基于HSR/PRP冗余協(xié)議為現(xiàn)代列車配備安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)

摘要：隨著移動(dòng)通訊設(shè)備的普及和列車上精密電子設(shè)備的增加，列車運(yùn)行時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)帶寬的需求也不斷增加，進(jìn)一步對(duì)列車通信網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性提出了更高的要求。HSR/PRP冗余協(xié)議是一項(xiàng)零丟包的高可靠性技術(shù)，可以為列車制造商提供有效的解決方案。

引言

如今，列車制造商公司為現(xiàn)代列車配備強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)，以便對(duì)列車進(jìn)行有效控制。這一方面是為了給乘客提供更穩(wěn)定流暢的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)，但更重要的是，隨著列車增加對(duì)數(shù)據(jù)帶寬的需求，鐵路管理部門需要安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)高速行駛的列車進(jìn)行控制，這是一個(gè)關(guān)乎公共安全的問(wèn)題。

HSR/PRP協(xié)議在列車通信上的應(yīng)用

20世紀(jì)80 年代，在火車上引入新的精密電子設(shè)備時(shí)，鐵路部門必須使用通信系統(tǒng)來(lái)交換數(shù)據(jù)。列車制造商提供了幾種現(xiàn)場(chǎng)總線，但它們?cè)诖笠?guī)模運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵要求中使用存在一定的困難。1999 年，IEC 發(fā)布了列車車載通信標(biāo)準(zhǔn)，稱為 IEC 61375 或 TCN（列車通信網(wǎng)絡(luò)）。在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，該標(biāo)準(zhǔn)是解決這些問(wèn)題的國(guó)際通用方法。

隨著技術(shù)的發(fā)展和列車上通訊設(shè)備的增加，對(duì)巨大帶寬的需求迫使 TCN 集成并利用以太網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)。但是，這種集成可能會(huì)損害 TCN 的可靠性、安全性和實(shí)時(shí)性。相比于普通人日常連接網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，在鐵路軌道上的電子信號(hào)對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施有著更高的要求，這主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)吞吐率、使用周期成本和可擴(kuò)展性上。因此，這些設(shè)施應(yīng)該具備高水平的可用性、安全性，并且易于集成。在這種情況下，并行冗余協(xié)議 ( PRP ) 和高可靠性無(wú)縫冗余 ( HSR ) 協(xié)議是一種有效的解決方案。此外，采用HSR/PRP作為冗余手段，以太網(wǎng)-TCN網(wǎng)絡(luò)就能以一種自然而然地方式管理網(wǎng)絡(luò)中的冗余以及其它多種成分。

在可用性方面，作為比較，此處列出不同協(xié)議和類型的典型切換（在網(wǎng)絡(luò)中查找和使用新路由）所需的時(shí)間：

標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議：10s
快速生成樹協(xié)議（RSTP）：1s
介質(zhì)冗余協(xié)議 (MRP)：100 毫秒
跨網(wǎng)冗余協(xié)議 (CRP)：400 毫秒
并行冗余協(xié)議 (PRP)：零恢復(fù)時(shí)間
高可靠性無(wú)縫冗余 (HSR)：零恢復(fù)時(shí)間

虹科SoC-e HSR/PRP解決方案

虹科與西班牙合作伙伴SoC-e/RELYUM給國(guó)內(nèi)的客戶帶來(lái)了有關(guān)于HSR/PRP的多種解決方案，包括面向OEM廠商的基于FPGA的HPS（HSR/PRPSwitch）、MRS（Managed RedundantSwitch）IP核，面向工業(yè)終端用戶的成品HSR/PRP板卡、交換機(jī)等等。

虹科HSR/PRP 交換機(jī) IP核

HSR-PRP 交換機(jī)是一個(gè)完整的硬件解決方案，它可以通過(guò)利用新的 Xilinx Vivado工具輕松集成到FPGA 設(shè)計(jì)中，該工具允許在圖形用戶界面中使用 IP 核并以簡(jiǎn)單的方式配置 IP 參數(shù)。另外，它還能在 HSR 環(huán)網(wǎng)、PRP Lans 或在 IEC 61850 環(huán)境中起著網(wǎng)絡(luò)橋接器的作用。

虹科HSR/PRP 交換機(jī) IP核的關(guān)鍵特性

1、集成10/100/1000多速率MAC，可提供(R)(G)MII接口與PHY芯片對(duì)接
2、提供基于輸入端口、VLANPCP（802.1Q）、DSCP TOS(IPv4/IPv6)等方式的QoS管理機(jī)制
3、支持自定義的基于源、目的MAC的報(bào)文幀過(guò)濾，支持最高4Kbytes的巨型幀
4、實(shí)現(xiàn)HSR/PRP冗余協(xié)議，HSR模式下支持HSR-SAN、HSR-PRP、HSR-HSR三種運(yùn)行模式5、支持1588v2混合時(shí)鐘（僅從站）、IRIG-B主時(shí)鐘的同步方式
6、向外部提供AXI4-Lite、UART、MDIO、CoE(Configurationover Ethernet)這四種配置IP內(nèi)部的控制/統(tǒng)計(jì)用寄存器的手段
7、支持Xilinx旗下多個(gè)系列、多個(gè)型號(hào)的FPGA，如6系列的Spartan、Virtex，7系列的Zynq,Spartan, Artix, Kintex, Virtex等

若想獲取更多資料或試用機(jī)會(huì)，歡迎與虹科進(jìn)行聯(lián)系。