列車通信ネットワーク

列車通信ネットワーク(TCN) は、列車内でデータ伝送を行う 2 つのフィールドバスネットワークを階層的に組み合わせたものです。各車両内の多機能車両バス(MVB) と、異なる車両を接続するワイヤ トレイン バス(WTB)で構成されます。TCN コンポーネントは、IEC 61375で標準化されています。

MVB は、車両または閉鎖された列車セット内の個々のノードを接続します。WTB とは異なり、 MVBには単一のコネクタ標準はありません。代わりに、3 つのメディアおよびコネクタ クラスが定義されています。

• OGF（光学ガラス繊維）は240ミクロンの繊維を最大2000mまで使用します。
• EMD（電気中距離）は、最大200mのガルバニック絶縁のためにRS-485トランスミッタとトランスを備えたシールドツイストペアを使用します。
• ESD（短距離電気絶縁）は、ガルバニック絶縁のないシンプルなバックプレーン配線を使用し、最大20m

プラグとソケットはProfibusで使用されているものと同じで、デバイスごとに2つのDE-9ソケットがあります。^[1]

OGF の場合、メディア ソースは、中央のスター カプラに結合されたリピータ^[要出典] (信号発生器) によって接続されます。リピータは、メディア間の遷移にも使用されます。

開始はなく、アドレスは静的に割り当てられます。アドレス指定可能なデバイスの数は、車両バスの構成によって異なります。最大 4095 個の単純なセンサー/アクチュエータ(クラス I) と最大 255 個のプログラム可能なステーション (クラス 2、構成スロット付き) が存在する可能性があります。物理レベルでは、マンチェスター II エンコーディングを使用して1.5 Mbit/s のデータ レートで送信が行われます。最大距離は、最大許容応答遅延 42.7 μs の制限に基づいて決定されます (長距離の場合は、MVB が線路側のスイッチギアに使用される場合、スループットが低下して最大 83.4 μs を許可する第 2 モードが使用されます)。一方、ほとんどのシステム部品は、通常 10 μs の応答時間で通信します。^[1]

MVB は、スイスのBrown Boveri Cie (現ABB )が開発した P215 バスから派生したもので、初期のフィールドバス(DATRAS) ^[要出典]の発行者/加入者原理を取り入れています。1984 年に、IEC TC 57 はIEC SC65C と共同で、変電所で使用するバスの要件仕様を定義しました。MVB は、フランスの NFC 46602 標準シリーズで開発されたFIPフィールドバス (元々はフランス語の「Flux d'Information vers le Processus」に由来し、Factory Instrumentation Protocolに改名されたか 、またはいくつかの参考文献ではハイブリッドの「 Flux Information Protocol 」も使用) と多くの類似点があります。^[2]どちらも同じIEC TC 57仕様から派生しているためです。これは、MVB と FIP が類似した動作 (周期的およびイベント駆動型) を持つ理由を説明しています。複数アクセスの場合の調停方法のみが異なります。MVB は衝突検出に依存するバイナリ二分モードを使用し、FIP は周期データに「look-at-me」ビットをピギーバックします。FIP と MVB を統合する取り組みは、両者の頑固さにより失敗しました^{[引用が必要]}。MVB、Profibus、およびWorldFIP は、 IEC TC 57で変電所バスとして提案されましたが、並列ソリューションを回避するために、IEC TC 57 はいずれも使用しないことを決定し、共通分母としてイーサネットを支持しました^{[引用が必要]}。

MVB フレームは、プリアンブル同期の大部分を省略しているため、 IEC 61158-2フィールドバス フレームと互換性がありません (ゼロ交差検出が可能な場合は不要)。^[1]矛盾なのは、IEC 61158 フィールドバスと MVB 物理層がIEC TC 57の同じ人物によって開発されたことです。この違いは、フィールドバス 物理層がマンチェスター データをデコードするために位相同期ループを想定し、デコーダーを同期させるためにプリアンブルを必要とするのに対し、MVB は主に光ファイバーで動作していました^{[要出典]。}この方法は役に立たないため、MVB のデコードはゼロ交差検出器とマンチェスター パターン認識に依存しています。

