引言
　　列車通信網(wǎng)絡是用于連接車載設備，實現(xiàn)信息共享、控制功能、監(jiān)測診斷的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。經(jīng)過近二三十年的發(fā)展，列車網(wǎng)絡技術已經(jīng)走向成熟，并成為現(xiàn)代軌道車輛的關鍵技術之一。目前，在城市軌道車輛、高速動車組上，無不采用列車通信網(wǎng)絡技術。當前，列車網(wǎng)絡形式并不統(tǒng)一，專門為列車車載設備通信而量身定制的符合IEC61375標準的TCN（Train Communication Networks）列車通信網(wǎng)絡與其他多種網(wǎng)絡形式相比，更能普遍地適應列車通信的要求。
　　基于TCN的列車網(wǎng)絡，20年來取得了很大發(fā)展，從最初由兩三家大公司主導，到現(xiàn)在得到眾多公司和單位的支持。隨著現(xiàn)代列車的智能化與信息化程度越來越高，也對列車通信網(wǎng)絡提出了更高的要求，原有的技術形式已經(jīng)在有些方面不能滿足需求，必然要走向新發(fā)展。本文著重介紹了當今TCN列車網(wǎng)絡技術的現(xiàn)狀，并對其未來的發(fā)展趨勢作一些分析、預測。
　　1　TCN列車網(wǎng)絡簡介
　　由于世界范圍內(nèi)列車通信網(wǎng)絡技術的差異，造成了多種總線技術并存的局面。除TCN標準的列車總線之外，WorldFIP、LonWorks、CAN等其他總線形式也在列車通信網(wǎng)絡中有不同程度的運用。上述幾種列車網(wǎng)絡技術，絕大部分都是在其他領域應用成熟的現(xiàn)場總線技術移植到列車控制系統(tǒng)中來的。它們依據(jù)各自的標準，不便進行互聯(lián)。于是基于制訂一種開放式列車通信系統(tǒng)，實現(xiàn)各種軌道車輛相互聯(lián)掛，車載可編程電子設備統(tǒng)一接口標準而實現(xiàn)互換的構想，TCN列車通信網(wǎng)絡標準應運而生。
　　1.1　TCN列車網(wǎng)絡雛形
　　任何技術都不是憑空而生的，TCN列車網(wǎng)絡也正是如此。它是由車載微機系統(tǒng)發(fā)展而來，在原有的技術基礎上加以遴選、改進和標準化而形成的。其主要參考的模型則是Siemens公司的SIBAS系統(tǒng)和Adtranz公司的MICAS系統(tǒng)。以上兩種形式車載微機控制系統(tǒng)的發(fā)展已從最初的完成簡單的單一功能，發(fā)展到現(xiàn)在的多功能集成的列車通信網(wǎng)絡，為TCN列車網(wǎng)絡技術的起步與成型，以及日后成為國際標準，做出了巨大貢獻。
　　1.1.1　SIBAS系統(tǒng)
　　在鐵路機車動車控制方面，德國Siemens公司早在1981年就研制出了相應的微機控制系統(tǒng)，并命名為SIBAS16，這個系統(tǒng)的樣機首次應用在紐倫堡交通運輸管理局地鐵車輛上。SIBAS16中的數(shù)字代表其采用的是16位微處理器，這個系統(tǒng)由中央機、一個或多個子機以及存儲單元構成，各計算機之間采用串行通信來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。這種機車控制系統(tǒng)形式新穎，擴展性好，可靠性高，使用安裝便捷，大有取代傳統(tǒng)控制技術的趨勢，成為列車微機控制發(fā)展中的發(fā)軔之作，影響不可不謂之重大。
　　隨著技術的不斷革新以及SIBAS16的不斷完善，Siemens公司不失時機地推出了基于32位控制器和信號處理器的列車微機控制系統(tǒng)SIBAS32，其在性能上較SIBAS16更具優(yōu)越性，同時也對原有SIBAS16系統(tǒng)在接口上保持了向下兼容。20世紀90年代，列車通信網(wǎng)絡國際標準正在制定當中，Siemens公司著眼于控制系統(tǒng)功能的長遠發(fā)展，其推出的SIBAS32系統(tǒng)是一種多功能通用計算機系統(tǒng)。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡通信技術，外圍設備已經(jīng)開始標準化、專用化、智能化，基本上可在保持硬件結構不變的情況下便捷地與任意終端相掛接，構成一個對各種機車車輛移植性很好的控制與監(jiān)控系統(tǒng)。
　　1.1.2　MICAS系統(tǒng)
