第頁列車通信網一、課程說明課程編號：090333Z10課程名稱：列車通信網/TrainCommunicationNetworks課程類別：專業教育課程學時/學分：32/2（含實踐學時：4）先修課程：微機原理與接口技術、通信與網絡適用專業：電子信息工程、通信工程教材、教學參考書：倪文波主編.高速列車網絡與控制技術.成都:西南交通大學出版社.2010年；陶艷主編.列車網絡控制技術原理與應用.北京:中國電力出版社.2010年；陳特放主編.列車微機與網絡控制技術及應用.北京:科學出版社.2012年二、課程設置的目和意義隨著國內外高速客運鐵路和重載貨運鐵路的飛速發展，列車通信網已滲透到鐵路運輸的各個專業領域，成為控制和通信領域交叉學科的重要研究內容之一，具有較大的應用前景和開發應用需求。作為高等學校通信工程、電子信息工程類專業面向應用開發的專業課，要求學生具備一定的軟硬件開發基礎和計算機網絡基礎知識。課程通過對當前國內外主流的列車通信網絡為研究對象，以列車通信網絡的拓撲結構、數據傳輸等通信節點開發流程和軟硬件設計方法為主要內容，課程理論嚴密、邏輯性強，有廣闊的工程背景。通過本課程的學習，使學生掌握良好的產品開發基礎、硬件設計流程、軟件編程規范和和科學歸納能力，為今后參與鐵路信號、通信系統的研發工作奠定基礎。三、課程的基本要求知識：了解目前主要的現場控制總線技術的基本原理、技術特點、應用范圍；掌握列車通信網絡這一特殊復雜環境下對現場總線在通信質量、傳輸速率、總線管理、拓撲結構等方面的特殊要求；熟悉目前主流的各類網絡化貨運機車和客運列車所采用的列車通信網絡技術以其在應用現狀；熟悉自組網式以及主從應答式列車通信網絡的應用范圍及技術特點；了解LONTALK協議以及LONWORKS網絡節點的硬件開發流程和軟件編程規范；了解TCN協議以及MVB網絡節點的總線管理過程和軟硬件開發流程。能力：以列車控制系統和通信質量為切入點，以實際運營環境為背景，具有提出合適列車通訊網絡設計方案的能力；具有靈活運用網絡控制系統及計算機網絡基本原理，選用合適的通訊網絡拓撲方案、節點配置及傳輸性能要求的能力；具有LONWORKS節點開發和MVB節點開發的能力（包括節點設備的硬件和軟件開發兩部分）。素質：建立“列車通信網絡——網絡控制系統——通訊質量保障”的橫向對比分析和循環優化設計的設計觀念；通過對現場主流列車通信網絡的優缺點分析，培養網絡控制系統級開發人員的分析問題、解決問題和改進流程的業務素質；通過實踐環節的培養，提升學生動手、動腦的自主學習積極性，形成不斷學習和適應發展素質。四、教學內容、重點難點及教學設計章節教學內容總學時學時分配教學重點教學難點教學方案設計（含教學方法、教學手段）講課(含研討)實踐第1章緒論列車通信網絡的發展歷史、基本概念、當前研究熱點難點、發展趨勢220當前主流列車通信網絡的選用標準本課程與前期課程的交叉知識點介紹當前國內外主流的列車通信網絡的總線結構、應用范圍、技術特點第2章列車通信網絡技術路線（1）列車通信網絡與傳統以太網、工業控制網絡的區別和聯系；（2）列車通信網絡的通信質量、傳輸速率、總線管理、拓撲結構要求分析；（3）以CANOPEN、LON、TCN、FIP、ARCNET為例介紹網絡技術特點及應用440分析國內外常見的通信網絡，總結其應用背景、技術特點、優缺點；分析當前列車通信網絡的拓撲結構、Qos要求及解決辦法；簡化眾多種類列車通信網絡技術路線及優缺點等記憶內容、加深理解列車通信網的應用技術路線教學思路：以實例分析各種列車通信網絡的應用背景和優缺點；通過橫向和縱向對比方法加深知識點。教學模式：除正常教學外，增加1課時的自主學習和考核環節：總結其他工業控制總線的技術特點第3章列車通信網絡拓撲結構與分析（1）自組網式列車通信網絡設計方法（2）主從應答式列車通信網絡設計方法440以ISO/OSI七層模型為研究對象，針對性分析列車通信網絡對每層的技術要求；分析自組網式和主從應答式網絡的區別和聯系；分析兩種拓撲結構的設計方法自組網和主從式網絡結構的區別和聯系教學思路：以當前主流電力機車為例，分析兩種拓撲結構的應用場合和技術特點。