，以太網(wǎng)與列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接口的方式是網(wǎng)關(guān)。將工業(yè)以太網(wǎng)作為主要的技術(shù)方向，構(gòu)成列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，以全雙共交換式的通信方式作為信息傳輸?shù)钠脚_(tái)，并在列車的每個(gè)車廂分別設(shè)置一個(gè)交換機(jī)，將以太網(wǎng)列車網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)區(qū)域，便于以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)獲得更高的傳輸速率[3]。

　　4 以太網(wǎng)列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)化

　　4.1 列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)部件功能

　　列車的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)部件主要包括交換機(jī)、控制單元以及網(wǎng)關(guān)，要符合IEC61375的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)的條件，設(shè)備之間通過實(shí)時(shí)性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息的傳輸。其中以太網(wǎng)交換機(jī)主要功能是負(fù)責(zé)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換;控制單元主要包括人機(jī)接口單元與車輛控制單元，人機(jī)接口單元主要是對(duì)總線上的子系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行控制，對(duì)故障診斷進(jìn)行檢測(cè)與存儲(chǔ);而車輛控制單元主要是對(duì)列車進(jìn)行控制與檢測(cè);網(wǎng)關(guān)實(shí)際上就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)防火墻，能夠過濾IP/MAC協(xié)議，防止惡意軟件的攻擊。以太網(wǎng)交換機(jī)具有旁路功能，當(dāng)交換機(jī)出現(xiàn)斷電或其他故障時(shí)，采用旁路功能對(duì)以太網(wǎng)的總線進(jìn)行控制，保證以太網(wǎng)總線的連接性，不影響正常的工作。鏈路聚合功能是當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)與另一條線路進(jìn)行自由切換，不影響線路節(jié)點(diǎn)之間的相互通信，保證了線路的實(shí)時(shí)性。

　　4.2 系統(tǒng)安全分析

　　通過以太網(wǎng)下的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能需求，對(duì)列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的安全進(jìn)行保護(hù)，采用網(wǎng)關(guān)抵御的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，按照不同設(shè)備、不同接口進(jìn)行驗(yàn)證授權(quán)，對(duì)安全保護(hù)增加級(jí)別，同時(shí)采用過濾機(jī)制實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全保護(hù)，運(yùn)用多種技術(shù)手段，制定嚴(yán)格的安全管理方案。而網(wǎng)關(guān)具有網(wǎng)絡(luò)防火墻的功能，采用黑名單和分層過濾的方式，只允許通過滿足安全協(xié)議的報(bào)文，防止APP風(fēng)暴、UDP flood等的攻擊，制定嚴(yán)格的過濾機(jī)制和安全方案，保證網(wǎng)絡(luò)的安全，確保列車控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性。

　　5 結(jié)束語

　　本文主要是基于以太網(wǎng)視域下的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究，列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在引入了以太網(wǎng)技術(shù)后，在性能、架構(gòu)方面都有了進(jìn)一步的完善，與以往的研究模式大不相同，新的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用中取得了較好的工作效果，使列車的運(yùn)行速度更快，有利于交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)

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