试论列车通信网络异构总线互联互通技术

摘 要：随着通信技术的发展，为满足列车的需求，节省通信成本，提高效率，异构网络成为列车通信的未来发展趋势，其中互联互通技术是电信监管的主要工作之一。基于此，本文提出了网关设计、系统技术、互联网软件设计、GSM-R技術四种列车通信网络异构总线互联互通的主要技术，促进列车网络控制系统趋于智能化。

关键词：列车通信；网络异构；互联互通技术

引言：目前，信息技术应用于各个行业之中，随着轨道交通业的发展，数字化、智能化已经成为列车网络控制系统的必然发展趋势，其中网络异构总线互联互通技术尤为显著，异构总线互联互通技术能够联通两种以上的总线，从而达到不同总线、节点间能够相互联系的目的。

一、异构总线互联互通技术在列车通信网络中的重要性

随着网络技术的发展，通信行业以及轨道交通业随之发展，多样化的通信系统，为列车通信网络提供异构的网络环境，例如有线或无线的个域网、局域网等，异构总线互联互通技术的主要作用是，连接多种不同的总线，然后不同总线或节点之间，能够进行数据通信。其中网络异构技术具有两层含义：第一，数据传输。能够在不通网络中传输多种数据。第二，应用层面。具有把各种异构网络中的应用，整合至一个IP中，员工能在任意地点、时间进行工作的作用。在网络通信中主要有以下重要作用：第一，网络异构互联互通技术具有降低列车通信网络成本、提高工作效率的作用。网络异构中的核心技术是将数据、视频等应用技术，统一从有线网络到无线网络平台中，从而突破通信障碍，确保网络管理简单化，利于工作人员的操作。第二，能够保证端到端的服务质量，主要的技术有呼叫接入控制算法、垂直切换算法等几种，具有较为宽泛的发展空间[1]。

二、列车通信网络异构总线互联互通的主要技术

（一）网关设计

网关的主要作用是，在不同总线协议间，能够作为转换器、互联通信等设备，达到发送、接收不同总线上信号的目的，同时能够对不同总线数据帧进行转换，确保在不同总线之间的信息能够进行交互。目前人们对于列车的安全性、经济性具有较高要求，并且列车中的各分系统之间的内部传输所需的信息量较多，需要运用网络异构互联互通技术，将不同结构的网络汇集到一起，工作人员应开发一个适合列车内异构网络之间，信息交换的枢纽，即网关。网关的主要作用是，对数据进行转换，将两种通信协议的网络结合在一起，具体应该做到以下几个方面：第一，工作人员根据ISO的参考模型将不同总线的物理层、数据链路层，定义成为不同的传输媒介与数据转发机制。其中网关需要在应用层进行工作。网关解包、封装不同协议的数据，从而达到异构总线的互联互通的目的。除此之外，工作人员需要在物理层设置与数据相对应的总线接口。第二，设置CAN总线和以太网互联网装置，CAN总线互联装置是一种嵌入式网关，能够实现CAN与以太网之间的无缝连接。其中以太网需采用传输控制和网际协议，两者能够运用在各种信道和底层协议中。嵌入式系统需要根据各个系统的特点和功能进行设计，工作人员应根据实际情况对于嵌入式网关的部分内容进行取舍[2]。

（二）系统技术

为了保证网络异构互联互通技术的可用性与灵活性，需要工作人员对主管平台进行设计，使之实现以下目标：第一，工作人员应建立一个统一的松耦合、高效率的集成平台，并保证这个平台的位置透明。第二，对已建设的网络系统、信息管理等其他系统进行有效的利用，确保其成为相互支撑的关系。第三，员工需保证运用总线的方式，能够连接任意新的系统与已有的系统。另外，工作人员需要注意保证接口规范，从而实现业务板块之间的开放松耦合互联。同时需要员工进行性能测验。首先，测试发送、结束不同总线上的信号。工作人员应通过互联网关的接口接收CAN总线管理器所发送的系统时间，然后运用MVB端口将接收到的数据发送至MVB总线管理器，最后由CAN总线管理器接收。其次，测试不同总线数据帧格式的转换功能。主要方式为运用CAN和MVB总线数据数据解析函数，把与之相应的协议报文赋值于数组，从而完成数据帧格式转换。最后，对不同总线之间的信息交互进行测试，主要运用CANalyzcr监事总线上的数据。

