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基于实时以太网的列车网络系统拓扑形

式研究

摘要：基于实时以太网技术，介绍了列车网络系统主干网常用拓扑形式，并

在带宽、冗余性、可靠性等方面进行了对比分析，为列车网络系统拓扑设计提供

参考。

关键词：以太网，环形拓扑，双线性拓扑，可靠性

1前言

列车网络控制系统（TCMS）是城铁车辆的神经中枢，实现列车控制、诊断和

监视。TCMS主干网有多种通信方式，如MVB、CAN-Open、LonWork、以太网等，

[1]

实现TCMS系统设备之间及TCMS系统与车辆各子系统之间的信息交互。随着通

信技术的快速发展，实时以太网凭借其自身高速率、高带宽等优势，逐渐成为国

内外轨道交通行业TCMS系统主干网的主流通信方式。以太网通信周期更短，通

信速率是MVB的60多倍，单个报文传输的数据量大，至少是MVB网络的30多倍。

实时以太网通信网络具有更大的数据吞吐量和更高的传输实时性，进而提升整车

的性能。

TCMS系统主干网的以太网组网形式通常有环形拓扑和双线性拓扑两种，本文

对这两种拓扑形式进行介绍，对比分析其优缺点。

2网络拓扑介绍

以某8辆编组城铁车辆为例，介绍环形拓扑和双线性拓扑结构。

2.1环形网络拓扑

图1环形网络拓扑示例

以太网拓扑结构说明：

TCMS系统按照IEC61375标准规定的列车通信网络组建，所有具有以太网口

的子系统，通过实时以太网点对点接入，实现实时以太网通信，列车网络控制系

统采用环形拓扑+星型拓扑的复合式拓扑结构方案。以交换机为核心，构建环形

冗余的网络。列车级网络与车辆级网络采用冗余传输机制。TCMS系统设备采用两

个以太网接口接入车辆级网络，其他子系统设备采用以太网总线接入车辆级网络。

TCMS系统设备间以太网通信协议符合IEC61375TRDP+SDT安全通信协议要求，保

[2]

证通信的实时性与安全性。干路以太网总线数据通讯速率为1000Mbit/s。

连接到TCMS系统的各个子系统的控制单元提供两路以太网接口，这些子系

统包括包括：牵引控制单元、制动控制单元、辅助控制单元、空调控制单元、门

控单元、列车乘客信息显示单元、火灾报警单元、弓网监测单元、障碍物检测系

统以及走行部检测系统。

TCMS系统为所有子系统设备留有标准的以太网通信接口，并具有成熟可靠的

接口通讯规范，使得所有车辆子系统能可靠接入。

列车总线采用以太网总线冗余传输，全列由两个基本对称的单元组成，具体

如下：

1、中央控制单元VCU位于A车，两个VCU都是网络控制系统的主设备，运

行中互为热备。正常情况下，主VCU负责对本单元车辆的控制、对车辆设备的监

视和诊断。

2、人机接口单元（HMI）分别位于两个A车，负责显示设备状态、指导司机

操作、输入人工干预指令和向维修人员提供支持。

3、每辆车有RIOM模块通过以太网接口和车辆硬线连接，实现对110V控制

电路的主要信号进行采集和控制。对司机控制器模拟信号或数字信号，方向手柄

等信号进行采集和控制。每个A车各有两个RIOM模块，用以重要信号的冗余采

集。

4、提供以太网控制网，为连接到以太网上的所有设备提供以太网组网介质，

各子系统与网络间采用两个以太网接口连接，保证单点故障不会影响列车正常运

行。

5、WTS（机箱集成数据记录仪、安全网关和防火墙的硬件），既可以作为数

据记录仪，实现对列车主要设备的运行状态和故障进行自动信息采集、记录；作

为列车网络与无线网络的安全防火墙，具有报文过滤、状态检测、防攻击、报文

加解密等安全策略，用于保证列车控制及监控网络的安全。

6、司法记录仪可用于记录列车关键硬线信息、网络信息甚至音视频信息，

存储空间至少2GB，满足IEEE1482.1标准要求，具备司法认可的数据存储可靠