教學模式：加入實際電力機車的模型、圖片、視頻，提高學習積極性和主觀能動性。第4章LONWORKS網絡開發技術（1）神經元芯片與智能家居介紹;LON詳細分析;（2）LONTALK協議及LONWORKS網絡節點開發流程（3）ECHELON公司節點開發工具安裝、使用方法介紹（4）LONWORKS節點開發硬件設計方法及軟件編程（5）實踐環節：1082LON網絡的應用特點、國內當前的應用熱點；LON節點開發流程、配套軟件功能搭配使用；LON專業芯片軟硬件開發流程針對自主網式拓撲，鳳分析LON網絡技術特點：(1)區別8086/MCS51設備開發流程（2）按照Echelon公司提供的LON網絡節點的開發流程進行教學教學思路：按Echelon公司提供的開發流程進行產品化開發講解。教學模式：除正常教學外，增加主學習和考核環節：閱讀文獻，了解基于LONTALK的技術及產品特點。實踐環節：LONWORKS網絡監控分析系統第5章TCN網絡開發技術（1）TCN總線協議分析編碼方式及節點類別功能（2）WTB總線及MVB總線的技術特點及應用背景（3）MVBC-01和FPGA為技術特點的MVB節點開發硬件設計方法（4）以HXD1機車為例說明TCN總線的應用特點（5）實踐環節：MVB節點開發1082以ISO/OSI七層模型為對應，介紹TCN協議的實現方式，分析TCN的技術特點；WTB和MVB兩種網絡的應用場景、通信速率、節點要求；以MVBC01和FPGA為核心，分析兩類節點開發流程TCN協議中WTB和MVB的基本拓撲結構、MVB的通信編碼方式、MVB二類節點到四類節點的開發需求和功能分析教學思路：提煉TCN網絡節點的技術特點、開發流程；按兩種思路設計TCN節點的開發流程。教學模式：增加主學習和考核環節：熟悉DXP或POWERPCB軟件。實踐環節：用FPGA開發簡單的MVB一類節點。第6章列車通信網絡一致性測試技術（1）網絡通信節點性能檢測方法分析（2）網絡節點故障檢測及恢復技術分析220結合列車通信網絡節點開發流程，對比分析常見的網絡節點故障原因、故障現象及故障恢復方法結合列車通信網絡節點開發流程，對比分析常見的網絡節點故障原因、故障現象及故障恢復方法教學思路：根據鐵路機車兩年檢和六年檢規范需求進行講授。教學模式：分組討論網絡節點開發過程的難點，針對性講解總計32284注：實踐環節應配套不少于4學時的自主學習時間，包括實驗、上機等。五、實踐教學內容和基本要求本課程實驗為4學時，利用PCB制圖軟件，完成LONWORKS通信節點和TCN通信節點的硬件設計、布線和制版過程，熟悉NeuronC編程語言及調度機制，與現有硬件聯調實現簡單的交通燈控制實驗；熟悉FPGA開發語句和仿真環境。使學生從實踐中了解和掌握本課程的基本概念、方法及其基本開發思想。通過實驗增強學生對列車通信網了的學習興趣和熱情，提高學生的動手能力。學生按照實驗指導書的要求獨立完成上機實驗，掌握實驗的基本原理、實驗任務和實驗步驟，分析總結實驗結果，并根據實驗結果回答相關問題。實驗名稱實驗內容學時基本要求自主學習工業總線技術總結0按照當前常見的工業總線，分組討論每種總線的應用背景、技術特點、優缺點LONWORKS節點開發熟悉繪制電路圖和電路板軟件，用ECHELON公司的FT3150核心板開發LONWORKS通信控制節點2熟悉POWERPCB或者DXP軟件熟悉LONWORKS節點開發流程了解NeuronC語句MVB節點開發用FPGA開發MVB通信控制節點2了解Altera或者Xilinx的FPGA芯片參數熟悉Verilog語句熟悉FPGA開發工具及仿真流程六、考核方式及成績評定教學過程中采取講授、討論、分析