CN116708078A - 一种动车组列车的异构网络架构 - Google Patents

Abstract

本说明书提供了一种动车组列车的异构网络架构。该异构网络架构包括：车辆级以太网包括多个车辆级以太网节点，多个车辆级以太网节点以环网形式通过串联形成第一通道和第二通道，第一通道与子系统的第一网口连接，第二通道与子系统的第二网口连接；其中，列车级骨干网包括四个列车级骨干网络节点，在每个牵引单元中的第一节车厢和第八节车厢各设置两个列车级骨干网络节点，将第一节车厢和第八节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接；列车级骨干网络节点通过背板与车辆级以太网节点进行数据交互。基于上述网络架构能够提高网络传输可靠性的同时，优化网络传输实时性要求和冗余要求，进一步满足大带宽流量数据业务的传输。

Description

一种动车组列车的异构网络架构

技术领域

本说明书属于轨道车辆控制技术领域，尤其涉及一种动车组列车的异构网络架构。

背景技术

动车组列车的网络控制系统，可以实现各子系统信息传输共享，协调中央控制系统与各子系统的控制、监视与诊断任务，汇总各子系统工作状态和故障诊断信息，提供信息显示和人机交互接口，完成整车级的控制、故障诊断、状态监视等工作。随着技术的不断发展，为了进一步优化动车组列车的网络，现有技术中又形成了一种基于以太网的传输网络架构，但现有的网络架构难以满足大带宽流量数据的传输、且容易收到电磁干扰、网络传输可靠性低、实时性差。

针对上述技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本说明书提供了一种动车组列车的异构网络架构，能够解决现有的网路架构的网络传输可靠性低、实时性差的问题，可以在提高网络传输可靠性的同时，优化网络传输实时性要求和冗余要求，进一步满足大带宽流量数据业务的传输。

本说明书实施例的目的是提供一种动车组列车的异构网络架构，动车组列车采用八辆编组形式或采用两个八辆编组形成的十六编组形式，所述八辆编组由一个牵引单元构成，所述十六编组由两个牵引单元构成，在一个牵引单元内形成车辆级以太网，在两个牵引单元间形成列车级骨干网；

其中，所述车辆级以太网包括多个车辆级以太网节点，所述多个车辆级以太网节点以环网形式通过串联分别形成第一通道和第二通道，所述第一通道与子系统的第一网口连接，所述第二通道与子系统的第二网口连接；

其中，所述列车级骨干网包括四个列车级骨干网络节点，在每个牵引单元中的第一节车厢和第八节车厢各设置两个列车级骨干网络节点，将第一节车厢和第八节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接；

所述列车级骨干网络节点通过背板与车辆级以太网节点进行数据交互。

进一步地，所述多个车辆级以太网节点以环网形式通过串联形成第一通道和第二通道，包括：

将牵引单元中的第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联连接作为第一上链路，将第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联连接作为第一下链路；

将所述第一上链路和所述第一下链路以环网形式通过光纤串联形成第一通道；

将牵引单元中的第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联连接作为第二上链路，将第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联连接作为第二下链路；

将所述第二上链路和所述第二下链路以环网形式通过光纤串联形成第二通道。

进一步地，所述将所述第一上链路和所述第一下链路以环网形式通过光纤串联形成第一通道，包括：

将所述第一上链路中的第一节车厢中的车辆级以太网节点与所述第一下链路的第二节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第一左环；

将所述上链路中的第七节车厢中的车辆级以太网节点与所述下链路的第八节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第一右环；

基于第一左环和第一右环，形成第一通道。

进一步地，所述第一通道与子系统的第一网口连接，包括：

将第一通道中的第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中对应的子系统的第一网口连接；

将第一通道中的第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中对应的子系统的第一网口连接。

进一步地，所述第二通道与子系统的第二网口连接，包括：

将第二通道中的第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中对应的子系统的第二网口连接；

将第二通道中的第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中对应的子系统的第二网口连接。

进一步地，所述将牵引单元中的第一节车厢、第三节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联连接，包括：

将第一节车厢中的车辆级以太网节点的千兆级联端口通过千兆电缆与第一通道中对应的第一光电模块的第一端口连接；

将第一通道中对应的第一光电模块的第二端口中的发送端口通过发送光纤与多芯光纤中的第一号光纤连接，将第一通道中对应的第一光电模块的第二端口中的接收端口通过接收光纤与多芯光纤中的第二号光纤连接；

