ETB将傳統列車網絡交換帶寬從1Mbps左右提升到(dào)100MBps，同時(shí)基于(yú)通用以(yǐ)太網設備和(hé / huò)技術可極大(dà)的(de)降低網絡建設和(hé / huò)管理維護成本。本文首先介紹ETB網絡的(de)拓撲特點，地(dì / de)址分配和(hé / huò)路由機制。然後指出(chū)ETB标準隻支持線性拓撲，無法滿足冗餘性更好的(de)環形ETB拓撲（以(yǐ)太網環）的(de)組網需求。我們認爲(wéi / wèi)基于(yú)SDN的(de)ETB管控可能是(shì)解決上(shàng)述問題的(de)途徑。 一、标準ETB網絡的(de)拓撲特點    （1）線性拓撲結構
      ETB标準IEC61375-2-5[1]中給出(chū)了(le／liǎo)支持冗餘的(de)ETB骨幹拓撲結構，如圖1所示，所有的(de)ETBN節點相連組成一個(gè)線性的(de)ETB骨幹拓撲，除了(le／liǎo)首尾ETBN節點外，每個(gè)中間ETBN交換節點都通過兩個(gè)全雙工以(yǐ)太網鏈路與其前後兩個(gè)方向的(de)ETBN節點相連。任何兩個(gè)ETBN節點間的(de)冗餘雙鏈路采用以(yǐ)太網鏈路聚合機制捆綁使用。    （2）ETBN ID和(hé / huò)CN子(zǐ)網ID的(de)分配
     每列火車由多個(gè)車輛（consist）組成，每個(gè)車輛有出(chū)廠時(shí)設定的(de)全球唯一的(de)128位車輛标識（CSTUUID），在(zài)列車初運行時(shí)，TTDP (Train Topology Discovery Protocol，TTDP)協議比較列車首尾車輛的(de)CSTUUID，将具有較小CSTUUID的(de)車輛定義爲(wéi / wèi)車頭（top node），具有較大(dà)CSTUUID标識的(de)車輛定義爲(wéi / wèi)車尾（bottomnode），如圖2所示。      然後按照車頭到(dào)車尾的(de)順序爲(wéi / wèi)每個(gè)車輛中的(de)ETBN和(hé / huò)車輛網絡（ConsistNetwork）子(zǐ)網進行編号。      根據CSTUUID确定列車頭尾和(hé / huò)參考方向後，TTDP協議會從車頭開始，沿着車頭到(dào)車尾的(de)順序（DIR2），根據每個(gè)車輛内部靜态配置的(de)子(zǐ)網信息（如CN1，CN2，CN3）和(hé / huò)ETBN信息，按照ID從小到(dào)大(dà)的(de)順序，依次爲(wéi / wèi)每個(gè)子(zǐ)網分配一個(gè)6 比特的(de)子(zǐ)網ID，爲(wéi / wèi)每個(gè)ETBN分配一個(gè)ETBN的(de)ID，如圖3所示。 二、ETB網絡的(de)地(dì / de)址分配與路由    （1）地(dì / de)址分配
     ETB規範規定列車網絡使用IPv4保留的(de)地(dì / de)址空間10.128.0.0/9，即地(dì / de)址高9位（31位到(dào)23位）爲(wéi / wèi)固定的(de)000010101，定義IP地(dì / de)址的(de)低23位爲(wéi / wèi)bbxssss.sshhhhhh.hhhhhhhh。其中bb=00标識列車控制系統（ICMS）網絡地(dì / de)址空間；bb=01爲(wéi / wèi)列車多媒體網絡地(dì / de)址空間，bb=10和(hé / huò)11爲(wéi / wèi)保留地(dì / de)址空間；X爲(wéi / wèi)預留位，固定爲(wéi / wèi)0；假設以(yǐ)下隻考慮列車控制系統網絡，因此該網絡中所有IP地(dì / de)址高12位固定爲(wéi / wèi)0000-1010-1000。      列車中分爲(wéi / wèi)由所有ETBN組成的(de)ETB子(zǐ)網，以(yǐ)及每個(gè)車輛内部連接到(dào)ETBN的(de)CN子(zǐ)網。其中ETB子(zǐ)網ID爲(wéi / wèi)000000，每個(gè)CN子(zǐ)網的(de)subnet ID範圍是(shì)1-63，在(zài)初運行時(shí)由TTDP協議分配獲得。需要(yào / yāo)注意的(de)是(shì)，列車網絡中每個(gè)子(zǐ)網的(de)前綴長度都是(shì)18位。CN前綴與其subnet ID相關，舉例如下表所示。      一個(gè)典型的(de)列車網絡地(dì / de)址分配和(hé / huò)ETBN路由表如圖4所示，在(zài)初運行時(shí)，3個(gè)ETBN的(de)ID被分配爲(wéi / wèi)5，6，7，三個(gè)CN子(zǐ)網的(de)ID也(yě)被分配成5，6，7。每個(gè)ETBN需要(yào / yāo)兩個(gè)IP地(dì / de)址，一個(gè)是(shì)ETB子(zǐ)網側的(de)IP地(dì / de)址，一個(gè)是(shì)連接本地(dì / de)CN子(zǐ)網的(de)接口IP地(dì / de)址。      由于(yú)ETB規範定義ETBN在(zài)ETB側IP地(dì / de)址爲(wéi / wèi)10.128.0.x，其中x爲(wéi / wèi)ETBN的(de)ID（爲(wéi / wèi)簡化，此處不(bù)考慮冗餘IP地(dì / de)址）。因此三個(gè)ETBN在(zài)ETB子(zǐ)網中的(de)IP地(dì / de)址分别爲(wéi / wèi)10.128.0.5/6/7。同理，三個(gè)CN子(zǐ)網的(de)前綴分别爲(wéi / wèi)10.129.64.0/18，10.129.128.0/18和(hé / huò)10.129.192.0/18。ETBN在(zài)本地(dì / de)CN側的(de)地(dì / de)址使用CN的(de)18位網絡前綴，設備ID通常設置爲(wéi / wèi)1，代表路由器接口。    （2）基于(yú)ETBN的(de)路由