ただし、最新の開発およびテスト機器のほとんどは、 Profibusに類似したテレグラム構造として、回線上でWTB/MVB フレームとProfibusフレームを同様に通信できます^{[引用が必要]}。

WorldFIPコネクタは、フランスと北米（ボンバルディア社）の列車設備に使用されていましたが、共通のUIC列車バスに関する共同作業が開始され（シーメンス社および他の業界パートナーと）、1999年後半にWTB/MVB規格が誕生しました^[要出典]。

MVB 規格は、鉄道機器内の多数のフィールド バスを置き換えるために導入されました。MVB フィールド バスの利点にもかかわらず、多くの車両バスは依然としてCANopen、WorldFIP (フランス)、LonWorks (米国)、およびProfibusコンポーネントから構築されています。WorldFIP 、CANopen、Lonworks 、およびProfinetは、幅広いアプリケーションを対象とする国際的な製造業者協会によって管理されていますが、MVB はプラグ互換性を目標として鉄道車両アプリケーションに合わせて調整されているため、オプションは許可されていません。これは意図的なものであり、1990 年代にフィールド バス間の争いが激化し^{[引用が必要] 、8 つの[引用が必要]}フィールド バスのいずれかが標準であるとIECが決定したことは、プラグ互換性に役立たなかったためです。

MVB モジュールは、たとえばCANopenやLonWorksコンポーネントよりも高価です。これは通信技術によるものではありません。ほとんどのデバイスは、現在存在するFPGAの小さな領域に MVB プロトコル マシンを実装しており、最も高価なコンポーネントはコネクタのままです^{[引用が必要] 。しかし、鉄道認証はコストがかかり、快適性や}乗客情報などの重要でないアプリケーションでは必ずしも必要ではありません。総所有コストを考慮すると、小規模な鉄道市場では、ハードウェア要素のコストは追加のエンジニアリング コストによって簡単に上回る可能性があります。

米国では、IEEE RTVISC が MVB とLON の両方を車両バスと列車バスとして評価しました。IEEEは最終的に、タスクを明確に分離して両方を IEEE 1374 で標準化することを決定しました^{[引用が必要]} :

• 運転席での牽引制御や信号などの重要な操作のためのMVB、
• LON は、重要でない低速データ転送用ですが、乗客用ディスプレイや診断などの低コストの接続用です。この分離は必ずしも守られるわけではありません^{[引用が必要]}。

さらに、鉄道車両には、フィールドバスが提供できるよりもはるかに広い帯域幅を必要とするコンポーネント（ビデオ監視など）がますます追加されているため、 100 Mbit/sのスイッチドイーサネット IEEE 802.3が列車セットに導入されています（ EN 50155プロファイルによる）。それでも、すべての代替車両バスはワイヤトレインバスに接続されています。^[3]

MVB はFlexRayに似ており、どちらもFlexRayでは「静的セグメント」と呼ばれる「プロセス データ」と、「動的セグメント」である「メッセージ データ」を持ち、固定TDMA方式で駆動されます。2.5 Mbit、RS-485物理層、および 1 つの「コールドスタータ」のみでFlexRay を実行すると、アプリケーションに関して非常によく似た動作になります。類似点があるにもかかわらず、鉄道メーカーはFlexRay を検討していません。これは、共通のソリューションを多数のより優れたバスよりも高く評価したためです。逆に、1999 年に自動車業界は MVB ^{[引用が必要]} (拡張 24 Mbit/s バージョン) を評価しましたが、数百万台の自動車の大量市場に対しては不当に低いはずのコストのためにそれを取り下げました。

ワイヤートレインバスは、最大 22 台の車両で構成される可変構成の国際旅客列車用に設計されています。

この媒体は、車両間の UICケーブル内を走る、二重化されたシールド ツイスト ペアケーブルで構成されています。

車両間のコネクタは 18 極 UIC コネクタです。コネクタは露出しており酸化する可能性があるため、接続時に電流パルスを印加して酸化層を蒸発させます。これをフリッティングと呼びます。WTB ノードの標準コネクタは DIN 9 ピン コネクタです。