将多芯光纤中的第一号光纤通过发送光纤与第一通道中对应的第二光电模块的第一端口中的接收端口连接，将多芯光纤中的第二号光纤通过接收光纤与第一通道中对应的第二光电模块的第一端口中的发送端口连接；

将第一通道中对应的第二光电模块的第二端口通过千兆电缆与第三节车厢中的车辆级以太网节点的千兆级联端口进行连接。

进一步地，所述将第一节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接，包括：

将第一节车厢中的一个列车级骨干网络节点作为第一列车级骨干网络节点，将第一列车级骨干网络节点与第一通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点进行连接；

将第一节车厢中的另一个列车级骨干网络节点作为第二列车级骨干网络节点，将第二列车级骨干网络节点与第二通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点进行连接。

进一步地，所述将第八节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接，包括：

将第八节车厢中的一个列车级骨干网络节点作为第三列车级骨干网络节点，将第三列车级骨干网络节点与第一通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点进行连接；

将第八节车厢中的另一个列车级骨干网络节点作为第四列车级骨干网络节点，将第四列车级骨干网络节点与第二通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点进行连接。

进一步地，所述列车级骨干网络节点通过背板与车辆级以太网节点进行数据交互之前，包括：

将第一列车级骨干网络节点以板卡形式和第一通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第一交换机箱中、将第二列车级骨干网络节点以板卡形式和第二通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第二交换机箱中；

将第三列车级骨干网络节点以板卡形式和第一通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第三交换机箱中、将第四列车级骨干网络节点以板卡形式和第二通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第四交换机箱中。

进一步地，所述列车级骨干网络节点在两个牵引单元间进行数据传输时采用有线传输和无线传输互为冗余的传输方式。

本说明书提供的一种动车组列车的异构网络架构，首先，动车组列车采用八辆编组形式或采用两个八辆编组形成的十六编组形式，所述八辆编组由一个牵引单元构成，所述十六编组由两个牵引单元构成，在一个牵引单元内形成车辆级以太网，在两个牵引单元间形成列车级骨干网，本说明书以八辆编组为一个牵引单元，在牵引单元内的数据传输只需要通过车辆级以太网而不需要通过列车级以太网，使得传输时延降低，系统维护和监控更方便。其次，所述车辆级以太网包括多个车辆级以太网节点，所述多个车辆级以太网节点以环网形式通过串联形成第一通道和第二通道，所述第一通道与子系统的第一网口连接，所述第二通道与子系统的第二网口连接，本说明书通过采用的环网结构具有良好的冗余性，当出现链路故障或者设备故障时，环网协议可自动切换路线，保持网络正常通信，通过形成第一通道和第二通道的双环网拓扑和子系统双网口冗余可以实现控车数据的冗余传输，即在单个通道出现故障时，仍可以保证网络正常通信。其次，所述列车级骨干网包括四个列车级骨干网络节点，在每个牵引单元中的第一节车厢和第八节车厢各设置两个列车级骨干网络节点，将第一节车厢和第八节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接，可以将第一节车厢、第八节车厢中互为冗余的两个列车级骨干网络节点分别用于传输第一通道、第二通道数据，实现列车级通信的冗余设计。最后，所述列车级骨干网络节点通过背板与车辆级以太网节点进行数据交互。通过以上的异构网络架构能够提高网络传输可靠性的同时，优化网络传输实时性要求和冗余要求，进一步满足大带宽流量数据业务的传输。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本说明书提供一种动车组列车的异构网络架构一个实施例的结构示意图；

图2是本说明书提供的一种动车组列车的异构网络架构；

图3是本说明书提供的一种车辆级以太网的异构连接方式。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

考虑到现有的列车控制与管理系统(Train Control and Management System，TCMS)，通常也称为网络控制系统，用于实现各子系统信息传输共享，协调中央控制系统与各子系统的控制、监视与诊断任务，汇总各子系统工作状态和故障诊断信息，提供信息显示和人机交互接口，完成整车级的控制、故障诊断、状态监视等工作。

早期的列车控制系统通过中央控制单元与各车的主控单元实现车辆的控制功能，中央控制单元、各车主控单元以及子系统之间大多采用简单的RS485或RS232(常用的串行通信接口标准)等串行总线实现通信，控制功能由中央控制单元及各车主控单元直接通过硬线信号实现，控制单元通过串行通信接口收集各子系统状态，实现监视功能。