     圖4中還顯示了(le／liǎo)每個(gè)ETBN中的(de)路由表片段。以(yǐ)7号ETBN爲(wéi / wèi)例，其中包含4個(gè)路由表項，分别顯示了(le／liǎo)到(dào)達不(bù)同子(zǐ)網需要(yào / yāo)經過的(de)目的(de)ETBN的(de)IP地(dì / de)址。例如，07号ETBN發現分組的(de)目的(de)IP地(dì / de)址前綴等于(yú)10.129.64.0/18時(shí)，需要(yào / yāo)将分組發送到(dào)ETBN網關10.128.0.5. 三、環形ETB網絡拓撲的(de)挑戰    （1）環形ETB拓撲的(de)特點
     由于(yú)環形拓撲具有更好的(de)故障冗餘能力，因此在(zài)保證先後車輛之(zhī)間有兩條全雙工以(yǐ)太網鏈路不(bù)變的(de)前提下（即ETB的(de)物理層不(bù)需進行任何修改），通過打散兩條鏈路的(de)聚合，将ETB網絡組成環狀網絡。例如王濤等人(rén)2015年在(zài)鐵道(dào)學報上(shàng)提出(chū)了(le／liǎo)一種環狀的(de)列車網絡架構[2]，如圖5所示。這(zhè)樣在(zài)IP路由層面，任何兩個(gè)ETBN之(zhī)間都存在(zài)兩條冗餘的(de)路由，而(ér)标準的(de)線性拓撲隻存在(zài)一條路由。      近年來(lái)，一些爲(wéi / wèi)軌道(dào)交通提供核心通信設備的(de)EKE公司，也(yě)推出(chū)了(le／liǎo)與圖5類似的(de)支持環形以(yǐ)太網的(de)列車ETB網絡解決方案[3]。    （2）環形ETB拓撲面臨的(de)挑戰
     ETB标準并不(bù)支持圖5所示拓撲，主要(yào / yāo)表現在(zài)兩點。
     一是(shì)ETB鏈路層規範要(yào / yāo)求ETBN之(zhī)間的(de)多鏈路必須實現鏈路聚合功能，且對ETBN節點的(de)三種配置（無源旁路、中間節點、端節點）無法實現單以(yǐ)太網鏈路旁路車輛的(de)功能（見參考文獻[1]中的(de)fugure29-32）；      二是(shì)ETB的(de)TTDP協議不(bù)支持環形拓撲（見[1]的(de)8.2.3 Assumptions），無法爲(wéi / wèi)環形連接的(de)ETBN和(hé / huò)對應的(de)CN子(zǐ)網分配ETBN ID和(hé / huò)CN子(zǐ)網ID，因此ETB規範的(de)IP地(dì / de)址生成機制無法實現。    （3）基于(yú)SDN的(de)ETB管控      我們發現，十多年前ETB标準制定時(shí)還沒有SDN技術。但目前SDN技術已經成熟，并且成功地(dì / de)在(zài)移動通信網絡、數據中心網絡和(hé / huò)廣域互聯網中得到(dào)應用。基于(yú)SDN的(de)工業互聯網基礎架構研究也(yě)逐漸成爲(wéi / wèi)熱點。因此，環形ETB網絡管理也(yě)可考慮借鑒SDN思想，主要(yào / yāo)理由包括如下幾點。      一是(shì)ETB網絡規模相對有限，地(dì / de)址分配規整，拓撲變化不(bù)大(dà)，适合SDN集中控制方式；二是(shì)ETB網絡需要(yào / yāo)快速的(de)冗餘路徑切換，而(ér)SDN的(de)集中計算和(hé / huò)統一流表下發的(de)速度會優于(yú)目前TTDP采用了(le／liǎo)分布式計算方式；三是(shì)SDN集中控制可以(yǐ)與TSN的(de)集中資源管理相結合，提升ETB網絡的(de)集約設計水平。      我們将在(zài)後續的(de)文章中對SDN在(zài)環形ETB網絡拓撲發現、地(dì / de)址分配和(hé / huò)路由計算中的(de)應用展開分析，提出(chū)并完善基于(yú)SDN的(de)ETB環形組網實驗方案。 參考文獻
[1] Electronic railway equipment – Traincommunication network (TCN) – Part 2-5: Ethernet train backbone
[2] 王濤，王立德，周潔瓊等，基于(yú)交換式以(yǐ)太網的(de)列車通信網絡實時(shí)性研究，鐵道(dào)學報，第３７卷第４期，２０１５年４月
[3]白皮書，智能列車技術，http://www.eke-electronics.com