高架单轨观光车辆的通信组网设计

株洲中车特种装备科技有限公司 廖巧云

高架单轨观光车辆的通信组网设计

株洲中车特种装备科技有限公司 廖巧云

【摘要】将以太网作为高架单轨车辆的控制网络替代原有的现场总线网络系统可以提升控制网络系统的性能，扩展网络带宽，同时使控制网络系统模块化，便于车辆扩展。

【关键词】高架单轨观光车；带宽；现场总线；以太网；模块化

引言

随着旅游业的蓬勃发展，高架单轨观光车辆（后简称车辆）作为一种特色的景区交通工具，自身在承担交通运输功能的同时也兼备休闲功能，某些车辆内部还设有餐厅、电视等休闲设施。其正朝着自动化、舒适化、高速化的方向发展，对相应控制网络系统中的网络带宽、性能指标的要求也不断提升。以前的车辆控制网络大多采用现场总线网络技术，性能、带宽均受限，随着以太网技术的迅猛发展，可以有效的解决相应问题，故将以太网作为车辆控制网络是未来的发展方向之一。

1 车辆网络需求

1.1 高带宽

前期的车辆控制网络采用现场总线技术，但随着车辆应用系统的不断增多，各个信号系统，如控制信号、CCTV、语音、视频通信等，对于网络带宽的需求增加，现场总线技术已无法满足大带宽的需求。

以太网作为车辆控制网络是未来的发展方向之一，可以部分代替现场总线，越来越多的终端设备也提供RJ45、M12等以太网接口供设备接入以太网。以太网高达100M、1000M的端口带宽、接口限速转发等特性能够给系统提供足够大的带宽支撑。

1.2 高智能

采用以太网技术作为车辆控制网络技术，作为以太网二层接入设备，以太网交换机需要能够支持丰富的二、三层特性（比如VLAN、STP、端口安全、router等）实现流量划分隔离、端口防环路等安全机制。

1.3 高可靠

由于现场环境的特殊性，对以太网交换机的可靠性提出了很高的要求。具体有：室外工作环境（-40℃～+55℃）；无专用机房；车辆行驶过程中的低频震动。

1.4 高灵活

观光车辆会根据客户需求，车厢数量会做相应的扩充，一般为3-12节，根据人流的情况，会有车辆之间的重联运行，重联组合的车辆是随机的，这就要求组网要求灵活，使车辆模块化便于拓展。

2 解决方案

车内工业以太网交换机采用恒启HSET10M-2G-VLW， M12接口设计具有防震效果， 100M电口连接各种终端设备（LCD、摄像头、喇叭、门、变频器等），交换机采用1000M电口组建环网。

2台HSET10M-2G-VLW交换机采用1000M电口组建环网，开启RingOn环网协议组建无环网络拓扑，保证网络震荡收敛时间<15ms。主交换机（HEST6008-VLW）汇聚一个车厢的全部流量，同时连接前后车厢的主交换机。

3 解决方案优势

3.1 全千兆网络设计

从下面车辆网络拓扑图可以看出，该网络交换机与交换机之间、主交换机与交换机之间、车厢交换机之间的连接链路全部采用千兆链路设计。

全千兆的链路能够保证车厢内部的汇聚流量不会出现带宽瓶颈，保证该网络的总体设计能够满足以后一段时间内的网络流量增长。

图1 车辆网络拓扑图

3.2 车内环网RingOn私有协议

为了保证网络的可靠性，每个车厢内部的交换机都构成一个环网。为了防止环路在二层交换机上启用STP、RSTP等二层防环协议。

传统的防环协议在网络震荡期间需要比较长的收敛时间，会造成一定程度的网络中断；为了减少可能存在的网络中断，我们在二层交换机上开启恒启RingOn环网协议，RingOn防环协议能够将网络的收敛时间缩短在15ms以内，应用系统不会受到网络拓扑震荡的影响。

图2 RingOn环网协议拓扑图

3.3 车间双千兆链路冗余备份

车内采用环网实现高可靠性，车厢之间采用了双链路来实现冗余热备，在一条链路发生中断的情况下，另一条链路会立即切换到ON状态，保证车厢之间链路的持续可用。

3.4 三层设备隔离车厢网段

在IP地址规划上，每一个车厢采用一个网段（比如车厢1-10分别采用网段192.168.1.X-192.168.10.X），每个车厢属于一个广播域。车厢之间采用三层交换机实现网段的隔离。

ICMP根据ICMP包类型和ICMP序号（特殊序号0x25 0x00）进行分析，从模式只检测ICMP Echo包，主模式只检测ICMP Reply。

系统定时检测HLDP协议数据包，超过门限次数未收到后，置到该IP的链路状态为FALSE，同时清除到该IP的arp表项与路由表项。以太网模块会定时查询HLDP状态，检测到HLDP状态为DOWN，如果配置在主接

口上，且只有该条HLDP配置或其它HLDP配置都为DOWN，则置接口链路协议状态为DOWN；如果配置在子接口上，只有该条HLDP配置或其它HLDP配置都为DOWN，则置子接口状态为DOWN。

3.5 数据链路检测协议（HLDP）

HLDP工作位于以太网上层，在解析完以太网帧头之后，会调用HLDP探测模块进行分析，找出感兴趣的ARP以及ICMP报文，ARP根据包类型和源接口IP地址进行分析（只检测Reply的包）。

4 总结

车辆控制网络以以太网组网后，可以方便的地进行扩展、重联，以适应不同客户及其客户不同时段的交通需求；模块化的设计后，可以有效减少车辆之间的电缆走线，各节车厢之间只有通讯线；CCTV、流媒体的增加，提升了车辆的服务休闲功能。

参考文献

［1］江坤.国产化城轨交通立车自动驾驶系统车载设备研究与设计［J］.铁路通信信号工程技术，2009（1）∶11-13.

［2］陈明可.以太网在城轨车辆上的应用前几［J］.铁道机车车辆，2010（4）∶62-64.

［3］恒启电子工业通讯产品选型手册.

Design of overhead monorail sightseeing vehicle's communication network

Liaoqiaoyun
CRRC zhuzhou electric locomotive Co.Ltd

Abstract：Ethernet as the control network of overhead monorail vehicles instead of original field bus network system can improve the control performance of the network system， extend network bandwidth .At the same time， the control network system is modularized， which is convenient for the expansion of the vehicle.

Key Words：overhead monorail for sightseeing； bandwidth； field bus； Ethernet； modularization