随着技术的发展形成了标准化的车载网络系统，中央控制单元与各子系统之间采用网络通信实现信息交互，采用符合标准的列车通信网络(Train CommunicationNetwork，TCN)总线(包括：绞线式列车总线(Wire Train Bus，WTB)和多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，MVB))。但是，WTB+MVB架构的网络传输介质通信速率较低(列车级WTB总线以1.0兆比特每秒(Mbit/s)、车辆级MVB总线以1.5兆比特每秒(Mbit/s)的传输速率)，难以满足大带宽传输。

为了进一步优化列车网络，现有技术提出了一种基于以太网的传输网络架构。该架构基于列车级网络(ETB)+车辆级网络(ECN)的传输架构，以太网为传输介质，进一步提升了带宽。随着社会发展，列车未来具有更高速、更智能、轻量化等多方面特征，要求列车网络具有更高的带宽、更高的安全和更高的可靠性。但是目前基于以太网线缆的列车控制技术在技术提升上面会存在以下问题：目前100兆比特每秒(Mbps，其中mbps＝Mbit/s)的以太网总线带宽对于视频等传输需求仍然有一定限制；列车采用铜线传输，信号速率越高越容易受到一定的电磁干扰，特别在车钩的电气连接处受限于制造技术和应用环境限制，很难实现1000Mbps的电信号可靠传输；以太网的数据传输基于尽力而为的原则，不能提供确定性的数据传输。

针对现有的动车组列车的网络架构存在的上述问题以及产生上述问题的具体原因，本申请考虑引入一种动车组列车的异构网络架构，以提高网络传输可靠性的同时，优化网络传输实时性要求和冗余要求，进一步满足大带宽流量数据业务的传输。

基于上述思路，本说明书提出一种动车组列车的异构网络架构，参照图1所示，所述动车组列车采用八辆编组形式或采用两个八辆编组形成的十六编组形式，所述八辆编组由一个牵引单元构成，所述十六编组由两个牵引单元构成，在一个牵引单元内形成车辆级以太网，在两个牵引单元间形成列车级骨干网；其中，所述车辆级以太网包括多个车辆级以太网节点，所述多个车辆级以太网节点以环网形式通过串联分别形成第一通道和第二通道，所述第一通道与子系统的第一网口连接，所述第二通道与子系统的第二网口连接；其中，所述列车级骨干网包括四个列车级骨干网络节点，在每个牵引单元中的第一节车厢和第八节车厢各设置两个列车级骨干网络节点，将第一节车厢和第八节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接；所述列车级骨干网络节点通过背板与车辆级以太网节点进行数据交互。

在一些实施例中，参阅图2所示，图中：ETBN表示列车级骨干网络节点、ECNN表示车辆级以太网节点、CCU表示中央控制单元、IOM表示输入输出模块、BCU表示制动控制单元、HMI表示显示器、WTD表示无线传输装置、TCU表示牵引控制单元。上述多个车辆级以太网节点以环网形式通过串联分别形成第一通道和第二通道，在具体实施时，可以包括：

S1：将牵引单元中的第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第一上链路，将第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第一下链路；

S2：将所述第一上链路和所述第一下链路以环网形式通过光纤串联形成第一通道；

S3：将牵引单元中的第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第二上链路，将第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第二下链路；

S4：将所述第二上链路和所述第二下链路以环网形式通过光纤串联形成第二通道。

在一些实施例中，将所述第一上链路和所述第一下链路以环网形式通过光纤串联形成第一通道，在具体实施时，可以包括：

S1：将所述第一上链路中的第一节车厢中的车辆级以太网节点与所述第一下链路的第二节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第一左环；

S2：将所述上链路中的第七节车厢中的车辆级以太网节点与所述下链路的第八节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第一右环；

S3：基于第一左环和第一右环，形成第一通道。

在一些实施例中，上述八辆编组表示八节车厢，相应的，上述十六编组表示十六节车厢，上述动车组采用两个八辆编组形成的十六编组形式时，表示上述动车组为重联工况，即两列八辆编组的动车组通过车钩连挂在一起行驶。