　　MICAS系統(tǒng)的出現(xiàn)是在20世紀80年代。瑞士布朗·勃法瑞公司（BBC）最早研發(fā)的MICAS系統(tǒng)是應用于運輸部門的微型計算機自動控制系統(tǒng)，能理想地實現(xiàn)機動車與船只等場合的控制功能。針對MICAS應用領域的不同，研發(fā)人員相應地開發(fā)出了適用于該場合的軟件、硬件模塊及工具，形成了以MICASS、MICASL和MICASE等不同系列。其中MICASS系統(tǒng)在1985年首次應用于牽引控制技術中，在對過程處理速度和性能要求苛刻的牽引控制系統(tǒng)中很好地實現(xiàn)了控制功能。
　　1988年瑞典的阿西亞公司（ASEA）和瑞士的布朗·勃法瑞公司（BBC）合并而成ABB集團。此后，ABB旗下的Adtranz公司在MICASS牽引控制系統(tǒng)基礎上開發(fā)出了MICASS2，并于1992年第一次成功運用在瑞士Re460型變流機車上。MICASS2列車控制系統(tǒng)實行分級控制形式，由列車級、車輛級和傳動級3級控制組成，各級系統(tǒng)控制單元之間的通信通過列車通信網(wǎng)絡實現(xiàn)。列車通信網(wǎng)絡采用總線型拓撲結構，分成車輛總線、列車總線兩級局域網(wǎng)。車輛總線由同一車輛內(nèi)的幾個控制單元互連構成，采用RS485串行通信標準。列車總線為貫穿各車輛節(jié)點互連的通信線路，采用9芯EP電纜或18芯UIC電纜，線路通過兩種總線之間的網(wǎng)關實現(xiàn)總線耦合。
　　在MICASS2的基礎上Adtranz公司又推出了MITRAC系統(tǒng)，這是更新一代的分布式列車控制與通信系統(tǒng)。MITRAC系統(tǒng)中沒有集中的控制柜和機箱，各個控制單元或I/O單元均自成一體，分別封裝在一個配備獨立電源和標準車輛總線接口的殼體中，并分布于車體內(nèi)靠近控制對象的各個位置。其良好的電磁兼容性能保證各車輛控制單元工作在環(huán)境惡劣的列車中。
　　之后Adtranz公司幾易其主，2001年4月，Bombardier公司從Daimler Chrysler手中將其子公司Adtranz收購。Bombardier公司對MITRAC系統(tǒng)繼續(xù)不斷改進，并按照不同客戶需求加以系列化，如今該系統(tǒng)有MITRAC500系列、1000系列和3000系列等。
　　1.2　TCN標準制定
　　《IEC61375電子鐵路設備列車總線》是專門為鐵路設備的數(shù)據(jù)通信而制定一項國際標準，即TCN標準，它是IEC（國際電工委員會）第9技術委員會（TC9，牽引電氣設備分會）委托由來自20多個世界范圍內(nèi)主要鐵路運營部門和制造廠家代表以及UIC（國際鐵路聯(lián)盟）的代表組成第22工作組（WG22），以前有著多年運行經(jīng)驗的Siemens的SIBAS系統(tǒng)和Adtranz的MICAS系統(tǒng)等技術為原型的基礎上推出的。自1999年推出以來，在世界范圍內(nèi)得到了推廣和應用，成為目前采用最廣泛、最有應用前景的一種列車網(wǎng)絡形式。
　　1988年，以制定應用于鐵道車輛、能使鐵道車輛相互聯(lián)掛的開放性通信系統(tǒng)標準為目的，WG22成立。1992年6月，TC9/WG22制定出委員會草案，并向各國征求列車通信網(wǎng)絡TCN草案的意見稿?？紤]到列車通信網(wǎng)絡的特點，WG22在制訂TCN標準時，曾在是制定一套全新的標準，還是對原有方案加以標準化這兩種思路之間權衡。最后，其根據(jù)列車通信網(wǎng)絡的要求，對已有的Profibus、LonWorks、Bitbus、FIP、CAN、Tornad等解決方案進行考量，但由于協(xié)議不透明，或?qū)崟r性、可靠性、確定性不能滿足列車通信要求等各方面原因而被逐一否定。經(jīng)過多年的努力，WG22在Siemens和Adtranz公司原有技術方案的基礎上，共同開發(fā)出了一套標準，并于1999年成為國際標準，即IEC613751 TCN列車通信網(wǎng)絡國際標準。
　　IEC613751標準的內(nèi)容如表1所列。
　　該標準中規(guī)定典型的TCN網(wǎng)絡系統(tǒng)的拓撲結構如圖1所示。
　　由圖可見，IEC列車網(wǎng)絡標準中規(guī)定系統(tǒng)分成兩層總線結構：列車級的絞線式列車總線WTB和車輛級的多功能車輛總線MVB，兩者之間協(xié)議轉換需要通過網(wǎng)關實現(xiàn)。列車總線WTB最突出的特點是具有列車初運行的功能，即在車輛之間的重聯(lián)通信時，能自動識別并標識各車輛在列車編組中的位置和方向，這對于需要頻繁進行編組的列車而言可謂意義非凡。車輛總線MVB則用于實現(xiàn)車輛內(nèi)的控制單元及控制設備的互聯(lián)。TCN標準在列車通信的實時性方面規(guī)定，網(wǎng)絡采用基于總線管理器的主從式介質(zhì)訪問控制，而在可靠性方面則規(guī)定，網(wǎng)絡采取介質(zhì)和總線管理器的冗余技術。