多功能车辆总线之MVB协议

 随着铁路的快速发展，多功能车辆总线(MVB)协议作为列车通信网络(TCN)的重要组成部分，其已经成为高速电力列车控制系统的关键技术，可用于列车状态检测、故障诊断以及车载设备开发和调试等操作。今天我们一起来深扒MVB协议。

1、MVB介绍

TCN是铁路列车车辆之间和车辆内部可编程设备互联传送控制、检测与诊断信息的数据通信网络。MVB为多功能车辆总线，它是列车通信网TCN的一部分，TCN网络由WTB+MVB构成。MVB是一种主要用于对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的串行数据通信总线，它将位于同一车辆，或不同车辆中的标准设备连接到列车通信。其固定传输速率为1.5Mbit/s。

图1列车通信网络

列车通信网络通常采用分层结构，根据列车控制的特点分为上下两层，每一层根据不同的特性要求相应有不同适用局部网络，包括列车总线层(WTB)和多功能车辆总线层(MVB)。车辆总线负责同一车厢内部各种可编程终端装置的连接，列车总线负责不同车辆单元中的网络节点连接。WTB和MVB是两个独立的通信子网。

图2列车

MVB物理层提供三种不同的介质，它们以相同速率运行：

l ESD：电气短距离传送(≤20米)，标准的RS-485收发器，支持32个设备，适用于封闭小室内;

l EMD：电器中距离传送(≤200米)，支持32个设备，屏蔽双绞线，变压器耦合;

l OGF：远距离光学玻璃纤维介质(≤2000米)。

随着MVB技术的不断发展，MVB物理层介质主要以EMD为主。MVB各个总线段必需经由连接不同介质的中继器将光纤汇入总线的星耦器两种类型之一的耦合器相互连接。

2、MVB的数据帧结构

MVB的一次传输包括两种类型帧：主帧+从帧，主帧的长度固定为33位，从帧的数据长度有5种：33、49、81、153和297，具体的数据帧结构如下图3所示。

图3 MVB拓扑结构

l MSD：帧起始分界符，MVB的信号编码采用G.E.Thomas Andrew S.Tanenbaum的曼彻斯特编码(从低到高为“0”，从高到低为“1”)传输数据。同时，MVB增加了两个非数据符编码：“NH”和“NL”，如图4所示。

(帧起始分界符9bit可为：“起始位”，“NH”，“NL”，“0”，“NH”，“NL”，“0”，“0”，“0”);

图4 MVB编码机制

l SSD：从帧起始定界符;

l F_code：数据帧类型判断符，数据类型分为：

“过程数据帧”：(F=0~4)，周期性数据，其从帧数据有16bit,32bit,64bit,128bit或者256bit;

“消息数据帧”：(F=12)，偶发性数据，其从帧数据有256bit;

“监督数据帧”：(F=8,9,13,14,15)，其从帧数据有16bit;

l Addr：地址位;

l Data：根据数据帧的不同，数据帧有效长度为16bit,32bit,64bit,128bit或者256bit;

l CheckSum：校验序列;

l ED：分界符结束。

具体的数据序列结构如下图5所示：

图5 MVB数据序列

这里需要注意的是，线路信号在8位校验序列完成后终止，终止分界符不占位，上图5红色箭头所示。一个完整的主/从帧数据应包括起始分界符，(数据类型判断符)，帧数据，校验序列和终止分界符才算有效帧。

4、 实例应用与分析

(1) 现场模拟MVB车辆通信协议，使用致远电子最新推出的“数据挖掘型”示波器ZDS4054 Plus，其免费标配MVB协议解码功能，可对全内存512Mpts的数据进行解码，且可对车辆通讯信号监测，每一帧数据的信息均可在事件表中进行查看，如下图6所示：

图6 MVB解码

(2) 对长时间监测的数据进行异常分析，可在示波器的缩放模式下使用双ZOOM多窗口显示的功能，对信号进行多窗口异常监测和分析，可就某一个数据帧进行分析，也可对某一个上升沿的上升时间进行分析测量等，同时还可以实时观测事件表中的数据变化，如下图7所示。

图7 MVB细节分析

(3) 当测试过程中监测到如下异常信号时可展开数据帧对其进行深度分析，在校验序列之后发现解码异常。

图8 MVB异常分析

分析：

l 如上图7所示，主帧数据后面的从帧数据有异常，怀疑从机设备无响应，导致解码异常。

l 若MVB物理层使用RS485，建议用差分探头，或是换个测量点，尽量避免使用三态信号来做协议分析。

注：针对大数据分析时，可将采集到的数据进行保存后使用上位机软件进行离线分析。