ETB将傳統列車網絡交換帶寬從(cóng)1Mbps左右提升到(dào)100MBps，同時(shí)基于通用(yòng)以太網設備和(hé)技術可極大(dà)的降低(dī)網絡建設和(hé)管理(lǐ)維護成本。本文(wén)首先介紹ETB網絡的拓撲特點，地址分配和(hé)路由機制。然後指出ETB标準隻支持線性拓撲，無法滿足冗餘性更好(hǎo)的環形ETB拓撲（以太網環）的組網需求。我們認爲基于SDN的ETB管控可能(néng)是解決上(shàng)述問題的途徑。 一、标準ETB網絡的拓撲特點    （1）線性拓撲結構
      ETB标準IEC61375-2-5[1]中給出了(le)支持冗餘的ETB骨幹拓撲結構，如圖1所示，所有的ETBN節點相連組成一個線性的ETB骨幹拓撲，除了(le)首尾ETBN節點外(wài)，每個中間ETBN交換節點都通過兩個全雙工(gōng)以太網鏈路與其前後兩個方向的ETBN節點相連。任何兩個ETBN節點間的冗餘雙鏈路采用(yòng)以太網鏈路聚合機制捆綁使用(yòng)。    （2）ETBN ID和(hé)CN子網ID的分配
     每列火車由多個車輛（consist）組成，每個車輛有出廠(chǎng)時(shí)設定的全球唯一的128位車輛标識（CSTUUID），在列車初運行時(shí)，TTDP (Train Topology Discovery Protocol，TTDP)協議(yì)比較列車首尾車輛的CSTUUID，将具有較小(xiǎo)CSTUUID的車輛定義爲車頭（top node），具有較大(dà)CSTUUID标識的車輛定義爲車尾（bottomnode），如圖2所示。      然後按照車頭到(dào)車尾的順序爲每個車輛中的ETBN和(hé)車輛網絡（ConsistNetwork）子網進行編号。      根據CSTUUID确定列車頭尾和(hé)參考方向後，TTDP協議(yì)會(huì)從(cóng)車頭開(kāi)始，沿着車頭到(dào)車尾的順序（DIR2），根據每個車輛内部靜态配置的子網信息（如CN1，CN2，CN3）和(hé)ETBN信息，按照ID從(cóng)小(xiǎo)到(dào)大(dà)的順序，依次爲每個子網分配一個6 比特的子網ID，爲每個ETBN分配一個ETBN的ID，如圖3所示。 二、ETB網絡的地址分配與路由    （1）地址分配
     ETB規範規定列車網絡使用(yòng)IPv4保留的地址空(kōng)間10.128.0.0/9，即地址高(gāo)9位（31位到(dào)23位）爲固定的000010101，定義IP地址的低(dī)23位爲bbxssss.sshhhhhh.hhhhhhhh。其中bb=00标識列車控制系統（ICMS）網絡地址空(kōng)間；bb=01爲列車多媒體網絡地址空(kōng)間，bb=10和(hé)11爲保留地址空(kōng)間；X爲預留位，固定爲0；假設以下(xià)隻考慮列車控制系統網絡，因此該網絡中所有IP地址高(gāo)12位固定爲0000-1010-1000。      列車中分爲由所有ETBN組成的ETB子網，以及每個車輛内部連接到(dào)ETBN的CN子網。其中ETB子網ID爲000000，每個CN子網的subnet ID範圍是1-63，在初運行時(shí)由TTDP協議(yì)分配獲得。需要注意的是，列車網絡中每個子網的前綴長度都是18位。CN前綴與其subnet ID相關，舉例如下(xià)表所示。      一個典型的列車網絡地址分配和(hé)ETBN路由表如圖4所示，在初運行時(shí)，3個ETBN的ID被分配爲5，6，7，三個CN子網的ID也(yě)被分配成5，6，7。每個ETBN需要兩個IP地址，一個是ETB子網側的IP地址，一個是連接本地CN子網的接口IP地址。      由于ETB規範定義ETBN在ETB側IP地址爲10.128.0.x，其中x爲ETBN的ID（爲簡化，此處不考慮冗餘IP地址）。因此三個ETBN在ETB子網中的IP地址分别爲10.128.0.5/6/7。同理(lǐ)，三個CN子網的前綴分别爲10.129.64.0/18，10.129.128.0/18和(hé)10.129.192.0/18。ETBN在本地CN側的地址使用(yòng)CN的18位網絡前綴，設備ID通常設置爲1，代表路由器接口。    （2）基于ETBN的路由
