一直以來，鐵路行業所用列車普遍部署多個通信網絡，分別用于列車控制、鐵路信號、視頻安全和乘客信息系統，通常還另設供乘客接入 Wi-Fi 的網絡。這些通信網絡大多使用 MVB、CAN、PROFIBUS 等傳統接口，存在帶寬限制，如組合使用，就需要網關。這些網絡也有物理分區，明確區分安全功能和非安全功能。然而，各類列車網絡增加了列車控制和監測系統 (TCMS) 架構的復雜性和成本，最終推高列車的生命周期成本。
CONNECTA-2 和 Safe4RAIL-2 項目致力于融合多個列車網絡，降低列車制造及維護成本。這兩大項目均引入數據驅動概念，即通過電子網絡數字化傳輸 TCMS 子系統的所有控制參數。為此，兩個項目一直致力于定義和開發基于 IEC 61375 的新一代列車通信網絡 (NG-TCN)，旨在實現不同制造商列車之間的真正互操作性。創新舉措包括更新列車網絡拓撲結構的設計，應用新的列車安全初運行機制，將安全通信級別提高至 SIL4，以及引入時間敏感網絡 (TSN) 技術。這些改進已體現在 NG-TCN 設備中，具體如下所述。
新一代列車通信網絡 (NG-TCN)——提升列車安全性
a)新列車網絡拓撲
新列車網絡拓撲結構包括兩條獨立的以太網列車骨干 (ETB) 數據傳輸線。能夠通過動態 VLAN 重新配置，為關鍵和非關鍵數據創建冗余通信通道。
b)列車安全啟動機制
新的列車安全初運行機制滿足 SIL4 標準，確保列車編組和解編過程安全穩定。改進后的列車啟動機制通過標準以太網通信實現列車安全功能。這些功能依賴于列車啟動過程中的參數，例如列車狀態、編組和行進方向。
c)列車安全通信通道
列車安全通信通道利用 SDTv4 協議，使安全功能達到 SIL4 級別，確保不同列車編組的終端設備在安全環境下點到點交換信息。
d)時間敏感網絡
TSN 技術定義了用于交換安全關鍵數據的時間段，防止在這些時間段內出現非安全關鍵數據傳輸。
NG-TCN 設備之間的互操作性
融合 TSN 等技術的 NG-TCN 設備的發展,是行業的一大突破。Moxa 攜手 Safe4RAIL-2 項目的其他合作伙伴，成功開發 NG-TCN 設備,為創建更安全的列車網絡樹立重要里程碑。特別值得一提的是，Moxa 設備集成的 TSN 技術及其后續互操作性驗證，極大地促進了 Safe4RAIL-2 項目關鍵目標的實現,助力合并列車網絡、削減列車總成本。TSN 技術的亮點如下：
a)冗余時鐘同步
IEEE 802.1AS-rev 中定義的冗余時鐘同步允許 TSN 設備跨網絡和多域共享一個通用實時時鐘。
b)確定性數據傳輸
依照 IEEE 802.1Qbv 調度的流量能夠確保關鍵流量在可預測的固定時間間隔內傳輸。
c)冗余關鍵流量
根據 IEEE 802.1CB 標準，幀復制及幀消除使在不同以太網編組網絡 (ECN) 之間的冗于關鍵流量能在兩個ETB線路上傳輸。
總體而言，NG-TCN 減少了設備和布線量，同時提高了列車網絡的整體安全性和可靠性。此外，NG-TCN 能夠通過 TSN 技術實現關鍵安全數據的可靠傳輸，并且依靠常規以太網協議實現非關鍵數據的可靠傳輸。Moxa 與 Safe4RAIL-2 項目合作伙伴通力合作，執行嚴格的互操作性測試，確保新要求符合 IEC 61375 標準的未來擴展趨勢。這些技術的開發和集成是為發展下一代列車通信網絡、實現不同制造商列車之間的完全互操作性邁出的一大步。
附錄 A
什么是時間敏感網絡(TSN)？
TSN 是一套協議標準，能夠確保標準以太網實現確定性數據傳輸。根據電氣和電子工程師協會 (IEEE) 的定義，TSN 包括一套網絡流量管理機制，針對端對端網絡數據的傳輸延遲，確定不可協商的時間框架。因此，必須要保證 TSN 網絡上的所有設備時鐘同步，同時建立一個通用時間框架，支持高精度工業控制應用實時通信。
Shift2計劃的資助，資助協議編號為 826073。本文提供的信息觀點僅代表作者個人，不反映 Shift2Rail 聯合行動的官方意見。該聯合行動不保證本文所含數據的準確性，且聯合行動或代表聯合行動行事的任何人士均不對其中所含信息的使用結果負責。