引言
　　列車通信網絡是用于連接車載設備，實現信息共享、控制功能、監測診斷的數據通信系統。經過近二三十年的發展，列車網絡技術已經走向成熟，并成為現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絡技術。當前，列車網絡形式并不統一，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）列車通信網絡與其他多種網絡形式相比，更能普遍地適應列車通信的要求。
　　基于TCN的列車網絡，20年來取得了很大發展，從最初由兩三家大公司主導，到現在得到眾多公司和單位的支持。隨著現代列車的智能化與信息化程度越來越高，也對列車通信網絡提出了更高的要求，原有的技術形式已經在有些方面不能滿足需求，必然要走向新發展。本文著重介紹了當今TCN列車網絡技術的現狀，并對其未來的發展趨勢作一些分析、預測。
　　1　TCN列車網絡簡介
　　由于世界范圍內列車通信網絡技術的差異，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絡中有不同程度的運用。上述幾種列車網絡技術，絕大部分都是在其他領域應用成熟的現場總線技術移植到列車控制系統中來的。它們依據各自的標準，不便進行互聯。于是基于制訂一種開放式列車通信系統，實現各種軌道車輛相互聯掛，車載可編程電子設備統一接口標準而實現互換的構想，TCN列車通信網絡標準應運而生。
　　1.1　TCN列車網絡雛形
　　任何技術都不是憑空而生的，TCN列車網絡也正是如此。它是由車載微機系統發展而來，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系統和Adtranz公司的MICAS系統。以上兩種形式車載微機控制系統的發展已從最初的完成簡單的單一功能，發展到現在的多功能集成的列車通信網絡，為TCN列車網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
　　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，并命名為SIBAS16，這個系統的樣機首次應用在紐倫堡交通運輸管理局地鐵車輛上。SIBAS16中的數字代表其采用的是16位微處理器，這個系統由中央機、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數據傳送。這種機車控制系統形式新穎，擴展性好，可靠性高，使用安裝便捷，大有取代傳統控制技術的趨勢，成為列車微機控制發展中的發軔之作，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SIBAS32，其在性能上較SIBAS16更具優越性，同時也對原有SIBAS16系統在接口上保持了向下兼容。20世紀90年代，列車通信網絡國際標準正在制定當中，Siemens公司著眼于控制系統功能的長遠發展，其推出的SIBAS32系統是一種多功能通用計算機系統。系統采用網絡通信技術，外圍設備已經開始標準化、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控系統。
　　1.1.2　MICAS系統
　　MICAS系統的出現是在20世紀80年代。瑞士布朗·勃法瑞公司（BBC）最早研發的MICAS系統是應用于運輸部門的微型計算機自動控制系統，能理想地實現機動車與船只等場合的控制功能。針對MICAS應用領域的不同，研發人員相應地開發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中很好地實現了控制功能。
　　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牽引控制系統基礎上開發出了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，各級系統控制單元之間的通信通過列車通信網絡實現。列車通信網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。車輛總線由同一車輛內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關實現總線耦合。
　　在MICASS2的基礎上Adtranz公司又推出了MITRAC系統，這是更新一代的分布式列車控制與通信系統。MITRAC系統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系統繼續不斷改進，并按照不同客戶需求加以系列化，如今該系統有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據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多個世界范圍內主要鐵路運營部門和制造廠家代表以及UIC（國際鐵路聯盟）的代表組成第22工作組（WG22），以前有著多年運行經驗的Siemens的SIBAS系統和Adtranz的MICAS系統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絡形式。
　　1988年，以制定應用于鐵道車輛、能使鐵道車輛相互聯掛的開放性通信系統標準為目的，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絡TCN草案的意見稿。考慮到列車通信網絡的特點，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，其根據列車通信網絡的要求，對已有的Profibus、LonWorks、Bitbus、FIP、CAN、Tornad等解決方案進行考量，但由于協議不透明，或實時性、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，共同開發出了一套標準，并于1999年成為國際標準，即IEC613751 TCN列車通信網絡國際標準。
　　IEC613751標準的內容如表1所列。
　　該標準中規定典型的TCN網絡系統的拓撲結構如圖1所示。
　　由圖可見，IEC列車網絡標準中規定系統分成兩層總線結構：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，兩者之間協議轉換需要通過網關實現。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則用于實現車輛內的控制單元及控制設備的互聯。TCN標準在列車通信的實時性方面規定，網絡采用基于總線管理器的主從式介質訪問控制，而在可靠性方面則規定，網絡采取介質和總線管理器的冗余技術。