在一些实施例中，参阅图2所示，上述车辆级以太网(ECN)是由多个车辆级以太网节点(ECNN)连接构成，上述ECNN的实际体现即表示为车辆级以太网交换机，上述牵引单元中的每节车厢内都存在一个车辆级以太网节点，其中，第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第一上链路，第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第一下链路，再将第一上链路中的第一节车厢中的车辆级以太网节点与第一下链路的第二节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第一左环，将上链路中的第七节车厢中的车辆级以太网节点与下链路的第八节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第一右环，基于形成的第一左环和第一右环，可以将第一上链路和第一下链路进行连接，从而形成第一通道，所述第一通道采用千兆光纤环网拓扑结构，用于传输控车数据，其中，所述控车数据指中央控制单元，司机室显示屏，牵引控制单元，制动控制单元等控车设备之间需要传输的数据。

相应的，将牵引单元中的第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第二上链路，将第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第二下链路，再将第二上链路中的第二节车厢中的车辆级以太网节点与第二下链路的第一节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第二左环，将上链路中的第八节车厢中的车辆级以太网节点与下链路的第七节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第二右环，基于形成的第二左环和第二右环，可以将第二上链路和第二下链路进行连接，从而形成第二通道，所述第二通道采用千兆光纤环网拓扑结构，用于传输控车数据和维护数据，其中，第二通道传输的控车数据和第一通道传输的控车数据是相同的，通过将控车数据分为两个通道进行传输，可以保障在第一通道出现故障时，控车数据还可以通过第二通道进行传输，使得列车能够正常运行。其中，维护数据是指设备升级数据、查看设备状态数据、下载数据等的数据。当然，上述第一、第二只是为了避免概念混淆而进行示例性说明，所属领域技术人员在本申请技术精髓的启示下，还可能做出其它变更，但只要其实现的功能和效果与本申请相同或相似，均应涵盖于本申请保护范围内。

在一些实施例中，上述车辆级以太网总线采用光纤传输，可以支持千兆传输带宽，具有更高的数据承载能力，同时光纤通信还具有损耗低、体积小、重量轻、抗电磁干扰的优点。上述车辆级以太网采用环网拓扑，并且要求网络中所有车辆级以太网节点均支持相同的环网协议，环网协议可以防止数据环路引起的广播风暴并且在发生链路故障或者设备故障时进行传输路径的切换，保持网络正常通信。其中，广播风暴是指由于网络拓扑的设计和连接问题，或其他原因导致广播在网段内大量复制，传播数据帧，导致网络性能下降，甚至网络瘫痪的问题。上述环网协议是指DRP协议(Distributed Redundancy Protocol，DRP),该协议通过主站选举机制和链路检测机制，在环路闭合时设置主节点的一个端口为阻塞模式，防止环路引起的广播风暴。当出现链路故障或者设备故障时，与故障相连的设备会处于一端链路中断的情况，此状态会触发主站选举机制，通过确认新的主节点，实现传输路径的切换。

在一些实施例中，参阅图2所示，上述八辆编组的动车组由一个牵引单元构成，即第一节车厢至第八节车厢形成一个牵引单元，使得整个动车组列车的数据贯通，牵引单元内的数据传输只通过车辆级以太网，而不需要通过列车级以太网，传输时延降低，系统维护和监控更方便。如：以第四节车厢和第五节车厢车子系统间通信为例，在两个牵引单元的模式下，第四节车厢子系统产生的数据会以列车实时数据通信协议(Train Real-time DataProtocol，TRDP)报文的形式通过车辆级以太网发送到第一节车厢车的列车级骨干网络节点(ETBN)中，第一节车厢中的列车级骨干网络节点(ETBN)将报文中的目的IP转换成公网IP，通过列车级以太网发送至第八节车厢中的列车级骨干网络节点(ETBN)中，第八节车厢中的列车级骨干网络节点(ETBN)再将报文中的目的IP(Internet Protocol)转换成本地IP(Internet Protocol)通过列车级以太网发送至第五节车厢中的子系统，其中IP是指网络之间互连的协议。上述过程中，车辆级以太网的TRDP报文周期为30毫秒(ms)，列车级以太网TRDP报文周期为20毫秒(ms)，因此该过程最大传输时延约为80毫秒(ms)(即30ms的车辆级以太网的TRDP报文周期、20ms列车级以太网TRDP报文周期与30ms的车辆级以太网的TRDP报文周期的总和)。而在一个牵引单元的模式下，第四节车厢中的子系统产生的数据以TRDP报文的形式可以直接发送给第五节车厢子系统，最大传输时延约为30ms。通过采用一个牵引单元，传输时延降低，且对一个牵引单元内第一节车厢至第八节车厢车中的设备进行升级维护，均可使用本地IP通过车辆级以太网完成，更加方便。

