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，今天我們來了解為互連車輛而設(shè)計的串行數(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DINV3322和意大利CD450高速列車的數(shù)據(jù)通信經(jīng)驗為基礎(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)計成通過手插式跨接電纜或自動連接器來實現(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)定型號的電纜。WTB滿足UIC556的要求，它定義了由最多22個客車組成的UIC列車的通信要求，長度可達(dá)860m，更長的距離和更多的節(jié)點(diǎn)(最多62個)均可實現(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報文，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8位的標(biāo)志分界符確定幀的開始和結(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)行過程分配的。地址255是所有節(jié)點(diǎn)接聽的廣播地址。

鏈路控制LC：用來區(qū)分請求幀(主幀)和響應(yīng)幀(從幀)。若LC的最高位為“1”時，說明該數(shù)據(jù)幀為請求幀(主幀)，若LC的最高位“0”時，說明該數(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)長度：數(shù)據(jù)幀發(fā)送的有效鏈路數(shù)據(jù)長度，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)。一幀信號由幀頭開始，幀頭由電平為“1”的起始“S”開始，隨后是若干個(“0”，“1”)位對，最后一位為“1”。幀開始和結(jié)束識別標(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)過程數(shù)據(jù)

過程數(shù)據(jù)報文是由一個過程數(shù)據(jù)請求幀和緊隨其后的過程數(shù)據(jù)響應(yīng)幀組成，用于更新分布過程數(shù)據(jù)庫，屬于周期性數(shù)據(jù)，具體結(jié)構(gòu)如下圖5所示。

圖5 過程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(2)消息數(shù)據(jù)

消息數(shù)據(jù)是指冗長但不頻繁的數(shù)據(jù)項，數(shù)據(jù)項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、 實例應(yīng)用

(1) 現(xiàn)場模擬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，可對全內(nèi)存512Mpts的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，且可對整個車輛車廂與車廂之間的通訊信號監(jiān)測，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?？蓪﹂L時間監(jiān)測的數(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，對信號進(jìn)行多窗口異常監(jiān)測和分析。

圖9 WTB細(xì)節(jié)分析

(3)、WTB解碼提供協(xié)議觸發(fā)功能，通過觸發(fā)方式定位感興趣信號，可對數(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