GB∕T 28029.1-2020 轨道交通电子设备 列车通信网络(TCN) 第1部分：基本结构

部分代替GB/T28029.1—2011国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会 I Ⅲ 12规范性引用文件 1 1 13.2缩略语 6 64基本结构 74.1本章内容 7 74.3分层架构 7 94.5车地连接(可选) 5列车骨干网 5.1概述 5.2列车骨干网拓扑 5.3列车组成 5.4列车骨干网节点编号 5.5列车方向 5.6列车初运行 20 6.2标准化的范围 6.3编组网拓扑结构 7车载数据通信 27 7.2通信模式 7.4数据通信的可用性 7.5数据类型 7.6通信规约 I 第2-1部分：绞线式列车总线(WTB): 本部分为GB/T28029的第1部分。 Ⅱ Ⅲa)为了连接闭式列车或者开式列车的车辆，GB/T28029的本部分规范了●标识接口；●寻址原则；GB/T28029的本部分规定了列车通信网络(TCN)的通用架构，以实现GB/T28029定义的编组应用本部分的列车网络技术能实现国际运输中开式列车内各车辆的互操作(GB/T16262.1—2006,ISO/IE应用进程applicationprocess2总线bus为仲裁等目的，向附着其上的所有参与者几乎同时广播同一信息，使得所有设备获得其状态的相同指示的通信介质。闭式列车closedtrain由若干个编组构成的在正常运行中组成不会改变的列车。通信设备communicationdevices连接到编组网或列车骨干网的具有发送、传输或接收数据能力的设备。组成composition构成列车的车辆的数量和特征。组态configuration对网络拓扑结构、连接到网络上的设备、这些设备的能力和产生的通信的定义。在正常运行中不会被分离的单个车辆或一组车辆。编组网consistnetwork互连编组内通信设备的通信网络用于寻址自身编组网内通信设备的网络地址，其在初运行后不会改变。编组序号consistsequencenumber初运行过程中获得的列车各编组的顺序号。数据包的接收者。终端设备enddevice连接到一个编组网或出于冗余考虑连接到一组编组网的设备。3终结列车骨干网的节点。与另一个应用进程交换消息的应用进程。不同通信技术之间的连接。设备所属多播组的地址。初运行inauguration组成改变时执行的操作。完整性integrity在系统部件出现故障时识别并拒绝错误数据的系统特性。中间节点intermediatenode使其所连接的两个总线节之间建立连续性而不终结的节点。线形拓扑lineartopology一种节点串联连接的拓扑结构。以公共介质访问和公共地址空间为特征的一种局部网络。介质medium信号的物理载体。以一个或几个包发送的数据项。同一消息向由组地址标识的一组接收者传送的过程。4存于存储器内或作为一个单元进行传送的8位字节。5子系统(例如：通信层)提供给用户的能力和特性。源设备sourcedevice数据包的发送者。描述连接到列车骨干网上的节点的数据结构。拓扑结构topology一个给定网络中可能的电缆互连形式及设备数。拓扑计数器topographycounter节点中的计数器，它在每次新的初运行时递加。列车train由一个或一组编组组成，可作为一个自主单元运行(例如，包含牵引和至少一个司机室)。列车通信网络traincommunicationnetwork连接轨道交通机车车辆车载可编程电子设备的数据通信网络。列车骨干网trainbackbone连接列车各车辆并遵守TCN协议的总线。列车骨干网节点trainbackbonenode连接到列车骨干网的设备。列车骨干网节点编号trainbackbonenodenumber在初运行中为每个激活的列车骨干网节点分配一个编号，用于指示列车骨干网上节点的位置。动态网络地址，用于寻址编组网中通信设备。在每次初运行后该地址可能变化。传送层transportlayerOSI模型中负责端对端流量控制和差错恢复的层。