ETB将傳統列車(chē)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技術可極大(dà)的降低網絡建設和管理維護成本。本文首先介紹ETB網絡的拓撲特點，地址分(fēn)配和路由機制。然後指出ETB标準隻支持線性拓撲，無法滿足冗餘性更好的環形ETB拓撲（以太網環）的組網需求。我(wǒ)(wǒ)們認爲基于SDN的ETB管控可能是解決上述問題的途徑。 一(yī)、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(zhōng)給出了支持冗餘的ETB骨幹拓撲結構，如圖1所示，所有的ETBN節點相連組成一(yī)個線性的ETB骨幹拓撲，除了首尾ETBN節點外(wài)，每個中(zhōng)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以太網鏈路聚合機制捆綁使用。    （2）ETBN ID和CN子網ID的分(fēn)配
     每列火(huǒ)車(chē)由多個車(chē)輛（consist）組成，每個車(chē)輛有出廠時設定的全球唯一(yī)的128位車(chē)輛标識（CSTUUID），在列車(chē)初運行時，TTDP (Train Topology Discovery Protocol，TTDP)協議比較列車(chē)首尾車(chē)輛的CSTUUID，将具有較小(xiǎo)CSTUUID的車(chē)輛定義爲車(chē)頭（top node），具有較大(dà)CSTUUID标識的車(chē)輛定義爲車(chē)尾（bottomnode），如圖2所示。      然後按照車(chē)頭到車(chē)尾的順序爲每個車(chē)輛中(zhōng)的ETBN和車(chē)輛網絡（ConsistNetwork）子網進行編号。      根據CSTUUID确定列車(chē)頭尾和參考方向後，TTDP協議會從車(chē)頭開(kāi)始，沿着車(chē)頭到車(chē)尾的順序（DIR2），根據每個車(chē)輛内部靜态配置的子網信息（如CN1，CN2，CN3）和ETBN信息，按照ID從小(xiǎo)到大(dà)的順序，依次爲每個子網分(fēn)配一(yī)個6 比特的子網ID，爲每個ETBN分(fēn)配一(yī)個ETBN的ID，如圖3所示。 二、ETB網絡的地址分(fēn)配與路由    （1）地址分(fēn)配
     ETB規範規定列車(chē)網絡使用IPv4保留的地址空間10.128.0.0/9，即地址高9位（31位到23位）爲固定的000010101，定義IP地址的低23位爲bbxssss.sshhhhhh.hhhhhhhh。其中(zhōng)bb=00标識列車(chē)控制系統（ICMS）網絡地址空間；bb=01爲列車(chē)多媒體(tǐ)網絡地址空間，bb=10和11爲保留地址空間；X爲預留位，固定爲0；假設以下(xià)隻考慮列車(chē)控制系統網絡，因此該網絡中(zhōng)所有IP地址高12位固定爲0000-1010-1000。      列車(chē)中(zhōng)分(fēn)爲由所有ETBN組成的ETB子網，以及每個車(chē)輛内部連接到ETBN的CN子網。其中(zhōng)ETB子網ID爲000000，每個CN子網的subnet ID範圍是1-63，在初運行時由TTDP協議分(fēn)配獲得。需要注意的是，列車(chē)網絡中(zhōng)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(yī)個典型的列車(chē)網絡地址分(fēn)配和ETBN路由表如圖4所示，在初運行時，3個ETBN的ID被分(fēn)配爲5，6，7，三個CN子網的ID也被分(fēn)配成5，6，7。每個ETBN需要兩個IP地址，一(yī)個是ETB子網側的IP地址，一(yī)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(zhōng)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(zhōng)的IP地址分(fēn)别爲10.128.0.5/6/7。同理，三個CN子網的前綴分(fēn)别爲10.129.64.0/18，10.129.128.0/18和10.129.192.0/18。ETBN在本地CN側的地址使用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(zhōng)還顯示了每個ETBN中(zhōng)的路由表片段。以7号ETBN爲例，其中(zhōng)包含4個路由表項，分(fēn)别顯示了到達不同子網需要經過的目的ETBN的IP地址。例如，07号ETBN發現分(fēn)組的目的IP地址前綴等于10.129.64.0/18時，需要将分(fēn)組發送到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的故障冗餘能力，因此在保證先後車(chē)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(wù)理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年在鐵道學報上提出了一(yī)種環狀的列車(chē)網絡架構[2]，如圖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路由，而标準的線性拓撲隻存在一(yī)條路由。      近年來，一(yī)些爲軌道交通提供核心通信設備的EKE公司，也推出了與圖5類似的支持環形以太網的列車(chē)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，主要表現在兩點。
     一(yī)是ETB鏈路層規範要求ETBN之間的多鏈路必須實現鏈路聚合功能，且對ETBN節點的三種配置（無源旁路、中(zhōng)間節點、端節點）無法實現單以太網鏈路旁路車(chē)輛的功能（見參考文獻[1]中(zhōng)的fugure29-32）；      二是ETB的TTDP協議不支持環形拓撲（見[1]的8.2.3 Assumptions），無法爲環形連接的ETBN和對應的CN子網分(fēn)配ETBN ID和CN子網ID，因此ETB規範的IP地址生(shēng)成機制無法實現。    （3）基于SDN的ETB管控      我(wǒ)(wǒ)們發現，十多年前ETB标準制定時還沒有SDN技術。但目前SDN技術已經成熟，并且成功地在移動通信網絡、數據中(zhōng)心網絡和廣域互聯網中(zhōng)得到應用。基于SDN的工(gōng)業互聯網基礎架構研究也逐漸成爲熱點。因此，環形ETB網絡管理也可考慮借鑒SDN思想，主要理由包括如下(xià)幾點。      一(yī)是ETB網絡規模相對有限，地址分(fēn)配規整，拓撲變化不大(dà)，适合SDN集中(zhōng)控制方式；二是ETB網絡需要快速的冗餘路徑切換，而SDN的集中(zhōng)計算和統一(yī)流表下(xià)發的速度會優于目前TTDP采用了分(fēn)布式計算方式；三是SDN集中(zhōng)控制可以與TSN的集中(zhōng)資(zī)源管理相結合，提升ETB網絡的集約設計水平。      我(wǒ)(wǒ)們将在後續的文章中(zhōng)對SDN在環形ETB網絡拓撲發現、地址分(fēn)配和路由計算中(zhōng)的應用展開(kāi)分(fēn)析，提出并完善基于SDN的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列車(chē)通信網絡實時性研究，鐵道學報，第３７卷第４期，２０１５年４月
[3]白(bái)皮書(shū)，智能列車(chē)技術，http://www.eke-electronics.com