在一些实施例中，上述第一通道与子系统的第一网口连接，在具体实施时，可以包括：

S1：将第一通道中的第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中对应的子系统的第一网口连接；

S2：将第一通道中的第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中对应的子系统的第一网口连接。

在一些实施例中，上述第二通道与子系统的第二网口连接，在具体实施时，可以包括：

S1：将第二通道中的第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中对应的子系统的第二网口连接；

S2：将第二通道中的第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中对应的子系统的第二网口连接。

在一些实施例中，参阅图2所示，上述子系统分布在牵引单元中的各节车厢内，其中两端车厢中(即第一节车厢和第八节车厢中)的子系统包括但不限于：中央控制单元(CCU)、输入输出模块(IOM)、制动控制单元(BCU)、显示器(HMI)、无线传输装置(WTD)，在除两端车厢的其余车厢中(即第二节车厢至第七节车厢中)的子系统包括但不限于：输入输出模块(IOM)、制动控制单元(BCU)、牵引控制单元(TCU)，每节车厢中的子系统相互独立，各个子系统中的控制单元也相互独立。上述子系统均采用双网口冗余设计，其中一个网口(如：第一网口)的硬件损坏不会影响另一个网口(第二网口)的通信功能。其中，第一网口连接到车辆级以太网的第一通道，第二网口和维护接口连接到车辆级以太网的第二通道，实现了控车数据的双环网冗余，第一通道和第二通道构成的双环网拓扑结构和子系统双网口冗余可以实现控车数据的冗余传输，当单个通道出现故障时，仍可以保证网络正常通信。

需要说明的是，考虑到与现有系统兼容的问题，子系统的网口与车辆级以太网节点应用口均为百兆电口，之间通过百兆电缆进行连接，车辆级以太网节点之间采用基于光电转换的光纤连接，关于车辆级以太网节点的连接方式后续将另作说明，在此不再赘述。

在一些实施例中，上述车辆级以太网节点和上述子系统均支持基于时间敏感技术的以太网通信，上述一个牵引单元中的八辆编组(八节车厢)均采用一个同步时钟。上述时间敏感技术可以用于对不同业务的优先级进行划分，如：可以划分为高优先级业务、低优先级业务，在完成业务优先级划分后，可以给不同优先级业务分配时间窗，如：时间敏感网络(Time-Sensitive Networking，TSN)将1秒的时间分为10个毫秒，即获得10个时间窗，每一个10毫秒称为一个时间窗，当确定出高优先级业务时，会根据实际需求，将多个时间窗分配给高优先级业务(如：将前5个时间窗分配给高优先级业务，即将前50毫秒分配给高优先级业务)，从而使得高优先级业务能够占有较多带宽，使得高优先级业务传输时不会受到干扰；根据实际需求，将较少的时间窗分配给低优先级业务，如：分配1个时间窗，即分配10毫秒给低优先级业务，通过时间窗的划分，使得多个不同优先级的业务能够在不同时间段中进行传输，且时间窗之间互不干扰，从而在数据链路层实现了不同优先级业务的隔离传输。在时间同步的基础上，车辆以太网节点通过时间窗的分配在确定时间段形成针对特定数据的传输通道，子系统在该时间段内传输数据可以实现微妙级的传输时延，纳秒级的时延抖动，从而实现以太网的确定性传输，给未来实现多业务多网融合，优化车辆控制精度提供了技术基础。

在一些实施例中，将牵引单元中的第一节车厢、第三节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联连接，在具体实施时，可以包括：

S1：将第一节车厢中的车辆级以太网节点的千兆级联端口通过千兆电缆与第一通道中对应的第一光电模块的第一端口连接；

S2：将第一通道中对应的第一光电模块的第二端口中的发送端口通过发送光纤与多芯光纤中的第一号光纤连接，将第一通道中对应的第一光电模块的第二端口中的接收端口通过接收光纤与多芯光纤中的第二号光纤连接；

S3：将多芯光纤中的第一号光纤通过发送光纤与第一通道中对应的第二光电模块的第一端口中的接收端口连接，将多芯光纤中的第二号光纤通过接收光纤与第一通道中对应的第二光电模块的第一端口中的发送端口连接；