6CAN:控制器局域网(ControllerAreaNetwork)CN:编组网(ConsistNetwork)CPS:通信协议栈(CommunicationProtocolStack)ECN:以太网编组网(EthernetConsistNetwork)GCG:地面通信网关(GroundCommunicationGateway)IEC:国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission)IEEE:电气与电子工程师协会(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)ISO:国际标准化组织(InternationalStandardOrganisation)MVB:多功能车辆总线(MultifunctionVehicleBus)ND:网络设备(NetworkDevice)OSI:开放式系统互连(OpenSystemInterconneRFC:评论请求(RequestForComments)UIC:国际铁路联盟(InternationalUnionofRailways)URI:统一资源标识符(UniformResourceIdentifier)UML:统一建模语言(UnifiedModelinWTB:绞线式列车总线(WireTrainBus)二进制和十六进制数值按ASN.1(GB/T16262.17状态图依据UML状态图标记法进行定义。4基本结构本章规范列车通信网络的分层网络架构、各部分的主要特性及接口。4.2概述本部分定义一系列的网络技术，这些技术可以单独使用或者联合使用，以构建列车通信网络。这些网络技术可以分成两大类：总线技术类(WTB、MVB、CANopen)或者交换技术类(ETB、ECN)。总线技术类的特点是有多个终端设备连接到相同的数据传输媒介，构成一个广播和冲突域。在交换技术类中，终端设备连接到交换机的一个端口上。交换机负责将用户数据进行转发。基于交换技术的网络具有限制广播和冲突域的可能性。TCN由ND和ED两类通信设备组成。网络设备的主要作用是传输和转发用户数据。网络设备等。终端设备一般为用户数据的源或者宿，包括控制器、显示器或者其他的子系统。注：一些设备可能同时提供网络设备功能和终端设备功能。例如，提供诊断信息或者网络拓扑信息的网络设备。这些设备有时称作混合设备。宜明确设备主要是作为网络设备还是作为终端设备。本部分定义了TCN的两层网络架构，即列车骨干网层和列车骨干网编组网层，如图1所示。终端终端终端终端王图1列车骨干网和编组网编组网之间的通信应只能通过列车骨干网进行。注：出于以下原因选择两层网络架构：a)由编组网构成的通信网络是一个静态的、预先配置的网络。与之相反，由列车骨干网构成的通信网络是一个动态的网络，其拓扑随列车组成变化而变化。如果列车骨干网重新组态，可能会中断列车骨干网节点间的通信。在列车骨干网通信中断期间，编组网通信不受影响。b)一个编组网的失效(例如，由于编组失电)不影响同一列车其他编组网间的通信。c)列车骨干网不能够承载列车上所有数据通信，因此编组网内数据只在编组网内传送。列车骨干网上只传送导向到其他编组网的通信数据。8每个编组可以有0个、1个或者1个以上列车骨干网节点。列车骨干网的详细规范见第5章。编组编组编组网1编组网2编组网的详细规范见第6章。9列车骨干网节点应提供网关功能，按照6.4的定义管理列车骨干网和编组网之间的用户数据包终端设备可通过列车骨干网节点直接连接到列车骨干网。如图3所示，两个终端设备与一个编组网节点终端1)列车可以采用WTB或者ETB。2)列车可以同时采用WTB和ETB。3)列车可以同时采用多个ETB。4)固定组态的列车(列车组运行时无联挂/解联操作)可以不采用列车骨干网。b)对于编组网：2)如果明确支持所有技术，则多种编组网络技术(MVB、CAN或ECN)的组合可以在同一个编组中使用。在这种情况下，编组网技术之间的数据交换以及3)简单的编组并不需要编组网。终端设备可以直接连接到列车骨干网节点，或者列车骨干没游连接4.5车地连接(可选)从车载网络到地面网络的车地连接应由MCG提供。MCG应提供至少两个接口，一个连接车载网每个编组宜提供至少一个MCG,与GCG建立永久性或者临时性的静态或者漫游的连接。