物理レベルでは、1 Mbit/s のデータ レートでRS-485レベルを使用します。エンコードでは、ガルバニック絶縁変圧器の DC 成分を回避するために適切な電圧バランスを備えたマンチェスター II コードとHDLCフレーム プロトコルを使用します。マンチェスター デコーダーは位相/直交復調(ゼロ交差で動作するRS-485ではない) を使用し、特に貨物列車の多重牽引の場合のように 2 台の端の車両のみが装備されている場合に、最悪の状況でも 750 m の範囲を可能にします。中間の車両のバッテリーが放電している可能性があるため、中継器は想定されていません。

WTB のユニークな特性は、列車の開通(ドイツ語: Zugtaufe ) です。列車開通では、新しく接続された車両が順番にアドレスを受け取り、車両側 (海上では左舷と右舷と呼ばれます) を識別して、ドアが正しい側で開くようにします。最大 32 個のアドレスを動的に割り当てることができます。2 つの列車編成が合流すると、アドレスが再割り当てされ、連続したアドレスを持つ新しい車両編成が形成されます。WTB ノードのない車両 (「伝導車両」) はカウントされません。

フレームの最大ペイロードは 1024 ビットです。

WTB は周期的に動作し、25 ms 周期で決定論的な動作を提供し、主にトラクション コントロールに使用されます^{[引用が必要]}。WTB は診断用の散発的なデータ送信もサポートします。周期的および散発的なフレームの内容は、UIC 556 標準によって管理されます^[4] 。フレーム サイズが制限されているため、メッセージのセグメント化と再構成にはオーバーヘッドが削減されたTCPのバージョンが使用され、同時に構成の変更にも対応できるRTP (Real-Time Protocol) と呼ばれています。

WTB は、ABB Henschel ^{[引用が必要]} (現在はBombardier ^{[引用が必要]} )が開発したドイツのDINバスから派生したものです。イタリアが提供する位相/直交デコードと、 SBB 貨物列車で使用されているジュネーブの ABB Secheron の FSK 多重牽引バスの経験に基づいてスイスが提供した改良された列車開通の恩恵を受けました^{[引用が必要]}。WTB の物理層はWorldFIPフィールド バス (EN 50170 パート 4) と類似点があります。その「電圧モード」は 1 Mbit/s を使用し、バスの最大長は 750 メートルで、バス上に最大 32 ステーションを使用しました。FIPトランシーバーの使用はTCN 評価の初期に検討されました^{[引用が必要]が、代わりに位相/直交}デコードが使用されました。

TCN は、通常、18 ピンのUIC 558を使用して車両を接続する、ほとんどの最新の列車制御システムで使用されています。これには以下が含まれます。

• ドイツ鉄道：ICE T、ICE-TD、ICE 3、TRAXX AC2 P160 ^{[引用が必要]}
• スイス連邦鉄道：IC2000および EW IV (de)
• オーストリア連邦鉄道: RailjetおよびTalent の全列車^[要出典]

IEC 61375 は一連の規格です。

• イーサネット トレイン バックボーン
• イーサネット構成ネットワーク
• ワールドFIP
• CANオープン
• ロンワークス
• プロフィネット
• フレックスレイ

• Hubert Kirrmann (ABB Corporate Research); Pierre A. Zuber (DaimlerChrysler Rail Systems)。「IEC/IEEE 列車通信ネットワーク」(PDF)。IEEE Micro。2001年 3 月～4 月: 81～92 ページ。0272-1732/01。
• 「時間厳守で安全な車内通信のための IEC / IEEE / UIC 列車通信ネットワーク」。Bombardier Transportation。2002 年 6 月 10 日。2009年 12 月 22 日にオリジナル(パワーポイント)からアーカイブ。2011年 9 月 11 日に取得。