S4：将第三节车厢中的光电模块的第二端口通过千兆电缆与第三节车厢中的车辆级以太网节点的千兆级联端口进行连接。

在一些实施例中，参阅图3所示，图3提供的一种车辆级以太网的异构连接方式。图3中：ECNN表示车辆级以太网节点、IOM表示输入输出模块、BCU表示制动控制单元、TCU表示牵引控制单元。以第一节车厢和第三节车厢的第一通道中的车辆级以太网节点(ECNN)连接为例，将第一节车厢中的车辆级以太网节点的千兆级联端口通过千兆电缆与第一通道中对应的第一光电模块的第一端口连接，其中第一光电模块用于将电信号转换成光信号，再将第一光电模块输出的光信号分为发送接收两根光纤，将第一光电模块中的第二端口中的发送端口通过发送光纤接入多芯光纤中的第一号光纤中，将第一光电模块中的第二端口中的接收端口通过接收光纤接入多芯光纤中的第二号光纤中，其中，多芯光纤位于第一节车厢和第三节车厢间。在第三节车厢端，将多芯光纤中的第一号光纤通过发送光纤与第一通道中对应的第二光电模块中的第一端口中的接收端口相连，将多芯光纤中的第二号光纤通过接收光纤与第一通道中对应的第二光电模块中的第一端口中的发送端口相连，再将第一通道中对应的第二光电模块的第二端口通过千兆电缆与第三节车厢中的车辆级以太网节点的千兆级联端口进行连接。基于以上连接方式构成了第一节车厢到第三节车厢在第一通道的通信链路。按照如上方法，依次将第一节车厢车到第三节车厢车车、第三节车厢车车到第五节车厢车车、第五节车厢车车到第七节车厢车车、第七节车厢车车到第八节车厢车车、第八节车厢车车到第六节车厢车车、第六节车厢车车到第四节车厢车车、第四节车厢车车到第二节车厢车车、第二节车厢车车到第一节车厢车车的第一通道、第二通道进行连接，构成车辆级以太网双环网拓扑。关于其他车厢中的车辆级以太网节点的连接方式，可以参考第一节车厢和第三节车厢的第一通道中的车辆级以太网节点(ECNN)连接，本说明书在此不再赘述。

需要说明的是，上述第一光电模块和第二光电模块是同类设备不是同一个，上述第一、第二只是为了避免概念混淆而进行示例性说明，所属领域技术人员在本申请技术精髓的启示下，还可能做出其它变更，但只要其实现的功能和效果与本申请相同或相似，均应涵盖于本申请保护范围内。

在一些实施例中，相对于子系统，车辆级以太网总线需要传输的数据量更大，需要更高的带宽，通过采用千兆电缆的连接方式，可以满足大带宽流量数据业务传输需求。

在一些实施例中，将第一节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接，在具体实施时，可以包括：

S1：将第一节车厢中的一个列车级骨干网络节点作为第一列车级骨干网络节点，将第一列车级骨干网络节点与第一通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点进行连接；

S2：将第一节车厢中的另一个列车级骨干网络节点作为第二列车级骨干网络节点，将第二列车级骨干网络节点与第二通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点进行连接。

在一些实施例中，上述将第八节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接，在具体实施时，可以包括：

S1：将第八节车厢中的一个列车级骨干网络节点作为第三列车级骨干网络节点，将第三列车级骨干网络节点与第一通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点进行连接；

S2：将第八节车厢中的另一个列车级骨干网络节点作为第四列车级骨干网络节点，将第四列车级骨干网络节点与第二通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点进行连接。

在一些实施例中，上述所述列车级骨干网络节点通过背板与车辆级以太网节点进行数据交互之前，在具体实施时，可以包括：

S1：将第一列车级骨干网络节点以板卡形式和第一通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第一交换机箱中、将第二列车级骨干网络节点以板卡形式和第二通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第二交换机箱中；

S2：将第三列车级骨干网络节点以板卡形式和第一通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第三交换机箱中、将第四列车级骨干网络节点以板卡形式和第二通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第四交换机箱中。

在一些实施例中，上述背板也是一种PCB(印刷电路板)。具体来说，背板是一种承载子板或线卡的主板，可实现自定义功能。背板的主要功能是“携带”电路板并将电源，信号等功能分配给每个子板，以便获得适当的电气连接和信号传输。与背板一起工作，背板能够引导整个系统在逻辑上顺利运行。上述板卡作可以为一种印制电路板，主要用于采集数据。本说明书列车级骨干网络节点以板卡形式与车辆级以太网节点以板卡形式共同安装在第一节车厢和第八节车厢中的列车级以太网交换机机箱中。通过背板与车辆级以太网进行数据交互。