简单的编组也可能没有MCG。GCG应提供一个编组地面接口，作为车地通信的编组接入点，如图4所示。编组地面接口不应受限于GCG与MCG的连接技术。编组1编组1列车骨于编组地面地面网络编组2MCG/GCG除了为相关的编组网提供通信接入以外，还宜为列车上的其他编组网提供通信接入。MCG可以连接到编组网，也可以直接连接到列车骨干网节点。5列车骨干网本章规范了列车骨干网为保证各型列车列车级通信而应具备的基本特征，应是本部分规定的所有列车骨干网技术所共有的。列车骨干网互连列车上所有的骨干网节点，这些节点属于列车上的一个特定的编组和车辆，应首先列出列车可能的组成(拓扑),并定义车辆级、编组级、闭式列车级和列车级的方5.2列车骨干网拓扑本部分定义了编组间数据通信接口，此接口作为编组内的列车骨干网节点到列车骨干网的连接，如图5所示。节点节点节点节点当列车骨干网采用交换技术时，骨干网节点应提供到其每个直接邻节点的数据传输介质，如图7列车操作编组增加编组减少当位于列车中部的列车骨干网节点比其邻节点更晚激活时插入发生a)车辆的一个末端标识为末端1,另一个末端标识为末端2;b)车辆的参考方向1(Direction_1)指向末端1,方向2(Direction_2)指向末端2;c)如果方向1指向北，则车辆的西侧命名为A侧，东侧命名为B侧；d)骨干网节点A侧和B侧的约定与其所在车辆A侧和B侧的约定相同。车辆A侧2a)编组的一个末端标识为末端1,另一个末端标识为末端2;b)编组的参考方向1指向末端1,方向2指向末端2;c)如果方向1指向北，则编组的西侧命名为A侧，东侧命名为B侧。编组内车辆应连续编号，方向1上的第1节车辆的车辆编号为1。示例：由5节车辆构成的编组，其方向和朝向可以如图9所示。1222注：如图9所示，编组内的车辆可能和编组朝向不同。a)闭式列车的一个末端标识为末端1,另一个末端标识为末端2;b)闭式列车的参考方向1指向末端1,方向2指向末端2;闭式列车内编组应连续编号，方向1上的第1个编组的编组编号为1。示例：由2个编组构成的闭式列车，其方向和朝向可以如图10所示。注：如图10所示，闭式列车内编组可能和闭式列车朝向不同。22图10闭式列车内的方向和朝向a)列车的一个末端标识为末端1,另一个末端标识为末端2;b)列车的参考方向1指向末端1,方向2指向末端2;列车的哪一个末端被指定为末端1是由列车骨干网技术决定的。2编组A侧编组A侧编组02编组022图11列车的方向和朝向(TCN方向)列车内编组应连续编号，TCN方向1上的第一个编组的编组编号多单元列车内闭式列车应连续编号，TCN方向1上的第一个闭式列车的闭式列车编号为1。或者ETB。骨干网拓扑相关的所有数据和描述各编组属性和功能的用户自定义数据。列一个改变了的TopoCount不应和先前分配的TopoCount相同，除非能确保先前分配的b)提供数据源的通信设备应通知接收通信设备列车网络索引版本和用于数据准备的Topo-NumberOfCstNet图12列车网络索引结构(示例)推荐(R)可选(O)RORRR表2(续)推荐(R)可选(O)RRO列车组列表，见7.3.2.3推荐(R)可选(O)OR如5.5.4中定义的列车中编组序列号R如5.5.4中定义的相对于列车朝向的编组朝向ROOOR推荐(R)可选(O)RR编组中车辆序列号(见图9)R相对于编组朝向的车辆朝向(见图9)OORR推荐(R)可选(O)OOO设备编号，在编组网中应唯一O设备连接的编组网序列号(见4.3.3)OO列车初运行进程宜提供允许应用进程确认列车骨干网拓扑的功能一旦确认，列车网络索引相关编组的序号和朝向的任何变化应在将初运行状态设置回UNCON-如果在新的初运行之后不能执行校正，则列车网络索引的InaugStatus应设置为“未确认(UN-——禁止列车初运行(inhibitInaug)。——确认初运行结果(confirmInaug)。 ——停止在列车骨干网和编组网之间传输用户数据(stopUserDataEx); 状态状态图13列车初运行框图如图14所描述，一个激活的列车骨干网节点状态应为下列节点主要状态)之一：未命名(UN-未命名/startUserDataExcha已命名命名图14列车初运行状态图在上电或者重启后进入此状态。