城市轨道交通车辆总线对比分析

鲍兴顺　叶生

摘要：对CAN总线、MVB总线、工业以太网总线进行探究，对比三种总线的功能及适用性。

关键词：城市轨道交通;总线;对比

城市軌道交通作为城市居民出行的主要方式，列车设备在近几年不断丰富，车辆内部信息通信能力在不断改善。在总线控制系统中，能通过物理传输模式，完成组网及传输速率调整等功能。对主线形式进行划分，能分为CAN总线及MVB总线、工业以太网总线，本文对以上三种总线进行分析，并作出对比。

1.CAN总线

1.1总线功能

CAN总线在1980年产生，在汽车领域广泛应用，随着科技发展，逐渐应用到其他车辆领域，城市轨道交通便是其一。CAN总线利用串行通信协议，利用双绞线及电缆等进行信息传输，传输效率与传输距离存在联系。CAN总线是车辆总线的常见形式，在短编组车辆中应用效果良好，传输过程中采取双绞线传输模式，在低地板车辆信息传输过程中，最大布线距离为150m-200m，传输速度控制在250kb/s，能满足车辆运行阶段的数据传输需求。

1.2拓展协议

CAN总线与拓展协议对应ISO及OSI模型，其中，SI模型中包括应用层及表示层、会话层、网络层等，CAN设备模型中含有应用层，其中通过CANopen-DS3 1及DS4xx协议等完成总线布设，数据连接层协议为CAN2，物理层协议为IS118 8.物理层具有完成电气连接及实现驱动的特性。数据连接功能结合传输规则，实现执行仲裁及错误检验、控制帧结构、故障界定等。物理层与数据连接层会在CAN接口下实现数据互联。CAN总线结合多主竞争结构，能实现分散仲裁及广播通信，在实际的应用过程中，根据不同的工况会具有相应的协议。

1.3拓扑结构

城市轨道交通中的CAN总线利用中央控制单元及其他控制器展开线路控制，通过对数据对象及服务对象的控制，完成数据传输及监视功能。CAN总线是车辆总线中的常见拓扑结构，在2动1拖结构中，采取CAN总线及车门控制单元设备进行节点连接，在串行协议下完成线路优化。每个节点含有2个CAN接口，城市轨道交通每个CAN节点设置接口类似人类的手臂，采取手拉手的连接模式，接口利用CAN-IN及CAN-OUT表示，IN与OUT代表物理连接进与出，在功能的影响，CAN总线是城市轨道交通的常见模式。

2.MVB总线

2.1总线功能

MVB总线是多功能总线，在应用过程中针对城市轨道交通IEC61375标准，该总线作为串行通信协议，为总线仲裁网络，在主设备及设备间应用，在主帧与从帧的影响下完成工作，传输介质是光线或者双绞线均可，传输速率较快。MVB总线在城市轨道交通应用范围广，比如，地铁及有轨电车均能应用，最大布线距离为150m-200m，采取中继器级联模式，保证最大的传输效率，满足城市轨道交通的车辆运行需求。

2.2拓展协议

MVB总线及协议所对应的ISO及OSI协议中，过程数据通信协议含有物理层及链路层、应用层，通过广播的形式能完成数据传输，从而实现数据的实时控制。消息数据通信协议中含有OSI的多层模型，采取点对点的连接模式，保证网络信息的有效管理，并能实现故障诊断。MVB总线协议规定要求严格，能保证车辆在运行过程中的稳定性，该总线是城市轨道交通中目前应用范围最为广泛的总线。

2.3拓扑结构

MVB总线是城市轨道交通的总线，通过中央控制单元及其他控制单元完成车辆数据控制，并能够周期性的数据控制模式，完成数据的监督与管理，定期对总线设备进行检测，在2动1拖结构中，网络结构为主干与分支结构，并利用中继器将拓扑结构划分为两个部分，主要是列车控制层及车辆控制层。MVB中继器能将总线划分为不同的网络分段，相互连接的网段能实现数据传输，一旦某个网络段失联，不会对车辆的运行质量产生影响。

3.工业以太网总线

3.1总线功能

工业以太网总线在商用领域广泛应用，通过串行通信模式，在带冲突检测波载监听技术下完成功能，兼容性良好、传输效率较高。基础协议IEEE802.3对物理层及链路层进行分别定义，但链路层能划分为控制层及逻辑链路层等。工业以太网在应用过程中，数据传输不会受到介质的影响。TCP及IP协议能为以太网提供数据传输渠道，工业以太网在应用过程中对协议进行拓展，比如，现场总线及以太网自动控制技术等。在城市轨道交通领域，工业以太网处于试用阶段。

3.2拓展协议

在近几年的应用过程中，对车辆以太网协议进行定义，其中，应用层对程序细节进行处理，传输层利用TCP协议对连接控制数据进行处理，结合用户数据协议，传输监控数据。网络层对地址协议进行解读，从而明确网络协议设备的访问控制介质，通过设备MAC地址能获得IP地址，实现物理层数据的有效传输。

3.3拓扑结构

工业以太网的拓扑结构采取总线型及星型网络，根据以太网及车辆结构特点，选择性能良好的拓扑结构。城市轨道交通车辆总线设计中，采取冗余设计方法，保证未来的升级，设计过程中结合路由器链路聚合技术等完成，链路聚合技术能提升网络带宽，保证数据的有效传输。

4.车辆总线对比

在三种城市轨道交通总线中，CAN总线的应用会降低企业的成本，子系统的设备选择性较强，MVB总线的传输效率较高，通信一致性满足城市轨道交通的需求，工业以太网则是符合时代的发展方向，网络控制朝向智能化。目前的城市轨道交通系统中，要求总线具有实时性及灵活性、及时性、冗余性，因此，灵活编组及运维便利、智能化是时代的发展需求。现阶段，MVB总线应用范围最广，CAN总线次之，工业以太网总线在可靠性方面还需进行调整，在弊端处理后，能进行大规模的应用。

结束语

城市轨道交通在运行过程中，采取合适的车辆总线，有利于保证数据信息的有效传输，并能够改善城市轨道交通车辆的运行能力。因此，在城市轨道交通总线选择过程中，应当选择灵活性及实时性、智能性、可靠性较强的总线，为车辆的通信功能提供保证，本次对比分析，MVB总线是应用范围最广的总线，相比CAN总线更具优势，但工业以太网总线处于研究过程，一旦弊端消除，将大范围应用。

参考文献

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