面向列车以太网的FAST-TSN实验情形
(2)ETB网络完成
原理与应战
宣布时间
:2019-02-18 ETB将传统列车网络交流带宽从1Mbps左右提升到100MBps,同时基于通用以太网装备
和手艺
可极大的降低网络树立
和管理
维护本钱
。本文首先先容
ETB网络的拓扑特点,地址分配和路由机制。然后指出ETB尺度只支持线性拓扑,无法知足
冗余性更好的环形ETB拓扑(以太网环)的组网需求。五月天app官网无限观看以为
基于SDN的ETB管控多是
处置
上述效果
的途径。
一、尺度ETB网络的拓扑特点
(1)线性拓扑结构
ETB尺度IEC61375-2-5[1]中给出了支持冗余的ETB主干拓扑结构
,如图1所示,一切
的ETBN节点相连组成一个线性的ETB主干拓扑,除了首尾ETBN节点外,每其中央
ETBN交流节点都经过
两个全双工以太网链路与其前后两个倾向
的ETBN节点相连。任何两个ETBN节点间的冗余双链路接纳以太网链路聚合机制捆绑运用
。

图1 列车网络中的ETBN节点和以太网链路[1]
(2)ETBN ID和CN子网ID的分配
每列火车由多个车辆(consist)组成,每个车辆有出厂时设定的全球独一
的128位车辆标志
(CSTUUID),在列车初运转
时,TTDP (Train Topology Discovery Protocol,TTDP)协议竞赛
列车首尾车辆的CSTUUID,将具有较小CSTUUID的车辆界说为车头(top node),具有较大CSTUUID标志
的车辆界说为车尾(bottomnode),如图2所示。
然后凭证
车头到车尾的顺序为每个车辆中的ETBN和车辆网络(ConsistNetwork)子网举行
编号。

图2 基于CSTUUID的列车参考倾向
确定[1]
凭证
CSTUUID确定列车头尾和参考倾向
后,TTDP协议会从车头最先
,沿着车头到车尾的顺序(DIR2),凭证
每个车辆外部
静态设置
的子网信息(如CN1,CN2,CN3)和ETBN信息,凭证
ID从小到大的顺序,依次
为每个子网分配一个6 比特的子网ID,为每个ETBN分配一个ETBN的ID,如图3所示。

图3 CN子网ID和ETBN ID的分配[1]
二、ETB网络的地址分配与路由
(1)地址分配
ETB规范
划定列车网络运用
IPv4保管
的地址空间10.128.0.0/9,即地址高9位(31位到23位)为牢靠
的000010101,界说IP地址的低23位为bbxssss.sshhhhhh.hhhhhhhh。其中bb=00标志
列车控制系统
(ICMS)网络地址空间;bb=01为列车多媒体网络地址空间,bb=10和11为保管
地址空间;X为预留位,牢靠
为0;假定
以下只思量
列车控制系统
网络,是以
该网络中一切
IP地址高12位牢靠
为0000-1010-1000。
列车中分为由一切
ETBN组成的ETB子网,以及每个车辆外部
毗邻
到ETBN的CN子网。其中ETB子网ID为000000,每个CN子网的subnet ID规模是1-63,在初运转
时由TTDP协议分配取得
。需求
注重
的是,列车网络中每个子网的前缀长度都是18位。CN前缀与其subnet ID相关,举例如下表所示。
一个典型的列车网络地址分配和ETBN路由表如图4所示,在初运转
时,3个ETBN的ID被分配为5,6,7,三个CN子网的ID也被分配成5,6,7。每个ETBN需求
两个IP地址,一个是ETB子网侧的IP地址,一个是毗邻
外地
CN子网的接口IP地址。
因为
ETB规范
界说ETBN在ETB侧IP地址为10.128.0.x,其中x为ETBN的ID(为简化,此处不思量
冗余IP地址)。是以
三个ETBN在ETB子网中的IP地址划分为10.128.0.5/6/7。同理,三个CN子网的前缀划分为10.129.64.0/18,10.129.128.0/18和10.129.192.0/18。ETBN在外地
CN侧的地址运用
CN的18位网络前缀,装备
ID通常设置为1,代表路由器接口。

图4 列车网络地址分配和ETBN路由表现
例[1]
(2)基于ETBN的路由
图4中还显示了每个ETBN中的路由表片断
。以7号ETBN为例,其中征求
4个路由表项,划分显示了抵达
分别
子网需求
经由
的目的ETBN的IP地址。例如,07号ETBN发现分组的目的IP地址前缀即是10.129.64.0/18时,需求
将分组发送到ETBN网关10.128.0.5.
三、环形ETB网络拓扑的应战
(1)环形ETB拓扑的特点
因为
环形拓扑具有更好的缺点
冗余才干
,是以
在保险
先后车辆之间有两条全双工以太网链路动摇
的条件
下(即ETB的物理层不需举行
任何修正
),经过
打散两条链路的聚合,将ETB网络组成环状网络。例如王涛等人2015年在铁道学报上提出了一种环状的列车网络架构[2],如图5所示。这样在IP路由层面,任何两个ETBN之间都存在两条冗余的路由,而尺度的线性拓扑只存在一条路由。

图5 一种基于环形以太网的列车网络[2]
近年来,一些为轨道交通提供焦点通讯
装备
的EKE公司,也推出了与图5相似
的支持环形以太网的列车ETB网络处置
方案[3]。
(2)环形ETB拓扑面临的应战
ETB尺度其实不
支持图5所示拓扑,主要
体如今
两点。
一是ETB链路层规范
要求ETBN之间的多链路必需
完成
链路聚合成效
,且对ETBN节点的三种设置
(无源旁路、中央
节点、端节点)无法完成
单以太网链路旁路车辆的成效
(见参考文献[1]中的fugure29-32);
二是ETB的TTDP协议不支持环形拓扑(见[1]的8.2.3 Assumptions),无法为环形毗邻
的ETBN和对应的CN子网分配ETBN ID和CN子网ID,是以
ETB规范
的IP地址天生
机制无法完成
。
(3)基于SDN的ETB管控 五月天app官网无限观看发现,十多年前ETB尺度制定
时还没有SDN手艺
。但如今
SDN手艺
已经成熟,而且乐成地在移动
通讯
网络、数据中央
网络和广域互联网中取得
运用
。基于SDN的工业互联网基础
架构研讨
也逐渐
成为抢手
。是以
,环形ETB网络管理
也可思量
自创
SDN头脑
,主要
理由征求
如下几点。
一是ETB网络规模相对
有限,地址分配规整,拓扑转变
不大,适宜
SDN集中控制方式;二是ETB网络需求
快速
的冗余途径
切换,而SDN的集中盘算和一致
流表下发的速率
会优于如今
TTDP接纳了漫衍式盘算方式;三是SDN集中控制可以与TSN的集中资源管理
相勾搭
,提升ETB网络的集约设计水平
。
五月天app官网无限观看将在后续的文章中对SDN在环形ETB网络拓扑发现、地址分配和路由盘算中的运用
睁开
剖析
,提出并完善基于SDN的ETB环形组网实验方案。
参考文献
[1] Electronic railway equipment – Traincommunication network (TCN) – Part 2-5: Ethernet train backbone
[2] 王涛,王立德,周洁琼等,基于交流式以太网的列车通讯
网络实时性研讨
,铁道学报,第37卷第4期,2015年4月
[3]白皮书,智能列车手艺
,http://www.eke-electronics.com