ETB将傳統列車網絡交換帶寬從1Mbps左右提升到100MBps，同時基于通用以太網設備和(hé)技術可(kě)極大的(de)降低(dī)網絡建設和(hé)管理(lǐ)維護成本。本文首先介紹ETB網絡的(de)拓撲特點，地(dì)址分配和(hé)路由機(jī)制。然後指出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（以太網環）的(de)組網需求。我們認為(wèi)基于SDN的(de)ETB管控可(kě)能是解決上述問題的(de)途徑。 一(yī)、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]中給出了支持冗餘的(de)ETB骨幹拓撲結構，如(rú)圖1所示，所有(yǒu)的(de)ETBN節點相連組成一(yī)個線性的(de)ETB骨幹拓撲，除了首尾ETBN節點外，每個中間ETBN交換節點都通過兩個全雙工以太網鏈路與其前後兩個方向的(de)ETBN節點相連。任何兩個ETBN節點間的(de)冗餘雙鏈路采用以太網鏈路聚合機(jī)制捆綁使用。    （2）ETBN ID和(hé)CN子(zǐ)網ID的(de)分配
     每列火車由多個車輛（consist）組成，每個車輛有(yǒu)出廠時設定的(de)全球唯一(yī)的(de)128位車輛标識（CSTUUID），在列車初運行(xíng)時，TTDP (Train Topology Discovery Protocol，TTDP)協議比較列車首尾車輛的(de)CSTUUID，将具有(yǒu)較小CSTUUID的(de)車輛定義為(wèi)車頭（top node），具有(yǒu)較大CSTUUID标識的(de)車輛定義為(wèi)車尾（bottomnode），如(rú)圖2所示。      然後按照車頭到車尾的(de)順序為(wèi)每個車輛中的(de)ETBN和(hé)車輛網絡（ConsistNetwork）子(zǐ)網進行(xíng)編号。      根據CSTUUID确定列車頭尾和(hé)參考方向後，TTDP協議會從車頭開始，沿着車頭到車尾的(de)順序（DIR2），根據每個車輛內(nèi)部靜态配置的(de)子(zǐ)網信息（如(rú)CN1，CN2，CN3）和(hé)ETBN信息，按照ID從小到大的(de)順序，依次為(wèi)每個子(zǐ)網分配一(yī)個6 比特的(de)子(zǐ)網ID，為(wèi)每個ETBN分配一(yī)個ETBN的(de)ID，如(rú)圖3所示。 二、ETB網絡的(de)地(dì)址分配與路由    （1）地(dì)址分配
     ETB規範規定列車網絡使用IPv4保留的(de)地(dì)址空間10.128.0.0/9，即地(dì)址高(gāo)9位（31位到23位）為(wèi)固定的(de)000010101，定義IP地(dì)址的(de)低(dī)23位為(wèi)bbxssss.sshhhhhh.hhhhhhhh。其中bb=00标識列車控制系統（ICMS）網絡地(dì)址空間；bb=01為(wèi)列車多媒體網絡地(dì)址空間，bb=10和(hé)11為(wèi)保留地(dì)址空間；X為(wèi)預留位，固定為(wèi)0；假設以下隻考慮列車控制系統網絡，因此該網絡中所有(yǒu)IP地(dì)址高(gāo)12位固定為(wèi)0000-1010-1000。      列車中分為(wèi)由所有(yǒu)ETBN組成的(de)ETB子(zǐ)網，以及每個車輛內(nèi)部連接到ETBN的(de)CN子(zǐ)網。其中ETB子(zǐ)網ID為(wèi)000000，每個CN子(zǐ)網的(de)subnet ID範圍是1-63，在初運行(xíng)時由TTDP協議分配獲得。需要注意的(de)是，列車網絡中每個子(zǐ)網的(de)前綴長(cháng)度都是18位。CN前綴與其subnet ID相關，舉例如(rú)下表所示。      一(yī)個典型的(de)列車網絡地(dì)址分配和(hé)ETBN路由表如(rú)圖4所示，在初運行(xíng)時，3個ETBN的(de)ID被分配為(wèi)5，6，7，三個CN子(zǐ)網的(de)ID也被分配成5，6，7。每個ETBN需要兩個IP地(dì)址，一(yī)個是ETB子(zǐ)網側的(de)IP地(dì)址，一(yī)個是連接本地(dì)CN子(zǐ)網的(de)接口IP地(dì)址。      