使能节点旁路。检查是否可以运行列车初运行(“checkStat骨干网节点上更新的列车网络索引和新的TopoCount可用时列车初运行完成。本章规范了编组网为保证各型列车列车范围内的通信而应具备的基本特GB/T28029中与编组网技术MVB、CANopen和ECN相关的部分应为每一种编组网技术至少定义以下内容(见图15):——连接到编组网的终端设备的数据通信接口(OSI第1层到第7层),通过驻留在终端设备中的——用于列车骨干网与编组网之间数据转发的网关功能。该网关可以是应用层网关(见6.4.3)或 编组网与列车骨干网之间的数据通信接口以及列车骨干网提供的功能应在与列车骨干网技术 终端图15编组网标准接口6.3.1基于总线技术(MVB,CANopen)的编组网网关(冗余)总线(冗余)终端终端终端图16编组网(总线技术)编组网与列车骨干网之间的通信应通过一个网关来实现。网关应作为骨干网节点的一部分来对于采用交换技术的编组网络，终端设备通过编组网交换机互连，如图17所一个具有多个端口(至少2个端口)的设备，用于转发从一个端口接收到的数据帧到所有端口(广播)或图17编组网交换机b)环形；骨干网节点(冗余)c)c)梯形拓扑骨干网节点(冗余)图18编组网技术(交换技术)示例图19连接到两个编组网交换机的终端设备图20编组网中的子网图21两种车辆总线的实现示例列车通信网络的骨干网与编组网都可以采用不同的通信技术。这种异构的列车控制网络架构见图22。图22异构列车控制网络架构示例a)在OSI第7层操作的应用层网关；b)在OSI第3层操作的路由设备。为了完成列车骨干网和编组网之间的转换，网关支持不同的服务原语络应用层交换所使用的方式。编组网和列车骨干网之间的双向网关在每个通信接口上提供下列基本无需与对等服务要素通信。本地服务示例见图23;图23本地服务指示请求指示通信模式决定了TCN上应用之间数据交换的策●本地源或者宿；◆在同一个车辆内；◆在同一个编组内；◆在同一个闭式列车内；◆在同一个列车上。该模式定义了单个源与单个宿之间的通信，如图27和表6所示。源宿图27点对点通信模式(推模式)推模式——点对点只有1种情况：源知道宿——周期性不需确认；——偶发性需要确认；该模式定义了单个源与多个宿之间的通信，如图28和表7所示。宿源宿图28点对多点通信模式(推模式)推模式———点对多点————源知道宿；——周期性不需确认；———偶发性需要确认；只有目的已知时才可能进行确认拉模式下，宿向源请求所需信息。该模式定义了单个源与单个宿之间的通信，如图29和表8所示。源宿图29点对点通信模式(拉模式)表8点对点通信模式(拉模式)说明拉模式——点对点——周期性不需确认；——偶发性需要确认；应答可替代/包含对请求的确认。该模式定义了单个宿与多个源之间的通信方式，如图30和表9所示。源源宿宿源图30点对多点通信模式(拉模式)拉模式——点对多点——宿知道源；———宿不知道源但知道源的范围，并由相关——周期性不需确认；——偶发性不需要确认；———偶发性只第一个报文确认(忽略其他确认);应答可替代/包含确认。源源宿宿图31预定通信模式—合并成唯一实体；连接至编组网的每个设备都应通过一个或多个编组网地址标识。同一编组网内的编组网地址应——如果通信设备的列车网络地址和编组网地址不相同，应提供将列车网络地——列车级：组成员属于一个或多个编组网。指定给这些列车级的组应在7.6定义的通信规约里进行定义。功能寻址是应用寻址的一种特殊方式，它不是寻址编组内特定通信设备，而是寻址编组内抽象列车骨干网技术和编组网技术都应提供将功能名称对用户透明地映射成相关源和/或目的网络地连接到不同编组网但属于同一编组或同一闭式列车的终端设备间通信有每种数据类型与定义了该数据类型的传输性能的通信服务参数相关联。这服务参数定义见表10。表10服务参数数据包大小数据速率(包速率)每秒发送的数据包数量。该值乘以(数据包大小×8单位：比特每秒(bit/s),千比特每秒(kbit/s),兆比特每秒(Mbit/s)周期性数据传输模式中两个数据包发送之