需要说明的是，上述第一交换机箱中、第二交换机箱中、第三交换机箱中、第四交换机箱中、第一列车级骨干网络节点、第二列车级骨干网络节点、第三列车级骨干网络节点、第四列车级骨干网络节点只是为了避免概念混淆而进行示例性说明，所属领域技术人员在本申请技术精髓的启示下，还可能做出其它变更，但只要其实现的功能和效果与本申请相同或相似，均应涵盖于本申请保护范围内。

在一些实施例中，上述列车级骨干网络节点在两个牵引单元间进行数据传输时可以采用有线传输和无线传输互为冗余的传输方式。通过在列车级骨干网络节点加入无线通信功能，可以实现列车级通信的有线、无线冗余备份。

在一些实施例中，上述列车级骨干网络节点(ETBN)实现重联工况下列车级的数据传输。上述列车级骨干网络节点采用第一通道和第二通道的热备冗余，其中所述热备冗余是指第一通道和第二通道中的列车级骨干网络节点同时处于工作状态，同时进行数据传输。第一节车厢和第八节车厢各有两个列车级骨干网络节点，分别传输第一通道数据和第二通道数据，实现了列车级通信的双通道冗余。其中一个通道发生线路故障或者设备故障，对另一通道不产生影响。

在一些实施例中，上述一个牵引单元中(八节车厢)的两端车厢中的列车级骨干网络节点与重联车中之间建立有线、无线两种链路，实现列车级通信传输方式的冗余备份。由于八辆编组动车组由一个牵引单元构成，第一节车厢到第八节车厢可以通过一个车辆级以太网实现数据贯通，因此取消两端车厢中的列车级骨干网络节点(ETBN)之间的物理连接，减少了中继器和线缆、减少了故障点，能够有效的节约成本。

本说明书提供一种动车组列车的异构网络架构。采用双环网冗余的拓扑结构可以通过传输路径的切换和双网冗余的设计在网络设备、传输链路等发生突发故障时，保持网络整体的通信能力，增加了网络整体的可靠性。使用光纤代替铜线，可将网络控制系统的带宽提升至1000Mbps，并且随着列车智能化的发展，光纤具有良好的后续带宽扩展能力。同时光纤不受列车运行中复杂的电磁环境干扰，提高了数据在传输过程中的可靠性。以太网基于尽力而为的传输原则，不能提供确定性的数据传输。通过引入时间敏感技术，在数据链路层对传输过程进行控制，使得以太网可以实现确定的微秒级传输时延。在列车级通信节点加入无线通信功能，实现列车级通信的有线无线冗余备份，在拓扑中加入无线模块，实现无接触的数据传输，同时取消牵引单元中的两端车厢中的列车级骨干网络节点之间的物理连接，减少了中继器和线缆，减少了故障点，降低了成本。

同时，以太网的数据传输基于尽力而为的原则，不能提供确定性的数据传输。时间敏感技术通过在数据链路层对不同要求业务划分优先级，并合理规划时间窗，为高优先级业务预留固定的通道进行传输，当低优先级业务发生突发流量时，不影响高优先级流量的传输。从而实现确定性的微妙级传输时延和不同优先级业务的隔离。对未来优化车辆控制精度和多网多业务融合提供了良好的技术支持。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。

Claims (10)

1.一种动车组列车的异构网络架构，动车组列车采用八辆编组形式或采用两个八辆编组形成的十六编组形式，其特征在于，所述八辆编组由一个牵引单元构成，所述十六编组由两个牵引单元构成，在一个牵引单元内形成车辆级以太网，在两个牵引单元间形成列车级骨干网；

其中，所述车辆级以太网包括多个车辆级以太网节点，所述多个车辆级以太网节点以环网形式通过串联分别形成第一通道和第二通道，所述第一通道与子系统的第一网口连接，所述第二通道与子系统的第二网口连接；

其中，所述列车级骨干网包括四个列车级骨干网络节点，在每个牵引单元中的第一节车厢和第八节车厢各设置两个列车级骨干网络节点，将第一节车厢和第八节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接；

