ETB将傳統列車網絡交換帶寬從(cóng)1Mbps左右提升到(dào)100MBps，同時基于通(tōng)用以太網設備和技(jì)術(shù)可極大的降低(dī)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，地址分配和路(lù)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環形ETB拓撲（以太網環）的組網需求。我們認為(wèi)基于SDN的ETB管控可能(néng)是解決上(shàng)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(xiàng)連組成一(yī)個(gè)線性的ETB骨幹拓撲，除了首尾ETBN節點外，每個(gè)中間ETBN交換節點都通(tōng)過兩個(gè)全雙工(gōng)以太網鏈路(lù)與其前後兩個(gè)方向的ETBN節點相(xiàng)連。任何兩個(gè)ETBN節點間的冗餘雙鏈路(lù)采用以太網鏈路(lù)聚合機(jī)制捆綁使用。    （2）ETBN ID和CN子網ID的分配
     每列火車由多(duō)個(gè)車輛（consist）組成，每個(gè)車輛有出廠時設定的全球唯一(yī)的128位車輛标識（CSTUUID），在列車初運行時，TTDP (Train Topology Discovery Protocol，TTDP)協議比較列車首尾車輛的CSTUUID，将具有較小(xiǎo)CSTUUID的車輛定義為(wèi)車頭（top node），具有較大CSTUUID标識的車輛定義為(wèi)車尾（bottomnode），如圖2所示。      然後按照(zhào)車頭到(dào)車尾的順序為(wèi)每個(gè)車輛中的ETBN和車輛網絡（ConsistNetwork）子網進行編号。      根據CSTUUID确定列車頭尾和參考方向後，TTDP協議會(huì)從(cóng)車頭開(kāi)始，沿著(zhe)車頭到(dào)車尾的順序（DIR2），根據每個(gè)車輛内部靜(jìng)态配置的子網信息（如CN1，CN2，CN3）和ETBN信息，按照(zhào)ID從(cóng)小(xiǎo)到(dào)大的順序，依次為(wèi)每個(gè)子網分配一(yī)個(gè)6 比特的子網ID，為(wèi)每個(gè)ETBN分配一(yī)個(gè)ETBN的ID，如圖3所示。 二、ETB網絡的地址分配與路(lù)由    （1）地址分配
     ETB規範規定列車網絡使用IPv4保留的地址空間10.128.0.0/9，即地址高(gāo)9位（31位到(dào)23位）為(wèi)固定的000010101，定義IP地址的低(dī)23位為(wèi)bbxssss.sshhhhhh.hhhhhhhh。其中bb=00标識列車控制系統（ICMS）網絡地址空間；bb=01為(wèi)列車多(duō)媒體網絡地址空間，bb=10和11為(wèi)保留地址空間；X為(wèi)預留位，固定為(wèi)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位固定為(wèi)0000-1010-1000。      列車中分為(wèi)由所有ETBN組成的ETB子網，以及每個(gè)車輛内部連接到(dào)ETBN的CN子網。其中ETB子網ID為(wèi)000000，每個(gè)CN子網的subnet ID範圍是1-63，在初運行時由TTDP協議分配獲得。需要注意的是，列車網絡中每個(gè)子網的前綴長(cháng)度都是18位。CN前綴與其subnet ID相(xiàng)關，舉例如下(xià)表所示。      一(yī)個(gè)典型的列車網絡地址分配和ETBN路(lù)由表如圖4所示，在初運行時，3個(gè)ETBN的ID被分配為(wèi)5，6，7，三個(gè)CN子網的ID也被分配成5，6，7。每個(gè)ETBN需要兩個(gè)IP地址，一(yī)個(gè)是ETB子網側的IP地址，一(yī)個(gè)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地址為(wèi)10.128.0.x，其中x為(wèi)ETBN的ID（為(wèi)簡化，此處不考慮冗餘IP地址）。因此三個(gè)ETBN在ETB子網中的IP地址分别為(wèi)10.128.0.5/6/7。同理，三個(gè)CN子網的前綴分别為(wèi)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(tōng)常設置為(wèi)1，代表路(lù)由器(qì)接口。    （2）基于ETBN的路(lù)由
     圖4中還(hái)顯示了每個(gè)ETBN中的路(lù)由表片段。以7号ETBN為(wèi)例，其中包含4個(gè)路(lù)由表項，分别顯示了到(dào)達不同子網需要經過的目的ETBN的IP地址。例如，07号ETBN發現分組的目的IP地址前綴等于10.129.64.0/18時，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(lù)不變的前提下(xià)（即ETB的物(wù)理層不需進行任何修改），通(tōng)過打散兩條鏈路(lù)的聚合，将ETB網絡組成環狀網絡。例如王濤等人2015年(nián)在鐵道學報(bào)上(shàng)提出了一(yī)種環狀的列車網絡架構[2]，如圖5所示。這樣在IP路(lù)由層面，任何兩個(gè)ETBN之間都存在兩條冗餘的路(lù)由，而标準的線性拓撲隻存在一(yī)條路(lù)由。      近年(nián)來，一(yī)些為(wèi)軌道交通(tōng)提供核心通(tōng)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(lù)層規範要求ETBN之間的多(duō)鏈路(lù)必須實現鏈路(lù)聚合功能(néng)，且對ETBN節點的三種配置（無源旁路(lù)、中間節點、端節點）無法實現單以太網鏈路(lù)旁路(lù)車輛的功能(néng)（見(jiàn)參考文獻[1]中的fugure29-32）；      二是ETB的TTDP協議不支持環形拓撲（見(jiàn)[1]的8.2.3 Assumptions），無法為(wèi)環形連接的ETBN和對應的CN子網分配ETBN ID和CN子網ID，因此ETB規範的IP地址生(shēng)成機(jī)制無法實現。    （3）基于SDN的ETB管控      我們發現，十多(duō)年(nián)前ETB标準制定時還(hái)沒有SDN技(jì)術(shù)。但目前SDN技(jì)術(shù)已經成熟，并且成功地在移動通(tōng)信網絡、數據中心網絡和廣域互聯網中得到(dào)應用。基于SDN的工(gōng)業(yè)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(xiàng)對有限，地址分配規整，拓撲變化不大，适合SDN集中控制方式；二是ETB網絡需要快速的冗餘路(lù)徑切換，而SDN的集中計算(suàn)和統一(yī)流表下(xià)發的速度會(huì)優于目前TTDP采用了分布式計算(suàn)方式；三是SDN集中控制可以與TSN的集中資源管理相(xiàng)結合，提升ETB網絡的集約設計水(shuǐ)平。      我們将在後續的文章中對SDN在環形ETB網絡拓撲發現、地址分配和路(lù)由計算(suàn)中的應用展開(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(tōng)信網絡實時性研究，鐵道學報(bào)，第３７卷第４期，２０１５年(nián)４月(yuè)
[3]白(bái)皮書，智能(néng)列車技(jì)術(shù)，http://www.eke-electronics.com