目前主流的列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）由絞線式列車總線（WTB）和多功能車輛總線（MVB）組成，今天我們來(lái)了解為互連車輛而設(shè)計(jì)的串行數(shù)據(jù)通信總線WTB，其作為列車車廂間通信的總線協(xié)議如何控制著整個(gè)列車的網(wǎng)絡(luò)通信的正常運(yùn)行。
1、WTB概述
WTB為絞線式列車總線，它是以德國(guó)DINV3322和意大利CD450高速列車的數(shù)據(jù)通信經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)而制定的，常用于相互連掛和解連的重聯(lián)車輛。WTB使用專用屏蔽雙絞線電纜。電線的布置采用冗余原則，在各個(gè)車輛的每一側(cè)各有一根電纜。為適應(yīng)頻繁改變其組成的列車組，WTB被設(shè)計(jì)成通過(guò)手插式跨接電纜或自動(dòng)連接器來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛之間的互連。
圖1列車通信網(wǎng)絡(luò)
由于WTB采用雙絞屏蔽線工作，所以其傳輸速率為1Mbit/s，并采用規(guī)定型號(hào)的電纜。WTB滿足UIC556的要求，它定義了由最多22個(gè)客車組成的UIC列車的通信要求，長(zhǎng)度可達(dá)860m，更長(zhǎng)的距離和更多的節(jié)點(diǎn)（最多62個(gè)）均可實(shí)現(xiàn)。WTB介質(zhì)是由不同車輛上的電纜節(jié)點(diǎn)鏈接而成。
圖2列車
2、WTB的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)
WTB數(shù)據(jù)幀格式包括總線主發(fā)布的主幀數(shù)據(jù)和從設(shè)備響應(yīng)的從幀數(shù)據(jù)，主幀與從幀組成一個(gè)報(bào)文，且主幀與從幀的格式是統(tǒng)一的，如下圖3所示。所有幀數(shù)據(jù)具有相同的編碼結(jié)構(gòu)，并服從ISO/IEC3309標(biāo)準(zhǔn)中HDLC信號(hào)一致的結(jié)構(gòu)。6位的幀頭和2位高電平的終止分界符不屬于幀數(shù)據(jù)，但它們屬于WTB幀的組成部分。
圖3 WTB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
幀頭（SH）：幀頭由曼徹斯特編碼器產(chǎn)生，且由曼徹斯特譯碼器去掉，長(zhǎng)度為16~32位，默認(rèn)值是16位。
幀數(shù)據(jù)標(biāo)志(DS/DE)：幀數(shù)據(jù)使用兩個(gè)8位的標(biāo)志分界符確定幀的開(kāi)始和結(jié)束。
目標(biāo)設(shè)備DD：表示接收數(shù)據(jù)幀的8位節(jié)點(diǎn)地址，范圍在1到63之間，該范圍是初運(yùn)行過(guò)程分配的。地址255是所有節(jié)點(diǎn)接聽(tīng)的廣播地址。
鏈路控制LC：用來(lái)區(qū)分請(qǐng)求幀（主幀）和響應(yīng)幀（從幀）。若LC的最高位為“1”時(shí)，說(shuō)明該數(shù)據(jù)幀為請(qǐng)求幀（主幀），若LC的最高位“0”時(shí)，說(shuō)明該數(shù)據(jù)幀為響應(yīng)幀（從幀）。
設(shè)備源SD：發(fā)送幀節(jié)點(diǎn)的物理地址。
鏈路數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)幀發(fā)送的有效鏈路數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，范圍是0~128字節(jié)。
終止分界符ED: 2位高電平。
具體的數(shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)如下圖4所示：
圖4 WTB數(shù)據(jù)序列
編碼過(guò)程中幀頭遵循曼徹斯特編碼原則（從高到低為0，從低到高位1）。一幀信號(hào)由幀頭開(kāi)始，幀頭由電平為“1”的起始“S”開(kāi)始，隨后是若干個(gè)（“0”，“1”）位對(duì)，最后一位為“1”。幀開(kāi)始和結(jié)束識(shí)別標(biāo)志位為01111110，幀最后由2位高電平的終止分界符結(jié)束，回歸閑置電平，如圖4紅色標(biāo)志所示。
3、WTB的數(shù)據(jù)類型
WTB規(guī)定了3種不同類型的數(shù)據(jù)：
（1）過(guò)程數(shù)據(jù)
過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)文是由一個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀和緊隨其后的過(guò)程數(shù)據(jù)響應(yīng)幀組成，用于更新分布過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)，屬于周期性數(shù)據(jù)，具體結(jié)構(gòu)如下圖5所示。
圖5 過(guò)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
（2）消息數(shù)據(jù)
消息數(shù)據(jù)是指冗長(zhǎng)但不頻繁的數(shù)據(jù)項(xiàng)，數(shù)據(jù)項(xiàng)被拆分為小包并按需發(fā)送，用于消息傳送，屬于偶發(fā)性數(shù)據(jù)，具體結(jié)構(gòu)如下圖6所示。
圖6 消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
（3）監(jiān)督數(shù)據(jù)
監(jiān)督數(shù)據(jù)用于總線的監(jiān)視、控制和管理，以保證過(guò)程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)在總線上的順利傳輸，具體結(jié)構(gòu)如下圖7所示。
圖7 監(jiān)督數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4、實(shí)例應(yīng)用
（1）現(xiàn)場(chǎng)模擬WTB車輛通信協(xié)議，使用致遠(yuǎn)電子最新推出的“數(shù)據(jù)挖掘型”示波器ZDS4054 Plus，其免費(fèi)標(biāo)配WTB協(xié)議解碼功能，可對(duì)全內(nèi)存512Mpts的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，且可對(duì)整個(gè)車輛車廂與車廂之間的通訊信號(hào)監(jiān)測(cè)，如下圖8所示：
圖8 WTB解碼
（2）如下圖9所示，可查看主幀數(shù)據(jù)和從幀數(shù)據(jù)的解碼情況，了解發(fā)送的數(shù)據(jù)屬于哪種數(shù)據(jù)類型。可對(duì)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行異常分析，可在示波器的縮放模式下使用雙ZOOM多窗口顯示的功能，對(duì)信號(hào)進(jìn)行多窗口異常監(jiān)測(cè)和分析。
圖9 WTB細(xì)節(jié)分析
（3）、WTB解碼提供協(xié)議觸發(fā)功能，通過(guò)觸發(fā)方式定位感興趣信號(hào)，可對(duì)數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)或地址進(jìn)行觸發(fā)，從而定位異常，如下圖10所示，設(shè)置數(shù)據(jù)觸發(fā)方式，對(duì)數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)進(jìn)行觸發(fā)。
圖10 WTB協(xié)議觸發(fā)
協(xié)議觸發(fā)結(jié)果如下圖11所示：
圖11 WTB協(xié)議觸發(fā)結(jié)果