所述列车级骨干网络节点通过背板与车辆级以太网节点进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的异构网络架构，其特征在于，所述多个车辆级以太网节点以环网形式通过串联形成第一通道和第二通道，包括：

将牵引单元中的第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第一上链路，将第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第一下链路；

将所述第一上链路和所述第一下链路以环网形式通过光纤串联形成第一通道；

将牵引单元中的第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第二上链路，将第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联作为第二下链路；

将所述第二上链路和所述第二下链路以环网形式通过光纤串联形成第二通道。

3.根据权利要求2所述的异构网络架构，其特征在于，将所述第一上链路和所述第一下链路以环网形式通过光纤串联形成第一通道，包括：

将所述第一上链路中的第一节车厢中的车辆级以太网节点与所述第一下链路的第二节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第一左环；

将所述上链路中的第七节车厢中的车辆级以太网节点与所述下链路的第八节车厢中的车辆级以太网节点以环网形式通过光纤串联，形成第一右环；

基于第一左环和第一右环，形成第一通道。

4.根据权利要求2所述的异构网络架构，其特征在于，所述第一通道与子系统的第一网口连接，包括：

将第一通道中的第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第一节车厢、第三节车厢、第五节车厢、第七节车厢中对应的子系统的第一网口连接；

将第一通道中的第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第八节车厢、第六节车厢、第四节车厢、第二节车厢中对应的子系统的第一网口连接。

5.根据权利要求2所述的异构网络架构，其特征在于，所述第二通道与子系统的第二网口连接，包括：

将第二通道中的第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第二节车厢中、第四节车厢、第六节车厢中、第八节车厢中对应的子系统的第二网口连接；

将第二通道中的第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中的车辆级以太网节点通过百兆电缆分别与第七节车厢、第五节车厢、第三节车厢、第一节车厢中对应的子系统的第二网口连接。

6.根据权利要求2所述的异构网络架构，其特征在于，将牵引单元中的第一节车厢、第三节车厢中的车辆级以太网节点通过光纤串联连接，包括：

将第一节车厢中的车辆级以太网节点的千兆级联端口通过千兆电缆与第一通道中对应的第一光电模块的第一端口连接；

将第一通道中对应的第一光电模块的第二端口中的发送端口通过发送光纤与多芯光纤中的第一号光纤连接，将第一通道中对应的第一光电模块的第二端口中的接收端口通过接收光纤与多芯光纤中的第二号光纤连接；

将多芯光纤中的第一号光纤通过发送光纤与第一通道中对应的第二光电模块的第一端口中的接收端口连接，将多芯光纤中的第二号光纤通过接收光纤与第一通道中对应的第二光电模块的第一端口中的发送端口连接；

将第一通道中对应的第二光电模块的第二端口通过千兆电缆与第三节车厢中的车辆级以太网节点的千兆级联端口进行连接。

7.根据权利要求1所述的异构网络架构，其特征在于，将第一节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接，包括：

将第一节车厢中的一个列车级骨干网络节点作为第一列车级骨干网络节点，将第一列车级骨干网络节点与第一通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点进行连接；

将第一节车厢中的另一个列车级骨干网络节点作为第二列车级骨干网络节点，将第二列车级骨干网络节点与第二通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点进行连接。

8.根据权利要求1所述的异构网络架构，其特征在于，将第八节车厢中的两个列车级骨干网络节点分别与第一通道和第二通道连接，包括：

将第八节车厢中的一个列车级骨干网络节点作为第三列车级骨干网络节点，将第三列车级骨干网络节点与第一通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点进行连接；

将第八节车厢中的另一个列车级骨干网络节点作为第四列车级骨干网络节点，将第四列车级骨干网络节点与第二通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点进行连接。

9.根据权利要求7所述的异构网络架构，其特征在于，所述列车级骨干网络节点通过背板与车辆级以太网节点进行数据交互之前，包括：

将第一列车级骨干网络节点以板卡形式和第一通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第一交换机箱中、将第二列车级骨干网络节点以板卡形式和第二通道中的第一节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第二交换机箱中；

将第三列车级骨干网络节点以板卡形式和第一通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第三交换机箱中、将第四列车级骨干网络节点以板卡形式和第二通道中的第八节车厢中的车辆级以太网节点以板卡形式安装在第四交换机箱中。

10.根据权利要求1所述的异构网络架构，其特征在于，所述列车级骨干网络节点在两个牵引单元间进行数据传输时采用有线传输和无线传输互为冗余的传输方式。