（三）互联网软件设计

在列车通信网络异构总线互联互通中的软件设计中包括嵌入式操作系统、MVB接口设备驱动等内容，技术人员需要保证互联网关软件的设计具有可移植性强、操作系统可剪裁等特点。例如，2019年3月28日，以“万有IN力，数立未来”为主题的“2019英特尔中国媒体纷享会”在北京举行。英特尔中国研究院院长宋某发表演讲，详细阐述了推动英特尔持续创新的六大技术支柱，提出特尔有非常多类型的计算架构，比如CPU/GPU/ASIC/FPGA等内容，而面对以数据为中心的时代的到来，各种计算架构将会出现越来越多的组合。而硬件的性能要很好的发挥出来，还需要软件的配合。但是对于不同的计算架构，开发的工具和方法以及对于开发人员能力的要求都是不一样的。其中OpenVINO，是英特尔基于自身现有的硬件平台开发的一种可以加快高性能计算机视觉和深度学习视觉应用开发速度工具套件，可支持各种英特尔平台的硬件加速器上进行深度学习，并且允许直接异构执行。软件开发者只需要学习一套开发接口，一套代码，就可以很容易的使用不同计算平台的加速功能和不同计算架构的优势。工作人员可以将此种技术应用在列车通信网络异构总线互联互通中。

（四）GSM-R技术

互联互通技术的可操作性测试是一种较为复杂的系统工程，需要技术人员进行较为周密的部署，并且对不同厂商之间的核心网、无线网等方面之间进行互联互通测试，从而达到列车对于通信的需求。在GSM-R网络互联互通中需要工作人员提前分别在实验室静态与现场动态的环境下进行测试，并对不同厂家的GSM-R设备进行验证，从而确保异构网络互联互通技术的可靠性与安全性。例如，中国铁路呼和浩特局集团公司呼和浩特通信段管内唐呼张集段GSM-R网络工程改造项目顺利完成评估验收，目前已正式开通并交付使用。GSM-R网络工程改造项目主要是针对以前隧道内因波导效应及电磁环境等原因素影响，导致机车进入隧道后，无限移动信号衰减严重，造成通话质量不佳，影响铁路行车安全等现状进行整改。此次整改，在原有设备基础上，新增BSC基站控制设备1套，新增BBU基站设备17套，区间BRU设备21套，铺设隧道漏缆3.7公里，隧道内增设无线基站设备4套。全线采用分布式基站进行覆盖，在原有基础上延伸覆盖范围，增加无限信号强度，使全线网络无缝链接，达到了全线网络无盲区、无死角的改造目标。从而使GSM-R网络通信系统更有力地保障铁路行车安全。

结语：异构总线互联互通技术在列车通信网络中能够发挥重要作用，具有促进列车网络控制系统网络化的功能，需要技术人员加以研究，突破其中协议转换的重点与难点，提高异构总线互联互通技术在列车通信中的稳定性与可行性，促进多种网络协议互联互通技术的发展。

参考文献：

[1]尹刚.欧盟铁路信号系统互联互通技术规范（TSI）认证解析[J].铁路通信信号工程技术，2017，14（04）：105-108.

[2]王军.STP系统互联互通技术研究与实践[J].上海铁道科技，2017（01）：61-63.

作者简介：

巫钊（1988-），男，汉族，湖南株洲人（籍贯），硕士研究生（学历），助理工程师，研究方向：智能化工具软件平台.