株洲中車特種裝備科技有限公司 廖巧云

高架單軌觀光車輛的通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)

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【摘要】將以太網(wǎng)作為高架單軌車輛的控制網(wǎng)絡(luò)替代原有的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以提升控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)帶寬，同時(shí)使控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模塊化，便于車輛擴(kuò)展。

【關(guān)鍵詞】高架單軌觀光車；帶寬；現(xiàn)場(chǎng)總線；以太網(wǎng)；模塊化

引言

隨著旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，高架單軌觀光車輛（后簡(jiǎn)稱車輛）作為一種特色的景區(qū)交通工具，自身在承擔(dān)交通運(yùn)輸功能的同時(shí)也兼?zhèn)湫蓍e功能，某些車輛內(nèi)部還設(shè)有餐廳、電視等休閑設(shè)施。其正朝著自動(dòng)化、舒適化、高速化的方向發(fā)展，對(duì)相應(yīng)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)帶寬、性能指標(biāo)的要求也不斷提升。以前的車輛控制網(wǎng)絡(luò)大多采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，性能、帶寬均受限，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可以有效的解決相應(yīng)問(wèn)題，故將以太網(wǎng)作為車輛控制網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)的發(fā)展方向之一。

1 車輛網(wǎng)絡(luò)需求

1.1 高帶寬

前期的車輛控制網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，但隨著車輛應(yīng)用系統(tǒng)的不斷增多，各個(gè)信號(hào)系統(tǒng)，如控制信號(hào)、CCTV、語(yǔ)音、視頻通信等，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求增加，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已無(wú)法滿足大帶寬的需求。

以太網(wǎng)作為車輛控制網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)的發(fā)展方向之一，可以部分代替現(xiàn)場(chǎng)總線，越來(lái)越多的終端設(shè)備也提供RJ45、M12等以太網(wǎng)接口供設(shè)備接入以太網(wǎng)。以太網(wǎng)高達(dá)100M、1000M的端口帶寬、接口限速轉(zhuǎn)發(fā)等特性能夠給系統(tǒng)提供足夠大的帶寬支撐。

1.2 高智能

采用以太網(wǎng)技術(shù)作為車輛控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，作為以太網(wǎng)二層接入設(shè)備，以太網(wǎng)交換機(jī)需要能夠支持豐富的二、三層特性（比如VLAN、STP、端口安全、router等）實(shí)現(xiàn)流量劃分隔離、端口防環(huán)路等安全機(jī)制。

1.3 高可靠

由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的特殊性，對(duì)以太網(wǎng)交換機(jī)的可靠性提出了很高的要求。具體有：室外工作環(huán)境（-40℃～+55℃）；無(wú)專用機(jī)房；車輛行駛過(guò)程中的低頻震動(dòng)。

1.4 高靈活

觀光車輛會(huì)根據(jù)客戶需求，車廂數(shù)量會(huì)做相應(yīng)的擴(kuò)充，一般為3-12節(jié)，根據(jù)人流的情況，會(huì)有車輛之間的重聯(lián)運(yùn)行，重聯(lián)組合的車輛是隨機(jī)的，這就要求組網(wǎng)要求靈活，使車輛模塊化便于拓展。

2 解決方案

車內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用恒啟HSET10M-2G-VLW， M12接口設(shè)計(jì)具有防震效果， 100M電口連接各種終端設(shè)備（LCD、攝像頭、喇叭、門(mén)、變頻器等），交換機(jī)采用1000M電口組建環(huán)網(wǎng)。

2臺(tái)HSET10M-2G-VLW交換機(jī)采用1000M電口組建環(huán)網(wǎng)，開(kāi)啟RingOn環(huán)網(wǎng)協(xié)議組建無(wú)環(huán)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，保證網(wǎng)絡(luò)震蕩收斂時(shí)間<15ms。主交換機(jī)（HEST6008-VLW）匯聚一個(gè)車廂的全部流量，同時(shí)連接前后車廂的主交換機(jī)。

3 解決方案優(yōu)勢(shì)

3.1 全千兆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

從下面車輛網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D可以看出，該網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與交換機(jī)之間、主交換機(jī)與交換機(jī)之間、車廂交換機(jī)之間的連接鏈路全部采用千兆鏈路設(shè)計(jì)。