     圖4中還顯示了(le)每個ETBN中的路由表片段。以7号ETBN爲例，其中包含4個路由表項，分别顯示了(le)到(dào)達不同子網需要經過的目的ETBN的IP地址。例如，07号ETBN發現(xiàn)分組的目的IP地址前綴等于10.129.64.0/18時(shí)，需要将分組發送到(dào)ETBN網關10.128.0.5. 三、環形ETB網絡拓撲的挑戰    （1）環形ETB拓撲的特點
     由于環形拓撲具有更好(hǎo)的故障冗餘能(néng)力，因此在保證先後車輛之間有兩條全雙工(gōng)以太網鏈路不變的前提下(xià)（即ETB的物理(lǐ)層不需進行任何修改），通過打散兩條鏈路的聚合，将ETB網絡組成環狀網絡。例如王濤等人2015年在鐵(tiě)道(dào)學報(bào)上(shàng)提出了(le)一種環狀的列車網絡架構[2]，如圖5所示。這(zhè)樣在IP路由層面，任何兩個ETBN之間都存在兩條冗餘的路由，而标準的線性拓撲隻存在一條路由。      近年來(lái)，一些(xiē)爲軌道(dào)交通提供核心通信設備的EKE公司，也(yě)推出了(le)與圖5類似的支持環形以太網的列車ETB網絡解決方案[3]。    （2）環形ETB拓撲面臨的挑戰
     ETB标準并不支持圖5所示拓撲，主要表現(xiàn)在兩點。
     一是ETB鏈路層規範要求ETBN之間的多鏈路必須實現(xiàn)鏈路聚合功能(néng)，且對(duì)ETBN節點的三種配置（無源旁路、中間節點、端節點）無法實現(xiàn)單以太網鏈路旁路車輛的功能(néng)（見參考文(wén)獻[1]中的fugure29-32）；      二是ETB的TTDP協議(yì)不支持環形拓撲（見[1]的8.2.3 Assumptions），無法爲環形連接的ETBN和(hé)對(duì)應的CN子網分配ETBN ID和(hé)CN子網ID，因此ETB規範的IP地址生成機制無法實現(xiàn)。    （3）基于SDN的ETB管控      我們發現(xiàn)，十多年前ETB标準制定時(shí)還沒有SDN技術。但(dàn)目前SDN技術已經成熟，并且成功地在移動通信網絡、數據中心網絡和(hé)廣域互聯網中得到(dào)應用(yòng)。基于SDN的工(gōng)業互聯網基礎架構研究也(yě)逐漸成爲熱點。因此，環形ETB網絡管理(lǐ)也(yě)可考慮借鑒SDN思想，主要理(lǐ)由包括如下(xià)幾點。      一是ETB網絡規模相對(duì)有限，地址分配規整，拓撲變化不大(dà)，适合SDN集中控制方式；二是ETB網絡需要快(kuài)速的冗餘路徑切換，而SDN的集中計(jì)算(suàn)和(hé)統一流表下(xià)發的速度會(huì)優于目前TTDP采用(yòng)了(le)分布式計(jì)算(suàn)方式；三是SDN集中控制可以與TSN的集中資源管理(lǐ)相結合，提升ETB網絡的集約設計(jì)水(shuǐ)平。      我們将在後續的文(wén)章中對(duì)SDN在環形ETB網絡拓撲發現(xiàn)、地址分配和(hé)路由計(jì)算(suàn)中的應用(yòng)展開(kāi)分析，提出并完善基于SDN的ETB環形組網實驗方案。 參考文(wén)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列車通信網絡實時(shí)性研究，鐵(tiě)道(dào)學報(bào)，第３７卷第４期，２０１５年４月
[3]白(bái)皮書，智能(néng)列車技術，http://www.eke-electronics.com