열차 통신망

Train communication network
열차 통신망 (TCN)
프로토콜 정보
네트워크의 종류디바이스 버스, 프로세스 제어
물리 미디어트위스트 페어, 유리 섬유
네트워크 토폴로지버스
디바이스 어드레싱하드웨어/소프트웨어
이사회트레인컴
웹 사이트www.traincom.org

열차 통신 네트워크 (TCN)는 열차 내 데이터 전송을 위한 두 개의 필드버스의 계층적 결합입니다.각 차량 내부의 다기능 차량 버스(MVB)와 서로 다른 차량을 연결하는 와이어 트레인 버스(WTB)로 구성됩니다.TCN 컴포넌트는 IEC 61375에서 표준화되어 있습니다.

다기능 차량 버스(MVB)

다기능 차량 버스는 차량 내 또는 폐쇄형 열차 세트의 개별 노드를 연결합니다.WTB와 달리, 코치, 기관차 또는 열차 세트 내 차량 버스에 대한 단일 국제 커넥터 규격에 대한 요구사항은 없습니다. 대신 세 가지 사전 정의된 미디어 및 커넥터 클래스가 있습니다.

  1. OGF(광학유리섬유)는 라인 거리 2000m에 240μm의 파이버를 사용합니다.
  2. EMD(전기적 중거리)는 아연도금 절연용 RS 485 송신기와 변압기가 있는 차폐 트위스트 페어(twisted pair)를 사용한다.
  3. ESD(Electrical Short Distance)는 갈바닉 절연 없이 단순한 백플레인 배선을 사용합니다.이 경우 케이블 길이는 최대 20m입니다.

플러그와 소켓은 Profibus에서 사용하는 것과 동일합니다(전기 [1]장치당 9핀 Sub-D 소켓 2개 포함).

OGF는 중심별 커플러에 결합되는 리피터[citation needed](신호 발생기)에 의해 미디어 소스가 접속되며 리피터가 하나의 매체에서 다른 매체로의 이행에도 사용된다.

시작은 없습니다.주소는 정적으로 할당됩니다.주소 지정 가능한 장치의 수는 차량 버스의 구성에 따라 달라집니다. 즉, 최대 4095개의 단순 센서/액튜에이터(클래스 I)와 최대 255개의 프로그래밍 가능한 스테이션(클래스 2, 구성 슬롯 포함)이 있을 수 있습니다.물리 레벨에서는, Manchester II 부호화를 사용해 1.5 Mbit/s 의 데이터 레이트의 전송을 사용하고 있습니다.최대 허용 응답 지연은 42.7µs(장거리에서는 트랙 측에서 스위치 기어로 MVB를 사용하는 경우 throughput을 줄인 최대 83.4μs를 허용하는 두 번째 모드가 사용됩니다)의 제한에 따라 최대 거리가 결정됩니다.대부분의 시스템 부품은 일반적인 10µs의 [1]응답 시간으로 통신합니다.

역사

MVB는 스위스의 Brown Boberi Cie(현 ABB)가 개발한 P215 버스에서 파생되었으며, 초기 필드 버스(DATRAS)[citation needed]의 퍼블리셔/서브스크라이버 원칙을 통합했습니다.1984년 IEC TC 57은 IEC SC65C와 협력하여 변전소에 사용되는 버스의 요건 규격을 정의했다.MVB는 프랑스 NFC 46602 표준 [2]시리즈에서 개발된 FIP 필드 버스(원래 "Factory Instrumentation Protocol"로 라벨이 변경되거나 일부 참조 자료도 하이브리드 "Flux Information Protocol"을 사용)와 많은 유사점을 제시한다.둘 다 동일한 IEC TC 57 규격에서 생성되었기 때문이다.MVB와 FIP가 유사한 동작(사이클 및 이벤트 구동)을 갖는 이유는 MVB가 정기적인 데이터에 대해 "Look-at-me" 비트를 지원하는 동안 충돌 검출에 의존하는 바이너리 이등분 모드를 사용했기 때문입니다.FIP와 MVB의 합병은 양당의[citation needed] 고집으로 무산됐다.MVB, Profibus 및 World FIP는 IEC TC 57에서 변전소 버스로 제안되었지만, 병렬 솔루션을 피하기 위해, IEC TC 57은 사용되지 않기로 결정하고 공통 분모로[citation needed] 이더넷을 선호하였다.

