基于IEC61375规范在列车解编重联应用

吴正中 唐才荣

（1.北京城建设计发展集团股份有限公司 北京市 100077 2.北京城建智控科技有限公司 北京市 100071）

随着列车自动化等级提升，列车子系统数量增加，车载各系统信息交互需求增强，对列车网络控制系统通信数据量的传输实时性、综合承载性提出了更高要求，因此采用以太网技术应用在列车通信网络和车载终端设备。国际IEC 标准化组织推出了基于以太网的列车通信网络标准，包括列车骨干以太网ETB（由IEC61375-2-5 定义）和编组以太网ECN（由IEC61375-3-4 定义）。ETB 定义了不同列车编组之间的互连接和互操作规范，而ECN 定义了在每个编组内各种终端设备组成的以太网络的通信规范。

由于列车骨干网络不同于典型的固定不变的通信网络，尤其是在列车编组和解编，列车网络拓扑会发生较大变化。ETB 可以很好的适应在解编和编组时列车网络拓扑发生的变化。IEC61375 定义了TTDP 等功能，目的是为TCMS（列车控制和管理系统）快速建立起一个高可靠高带宽的以太网列车通信网络。

文章主要介绍利用IEC61375 标准的以太网ETB 网络的拓扑特点，以及如何利用以太网ETB 网络实现列车的解编和重联过程中设备IP 地址分配。

1 ETB线性拓扑结构说明

ETB 标准IEC61375-2-5 中给出了支持冗余的ETB 骨干拓扑结构，以下拿3 编组列车进行说明，如图1 所示，所有的ETBN 节点相连组成一个线性的ETB 骨干拓扑，除了首尾ETBN 节点外，每个中间ETBN 交换节点都通过两个全双工以太网链路与其前后两个方向的ETBN 节点相连。任何两个ETBN 节点间的冗余双链路采用以太网链路聚合机制捆绑使用。

图1：ETB 骨干拓扑结构

图2：TTDP Hello 数据包

图3：列车重联后ETB 网络架构

图4：列车重联ETB 网络拓扑及IP 地址分配

图5：列车解编后ETB 网络架构

图6：列车解编ETB 网络拓扑及IP 地址分配

列车的每个节点有两个参考方向，从车尾指向车头的方向为方向l，从车头指向车尾的方向为方向2。车辆的物理连线使节点的方向1 与车辆的方向l 相同，即如果列车上有几个节点，每个节点的方向1 应是相同的，这样能保证列车通信按照相同的方向进行。

所有ETBN（ETB 节点设备）支持TTDP 协议，以便完成列车初运行和拓扑快速建立。当车辆编组时，在实际的解联再重联之后，ETBN 通过执行TTDP 的协议，让ETBN 之间互相沟通，使列车级网络能自动执行初运行，完成ETB 自动编组的功能。

每个节点首先运行TTDP 协议，ETBN 会定时发送TTDP Hello数据包，以侦测是否有新编组连上或是原编组解连。当发现有上述状况发生，会通知整台列车重新进行初始化。如图2 所示。

TTDP Hello 数据帧基于LLDPDU 定义，TTDP HELLO 帧在ASN.1 中定义数据帧格式如表1 所示。

每个TLV 都代表一个信息。LLDPDU 的TLV 可以分为两大类：被认为是网络管理的基础的TLV 集合，所有的LLDP 实现都需要支持。组织定义的TLV 扩展集和，包括 802.1 组织定义 TLV、802.3 组织定义TLV 以及其他组织定义的TLV。这些TLV 用于增强对网络设备的管理，可根据实际需要选择是否在 LLDPDU 中发送。

表1

表2：TTDP 拓扑特定的数据结构

强制LLDP TLV 子类型设置如下。

2 列车重联过程中ETB网络拓扑及IP地址分配说明

每节车辆的ETB 设备通过EBTN 骨干网交换彼此的拓扑资讯，TTDP 拓扑特定的数据结构见表2，包括Own MAC address，dir1 MAC address, dir2 MAC address。每个ETBN 都能够使用TTDP 拓扑帧构建自己以上3 个连接向量。

ETBN1 获取自身Own MAC1，并学习到ETB 网络拓扑里面其它ETBN 的UUID，第一台ETBN1 只获取自己的UUID 和MAC、ETBN2 的UUID 和MAC，第 二 台ETBN2 获 取 自 己 的UUID 和MAC、ETBN1 的UUID 和MAC、ETBN3 的UUID 和MAC，同理每节车辆的ETBN 设备学习到ETB 骨干网上所有的ETBN 设备的UUID 和整个网络的MAC 网络，如图3。

根据所有的ETBN 设备的UUID 和MAC 以及ETBN 设备在整个网络位置，列车网络控制系统开始分配每台ETBN 设备的IP，ETBN 设备的IP 以UUID 比较小的一端为车头，第一台分配到的IP 是10.128.0.1，第二台分配到的IP 是10.128.0.2，第三台分配到的IP 是10.128.0.3，第四台分配到的IP 是10.128.0.4，第五台分配到的IP 是10.128.0.5，第六台分配到的IP 是10.128.0.6，同时每个ETBN 设备管理下的子设备的IP 地址也分配完成，如图4 所示。

3 列车解编过程中ETB网络拓扑及IP地址分配说明

当列车解编后，ETBN 设备获取的车辆网络拓扑发生变化，此时每个ETBN 设备重新进行网络拓扑信息的学习，形成新的车辆网络拓扑图，如图5 所示。

列车1 的第一台ETBN1 只获取自己的UUID 和MAC、ETBN2的UUID 和MAC，第二台ETBN2 获取自己的UUID 和MAC、ETBN1 的UUID 和MAC、ETBN3 的UUID 和MAC， 第 三 台ETBN3 获取自己的UUID 和MAC、ETBN2 的UUID 和MAC，根据所有的ETBN 设备的UUID 和MAC 以及ETBN 设备在整个网络的位置，列车网络控制系统开始分配每台ETBN 设备的IP，如图6所示。

4 总结

综上所述，采用IEC61375 标准的以太网ETB 网络，结合TTDP 协议，ETBN 之间会自行侦测重联与解编，可以快速实现列车的解编、重联功能。同时以太网ETB 网络也极大提升了列车骨干网的带宽，为未来智能列车提供了基础。