全千兆的鏈路能夠保證車廂內(nèi)部的匯聚流量不會(huì)出現(xiàn)帶寬瓶頸，保證該網(wǎng)絡(luò)的總體設(shè)計(jì)能夠滿足以后一段時(shí)間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)流量增長(zhǎng)。

圖1 車輛網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.2 車內(nèi)環(huán)網(wǎng)RingOn私有協(xié)議

為了保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，每個(gè)車廂內(nèi)部的交換機(jī)都構(gòu)成一個(gè)環(huán)網(wǎng)。為了防止環(huán)路在二層交換機(jī)上啟用STP、RSTP等二層防環(huán)協(xié)議。

傳統(tǒng)的防環(huán)協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)震蕩期間需要比較長(zhǎng)的收斂時(shí)間，會(huì)造成一定程度的網(wǎng)絡(luò)中斷；為了減少可能存在的網(wǎng)絡(luò)中斷，我們?cè)诙咏粨Q機(jī)上開(kāi)啟恒啟RingOn環(huán)網(wǎng)協(xié)議，RingOn防環(huán)協(xié)議能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)的收斂時(shí)間縮短在15ms以內(nèi)，應(yīng)用系統(tǒng)不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔鹗幍挠绊憽?/p>

圖2 RingOn環(huán)網(wǎng)協(xié)議拓?fù)鋱D

3.3 車間雙千兆鏈路冗余備份

車內(nèi)采用環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高可靠性，車廂之間采用了雙鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余熱備，在一條鏈路發(fā)生中斷的情況下，另一條鏈路會(huì)立即切換到ON狀態(tài)，保證車廂之間鏈路的持續(xù)可用。

3.4 三層設(shè)備隔離車廂網(wǎng)段

在IP地址規(guī)劃上，每一個(gè)車廂采用一個(gè)網(wǎng)段（比如車廂1-10分別采用網(wǎng)段192.168.1.X-192.168.10.X），每個(gè)車廂屬于一個(gè)廣播域。車廂之間采用三層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)段的隔離。

ICMP根據(jù)ICMP包類型和ICMP序號(hào)（特殊序號(hào)0x25 0x00）進(jìn)行分析，從模式只檢測(cè)ICMP Echo包，主模式只檢測(cè)ICMP Reply。

系統(tǒng)定時(shí)檢測(cè)HLDP協(xié)議數(shù)據(jù)包，超過(guò)門(mén)限次數(shù)未收到后，置到該IP的鏈路狀態(tài)為FALSE，同時(shí)清除到該IP的arp表項(xiàng)與路由表項(xiàng)。以太網(wǎng)模塊會(huì)定時(shí)查詢HLDP狀態(tài)，檢測(cè)到HLDP狀態(tài)為DOWN，如果配置在主接

口上，且只有該條HLDP配置或其它HLDP配置都為DOWN，則置接口鏈路協(xié)議狀態(tài)為DOWN；如果配置在子接口上，只有該條HLDP配置或其它HLDP配置都為DOWN，則置子接口狀態(tài)為DOWN。

3.5 數(shù)據(jù)鏈路檢測(cè)協(xié)議（HLDP）

HLDP工作位于以太網(wǎng)上層，在解析完以太網(wǎng)幀頭之后，會(huì)調(diào)用HLDP探測(cè)模塊進(jìn)行分析，找出感興趣的ARP以及ICMP報(bào)文，ARP根據(jù)包類型和源接口IP地址進(jìn)行分析（只檢測(cè)Reply的包）。

4 總結(jié)

車輛控制網(wǎng)絡(luò)以以太網(wǎng)組網(wǎng)后，可以方便的地進(jìn)行擴(kuò)展、重聯(lián)，以適應(yīng)不同客戶及其客戶不同時(shí)段的交通需求；模塊化的設(shè)計(jì)后，可以有效減少車輛之間的電纜走線，各節(jié)車廂之間只有通訊線；CCTV、流媒體的增加，提升了車輛的服務(wù)休閑功能。

參考文獻(xiàn)

［1］江坤.國(guó)產(chǎn)化城軌交通立車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車載設(shè)備研究與設(shè)計(jì)［J］.鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2009（1）∶11-13.

［2］陳明可.以太網(wǎng)在城軌車輛上的應(yīng)用前幾［J］.鐵道機(jī)車車輛，2010（4）∶62-64.

［3］恒啟電子工業(yè)通訊產(chǎn)品選型手冊(cè).

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