MVB 프레임은 프리암블 동기(제로 크로싱 검출이 [1]가능한 경우 불필요)의 대부분을 생략하기 때문에 IEC 61158-2 필드버스 프레임과 호환되지 않습니다.역설적인 상황은 IEC 61158 필드 버스와 MVB 물리적 계층이 IEC TC 57의 동일한 사람에 의해 개발되었다는 것이다.차이점은 맨체스터 데이터를 디코딩하기 위해 위상 잠금 루프를 가정하는 필드버스 물리적 계층에서 비롯되었으며, 디코더를 동기화하기 위해 프리암블이 필요했다. 반면 MVB는 이 방법이 쓸모없는 광섬유로[citation needed] 주로 작동했으며, MVB의 디코딩은 제로 교차 검출기와 맨체스터 패턴 인식에 의존했다.

그러나 최신 개발 및 테스트 장비의 대부분은 Profibus와 유사한 전보 구조로서 회선상의[citation needed] Profibus 프레임뿐만 아니라 WTB/MVB 프레임도 동일하게 통신할 수 있습니다.

World FIP 커넥터는 (Siemens 및 기타 업계 파트너와 함께) 1999년 말[citation needed] WTB/MVB 표준을 제정하기 위해 공통 UIC 열차 버스에 대한 공동 노력이 시작되기 전까지 (봄바디어에 의해) 프랑스와 북미의 열차 장비에서 사용되었습니다.

대체 차량 버스

MVB 표준은 열차 장비의 다수의 필드 버스를 대체하기 위해 도입되었습니다.MVB 필드 버스의 장점에도 불구하고, 많은 차량 버스는 여전히 CANopen, WorldFIP(프랑스), LonWorks(미국) 및 Profibus 구성 요소를 기반으로 제작됩니다.World FIP, CANopen, Lonworks 및 Profinet은 광범위한 응용 분야를 대상으로 국제 제조업체 협회에 의해 관리되고 있지만 MVB는 플러그 호환성을 목표로 차량 애플리케이션에 맞게 조정되었기 때문에 옵션이 없습니다.이는 1990년대에[citation needed] 필드 버스 간의 싸움이 치열해지고 8개의[citation needed] 필드 버스 중 하나가 표준이라는 IEC의 결정이 플러그 호환성에 도움이 되지 않았기 때문에 의도적인 것이었다.

MVB 모듈은 CANopen 또는 LonWorks 구성 요소보다 더 비쌉니다.이는 통신 기술에 의한 것이 아닙니다.대부분의 디바이스는 현재 FPGA의 좁은 영역에 MVB 프로토콜 머신을 실장하고 있으며, 가장 비용이 많이 드는 컴포넌트는 커넥터로[citation needed] 남아 있습니다.그러나 철도 인증은 비용이 많이 들고 안락함이나 승객 정보와 같은 중요하지 않은 애플리케이션에 항상 필요한 것은 아닙니다.총 소유 비용을 고려할 때, 하드웨어 요소의 비용은 소형 시리즈로 철도 시장에서 추가적인 엔지니어링 비용으로 쉽게 초과할 수 있습니다.

미국에서 IEEE RTVISC는 MVB와 LON 모두를 차량과 열차 버스로 평가했습니다.IEEE는 최종적으로 IEEE 1374에서 두 가지 작업을[citation needed] 모두 표준화하기로 결정했습니다.

  • 트랙션 제어 및 운전석 신호 전달과 같은 중요한 작동을 위한 MVB,
  • LON은 중요하지 않고 느린 데이터 전송이지만 승객 디스플레이 및 진단과 같은 저비용 연결을 제공합니다.이 분리가 항상[citation needed] 관찰되는 것은 아닙니다.

또한 점점 더 많은 컴포넌트가 (비디오 보안 감시 등) 필드 버스가 제공할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 대역폭을 필요로 하는 철도 차량에 추가되어 (EN 50155 프로파일에 따르면) 100 Mbit/s의 스위치드 이더넷 IEEE 802.3이 열차 세트에 도입되고 있습니다.여전히 모든 대체 차량 버스는 와이어 트레인 [3]버스에 연결되어 있습니다.

MVB는 FlexRay에서 "정적 세그먼트"라고 하는 "프로세스 데이터"와 고정 TDMA 방식에 의해 구동되는 "동적 세그먼트"인 "메시지 데이터"를 모두 가지고 있다는 점에서 FlexRay와 유사합니다.FlexRay를 2.5Mbit로 실행하고 RS-485 물리층을 1개만 콜드 스타터(cold starter)로 실행해도 애플리케이션과 매우 유사한 동작을 할 수 있습니다.유사점에도 불구하고, 어떤 철도 제조업체도 FlexRay를 검토하지 않았습니다. 왜냐하면 그들은 다수의 더 나은 버스보다 더 높은 공통 솔루션을 평가했기 때문입니다.반대로 1999년 자동차 업계는 MVB(확장 24Mbit/s 버전)를[citation needed] 평가했지만 수백만 대의 차량이 대량으로 판매되는 시장에서는 불합리하게 낮아야 하는 비용 때문에 MVB를 떨어뜨렸다.