由于ETB規範定義ETBN在ETB側IP地(dì)址為(wèi)10.128.0.x，其中x為(wèi)ETBN的(de)ID（為(wèi)簡化，此處不考慮冗餘IP地(dì)址）。因此三個ETBN在ETB子(zǐ)網中的(de)IP地(dì)址分别為(wèi)10.128.0.5/6/7。同理(lǐ)，三個CN子(zǐ)網的(de)前綴分别為(wèi)10.129.64.0/18，10.129.128.0/18和(hé)10.129.192.0/18。ETBN在本地(dì)CN側的(de)地(dì)址使用CN的(de)18位網絡前綴，設備ID通常設置為(wèi)1，代表路由器接口。    （2）基于ETBN的(de)路由
     圖4中還顯示了每個ETBN中的(de)路由表片段。以7号ETBN為(wèi)例，其中包含4個路由表項，分别顯示了到達不同子(zǐ)網需要經過的(de)目的(de)ETBN的(de)IP地(dì)址。例如(rú)，07号ETBN發現分組的(de)目的(de)IP地(dì)址前綴等于10.129.64.0/18時，需要将分組發送到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
     由于環形拓撲具有(yǒu)更好的(de)故障冗餘能力，因此在保證先後車輛之間有(yǒu)兩條全雙工以太網鏈路不變的(de)前提下（即ETB的(de)物理(lǐ)層不需進行(xíng)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(rú)王濤等人2015年(nián)在鐵道(dào)學(xué)報上提出了一(yī)種環狀的(de)列車網絡架構[2]，如(rú)圖5所示。這樣在IP路由層面，任何兩個ETBN之間都存在兩條冗餘的(de)路由，而标準的(de)線性拓撲隻存在一(yī)條路由。      近年(nián)來，一(yī)些為(wèi)軌道(dào)交通提供核心通信設備的(de)EKE公司，也推出了與圖5類似的(de)支持環形以太網的(de)列車ETB網絡解決方案[3]。    （2）環形ETB拓撲面臨的(de)挑戰
     ETB标準并不支持圖5所示拓撲，主要表現在兩點。
     一(yī)是ETB鏈路層規範要求ETBN之間的(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ETB的(de)TTDP協議不支持環形拓撲（見[1]的(de)8.2.3 Assumptions），無法為(wèi)環形連接的(de)ETBN和(hé)對應的(de)CN子(zǐ)網分配ETBN ID和(hé)CN子(zǐ)網ID，因此ETB規範的(de)IP地(dì)址生成機(jī)制無法實現。    （3）基于SDN的(de)ETB管控      我們發現，十多年(nián)前ETB标準制定時還沒有(yǒu)SDN技術。但目前SDN技術已經成熟，并且成功地(dì)在移動通信網絡、數據中心網絡和(hé)廣域互聯網中得到應用。基于SDN的(de)工業互聯網基礎架構研究也逐漸成為(wèi)熱點。因此，環形ETB網絡管理(lǐ)也可(kě)考慮借鑒SDN思想，主要理(lǐ)由包括如(rú)下幾點。      一(yī)是ETB網絡規模相對有(yǒu)限，地(dì)址分配規整，拓撲變化不大，适合SDN集中控制方式；二是ETB網絡需要快速的(de)冗餘路徑切換，而SDN的(de)集中計算和(hé)統一(yī)流表下發的(de)速度會優于目前TTDP采用了分布式計算方式；三是SDN集中控制可(kě)以與TSN的(de)集中資源管理(lǐ)相結合，提升ETB網絡的(de)集約設計水平。      我們将在後續的(de)文章(zhāng)中對SDN在環形ETB網絡拓撲發現、地(dì)址分配和(hé)路由計算中的(de)應用展開分析，提出并完善基于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，基于交換式以太網的(de)列車通信網絡實時性研究，鐵道(dào)學(xué)報，第３７卷第４期，２０１５年(nián)４月
[3]白皮書，智能列車技術，http://www.eke-electronics.com