工业以太网下的列车控制网络优化设计研究

　　摘 要 列车网络控制系统是动车的重要组成部分，而以太网技术在整个工业的控制领域应用十分广泛，传统的列车通信网络技术因为传输的效率低，传输内容多，组网的拓扑结构单一，无法满足现代列车的发展要求。本文针对工业以太网下的列车控制网络进行技术分析，对列车网络控制进行深入的研究。

　　关键词 工业工程师论文,以太网;列车控制;网络优化

　　列车网络控制系统作为列车组的核心组成，主要负责动车组的牵引、控制、车门以及空调系统的控制、监测工作。而随着列车网络的不断拓展，视频监控和车厢多媒体在列车中应用越来越多，诊断的数据也不断这家，使得列车网络信息数据庞大，传统的列车网络已经无法支持如此大数据的传输要求。

　　1 工业以太网技术的相关标准

　　以太网是局域网中应用最多的通信协议标准，遵循IEEE802.3技术标准，利用光纤或网线进行数据的传输。以太网属于开放式的网络，可以将不同类型的产品进行连接，以太网控制器在价格上也占据了一定的优势，被广泛应用到各个领域中。现场总线存在的标准太多，不同的网络通信难以互相兼容，以太网技术能够将这些都进行融合，以太网技术协议开放、兼容性强、稳定，逐渐成为工业控制网络发展的主流。以太网列车的通信网络标准得到了国际电工委员会的大力支持，全面推动以太网技术在列车网络控制领域的应用，主要包括车辆总线以太网的IEC 61375-3-4以及列车总线以太网的IEC 61375-2-5[1]。

　　2 以太网技术与多功能车辆总线技术分析

　　列车网络控制系统的研究离不开基础技术的支持，主要的技术主要有以太网技术和多功能車辆总线技术(MVB)，这两种技术都有各自的优点与缺点，在列车网络控制系统中都有应用。从优势进行分析，以太网技术在实际的应用中，成本低、兼容性强、可靠性高等优点被广泛应用，其中以太网的可靠性比较突出，技术的开放性也非常好，能够与其他产品相互兼容，不会产生较大的冲突;MVB技术在实际的应用中，属于专一技术，是列车通信网络中TCN的核心组成，在技术成分上的种类比较多，可以满足不同列车网络系统的硬件需求，MVB的可操作性还是能够得到肯定的。从劣势进行分析，以太网技术虽然得到了广泛的应用，但是在细节方面需要着重探讨，完善技术体系。而MVB技术，具有一定的传统性，需要在技术上进行不断拓展，在技术上进行优化，不然无法满足列车网络系统的技术要求，会逐渐被淘汰[2]。

　　3 工业以太网下的列车网络控制技术分析

　　3.1 网络传输速率的优化

　　经过大量的实践经验得出，以太网的共享方式，负载能力在35%以下，与高速以太网发生冲突的可能性非常小，当负载能力在10%以下，与以太网的冲突概率为0。降低网络传输速率能够减轻网络负载的能力，提高网络传输的可靠性与稳定性，采用交换式的以太网技术进行各端口之间的数据传递，将共享式的网络方式转换为占有式的网络方式，使工业以太网的信息在稳定性方面有了很大的进步;以太网的不确定性解决办法是修改以太网的MAC层的协议，在MAC层增加具有可实施性的控制层，用以完善网络。

　　3.2 工业以太网在列车网络控制系统中的应用

　　将工业以太网技术与现有的列车网络控制系统进行相互的结合，但是要保持现有列车网络系统的结构和功能不能发生变化，如果有数据量比较大、传输速率高的任务需要应用工业以太网设备进行实现相应的功能，以太网与列车网络系统接口的方式是网关。将工业以太网作为主要的技术方向，构成列车网络控制系统，以全双共交换式的通信方式作为信息传输的平台，并在列车的每个车厢分别设置一个交换机，将以太网列车网络划分为多个区域，便于以太网节点获得更高的传输速率[3]。

　　4 以太网列车控制网络技术优化

　　4.1 列车网络控制系统部件功能

　　列车的网络控制系统部件主要包括交换机、控制单元以及网关，要符合IEC61375的相关标准，满足标准的条件，设备之间通过实时性的标准进行信息的传输。其中以太网交换机主要功能是负责以太网数据交换;控制单元主要包括人机接口单元与车辆控制单元，人机接口单元主要是对总线上的子系统状态进行控制，对故障诊断进行检测与存储;而车辆控制单元主要是对列车进行控制与检测;网关实际上就是一个网络防火墙，能够过滤IP/MAC协议，防止恶意软件的攻击。以太网交换机具有旁路功能，当交换机出现断电或其他故障时，采用旁路功能对以太网的总线进行控制，保证以太网总线的连接性，不影响正常的工作。链路聚合功能是当线路出现故障时，会与另一条线路进行自由切换，不影响线路节点之间的相互通信，保证了线路的实时性。

　　4.2 系统安全分析

　　通过以太网下的列车网络控制系统，根据网络控制系统的功能需求，对列车网络控制系统的安全进行保护，采用网关抵御的方式实现网络保护，按照不同设备、不同接口进行验证授权，对安全保护增加级别，同时采用过滤机制实现设备的安全保护，运用多种技术手段，制定严格的安全管理方案。而网关具有网络防火墙的功能，采用黑名单和分层过滤的方式，只允许通过满足安全协议的报文，防止APP风暴、UDP flood等的攻击，制定严格的过滤机制和安全方案，保证网络的安全，确保列车控制网络系统的安全性。

　　5 结束语

　　本文主要是基于以太网视域下的列车网络控制系统进行深入的研究，列车网络控制系统在引入了以太网技术后，在性能、架构方面都有了进一步的完善，与以往的研究模式大不相同，新的列车网络控制系统在实际的应用中取得了较好的工作效果，使列车的运行速度更快，有利于交通运输的发展。

　　参考文献

　　[1] 严翔.基于工业以太网的列车控制网络性能分析及优化[J].机车电传动，2018，(3)：41-44.

　　[2] 苏晓波.基于工业以太网的动车组列车网络控制系统研究[J].科技展望，2017，27(12)：139.

　　[3] 张新有，魏俊超.ARCNET列车控制网络令牌传递算法的改进[J].计算机科学，2016，43(8)：45-49.

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文章名称： 工业以太网下的列车控制网络优化设计研究

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