와이어 트레인버스(WTB)

와이어 트레인 버스는 최대 22대의 차량으로 구성된 가변 구성의 국제 여객 열차를 위해 설계되었습니다.

매체는 중복된 차폐 트위스트 페어 케이블로 구성되며, 이 케이블은 차량 사이의 UIC 케이블로 연결됩니다.

차량 사이의 커넥터는 18극 UIC 커넥터입니다.커넥터가 노출되어 산화될 수 있기 때문에 연결부에는 전류 펄스가 인가되어 산화층(프릿팅이라고 합니다.WTB 노드의 표준 커넥터는 DIN 9 핀 커넥터입니다.

물리 레벨은 1 Mbit/s 데이터 레이트의 RS-485 레벨을 사용합니다.인코딩에서는 갈바닉 절연 변압기의 DC 컴포넌트를 피하기 위해 적절한 전압밸런싱이 있는 Manchester II 코드와 HDLC 프레임 프로토콜을 사용합니다.맨체스터 디코더는 특히 화물 열차의 다중 트랙션과 같이 두 개의 극한 차량만 장착된 경우 최악의 조건에서 750m를 확장할 수 있는 위상/사분위 복조(RS-485가 아닌)를 사용한다.중간 차량에는 배터리가 방전될 수 있기 때문에 리피터는 예상되지 않습니다.

WTB의 고유한 특성은 새로 연결된 차량이 순차적으로 주소를 수신하고 차량 측(해상에서와 같이 좌현 및 우현이라고 함)을 식별하여 도어가 올바른 쪽에서 열리도록 하는 열차 출범식(독일어: Zugtaufe)입니다.최대 32개의 주소를 동적으로 할당할 수 있습니다.두 개의 열차 편성이 결합되면, 주소가 재할당되어 순차적 주소를 가진 차량의 새로운 편성을 형성합니다.WTB 노드("연결 차량")가 없는 차량은 계산되지 않습니다.

프레임의 최대 payload는 1024비트입니다.

WTB는 주로 트랙션[citation needed] 제어에 사용되는 25ms의 주기로 결정론적 작동을 제공하기 위해 주기적으로 작동합니다.WTB는 진단을 위한 산발적인 데이터 전송도 지원합니다.주기적인 프레임과 산발적인 프레임의 내용은 UIC 556 [4]표준에 따라 관리됩니다.프레임 사이즈가 한정되어 있기 때문에 메시지 세그먼트화와 재조립에 오버헤드를 줄인 TCP 버전이 사용되었습니다.이를 통해 RTP(Real-Time Protocol)라고 불리는 구성 변경에 대처할 수 있습니다.

대체 열차 버스

주요 기사:이더넷 트레인백본

역사

WTB는 ABB 헨셜[citation needed](현 봄바디어[citation needed])이 개발한 독일 DIN 버스에서 파생되었습니다.SBB 화물[citation needed] 열차에 사용된 ABB Secheron, Geneva의 FSK 다중 트랙션 버스를 사용한 경험을 바탕으로, 이탈리아가 제공한 위상/사분위 디코딩과 스위스가 제공한 개선된 열차 개통의 혜택을 받았습니다.WTB의 물리적 계층은 World FIP 필드 버스(EN 50170 파트 4)와 유사성을 보여줍니다. "전압 모드"는 최대 길이가 750m인 버스에 1 Mbit/s 및 최대 32개의 스테이션을 사용했으며, TCN 평가 초기에 FIP 트랜시버의 사용이 검토되었지만[citation needed] 위상/복호화 기능이 대신 사용되었습니다.

사용.

TCN은 일반적으로 차량을 18핀 UIC 558과 연결하는 대부분의 현대적인 열차 제어 시스템에 사용됩니다.

추가 정보

주 및 참고 자료

  1. ^ a b c Prof. Dr. Hubert Kirrmann (1999-01-20). "Train Communication Network IEC 61375 – 3 Multifunction Vehicle Bus" (powerpoint). Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL).
  2. ^ World FIP 아카이브 완료 2012-08-03
  3. ^ "Informations – und Steuerungstechnik auf Schienenfahrzeugen – Bussysteme im Zug". elektronik industrie 8/9 2008 (in German). InnoTrans Special: Bahnelektronik. 2008-09-14. Archived from the original on 2012-04-02. Retrieved 2011-09-16.
  4. ^ Prof. Dr. Hubert Kirrmann (1999-01-20). "Train Communication Network IEC 61375 - 4 Wire Train Bus". Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Archived from the original (powerpoint) on 2011-06-16.

외부 링크