過去，鐵路產業通常需同時部署多個通訊網路：一個用於列車控制，一個用於鐵路號誌，另一個則用於影像監控和乘車資訊系統，最後通常還有一個額外的乘客 Wi-Fi 網路。這些通訊網路大多使用舊式的 MVB、CAN 和 PROFIBUS 介面，它們都有一些頻寬限制，因此需與閘道器搭配使用。另一方面，這些網路在實體上彼此隔離，並且明確劃分了安全和非安全區。然而，這樣的解決方案會增加列車控制和監控系統架構的複雜性和成本，使得列車整個生命週期的成本也跟著升高。

為了實現整合多列車網路，並降低列車製造和維護成本的遠大目標，CONNECTA-2 和 Safe4RAIL-2 計畫提出了 Drive-by-Data 的概念，希望能透過電子網路，以數位方式傳輸 TCMS（列車監控系統）子系統的所有控制參數。在此理念驅策下，這兩個聯盟長期致力於定義和開發符合 IEC 61375 標準的下一代列車通訊網路（NG-TCN），讓不同製造商所打造的列車能夠實現真正的互通性。他們分別定義了新一代的列車網路拓撲設計、新的安全網路啟動程序，並且將安全通訊等級提高到 SIL4，同時還導入了時效性網路（TSN）技術。許多列車通訊網路（NG-TCN）設備已開始加入這些增強功能，以下將詳述相關發展與部署。

下一代 NG-TCN 顯著提高了安全性

a）新的列車網路拓撲

新的列車網路拓撲包含兩條獨立的列車骨幹乙太網路（ETB）資料傳輸線路，以便利用動態 VLAN 重配置特性，為關鍵和非關鍵資料建立備援通訊通道。

b）安全列車啟動程序

支援高達 SIL4 等級的安全列車啟動程序，可實現安全牢固的列車聯結或解聯程序。這套經過修訂的程序採用標準乙太網路通訊，可根據列車啟動過程中的各項參數，例如列車、編組，以及行駛方向等，來套用列車安全功能。

c）安全通訊通道

此安全通訊通道利用 SDTv4 協定，來執行 SIL4 等級的安全功能，並確保各個不同列車中的終端設備，能夠在安全環境中進行點對點資訊交換。

d）時效性網路

時效性網路（TSN）技術定義了可交換安全關鍵資料的時段，並避免在這些時段內傳輸非安全關鍵資料。

NG-TCN 設備之間的互通性

NG-TCN 設備的發展，包括 TSN 技術，是鐵路產業的一項重大突破。Moxa 與 Safe4RAIL-2 聯盟的其他合作夥伴，共同成功開發了 NG-TCN 設備。這個重要里程碑象徵著建立更安全列車網路的夢想成真。值得注意的是，Moxa 設備均整合了 TSN 技術，並完成後續的互通性驗證，為實現 Safe4RAIL-2 計畫的重要目標（整合列車網路、降低整體列車成本）貢獻了一己之力。TSN 技術的重要特性如下所述：

a）備援時間同步

IEEE 802.1AS-rev 定義了備援時間同步功能，使得 TSN 設備能夠在網路中以及多個網域間，即時共用同一個時間。

b）確定性資料傳輸

IEEE 802.1Qbv 定義了流量排程功能，確保 TSN 設備能以固定、可預測的時間間隔，傳輸關鍵流量。

c）備援關鍵流量

IEEE 802.1CB 標準定義了訊框複製和消除功能，讓 TSN 設備能夠在兩條 ETB 線路的 ECN 之間，傳輸備援關鍵流量。

總而言之，NG-TCN 可減少設備和布線數量，同時還可提高列車網路的整體安全性和可靠性。此外，它可透過 TSN 技術，穩定可靠地傳輸安全關鍵資料，並透過傳統的乙太網路協定傳輸非安全關鍵資料。Moxa 與聯盟合作夥伴共同進行了嚴格的互通性測試，以驗證 IEC 61375 標準未來延伸版本定義的新要求之可行性。這些新興技術的開發和整合，推動了整體產業向前跨出了一大步，除可打造下一代列車通訊網路，同時還可全面實現列車製造商之間的互通性。

Safe4Rail-2 和 CONNECTA-2 計畫簡介

附錄 A

什麼是時效性網路（TSN）？

時效性網路是一系列標準，確保各種設備能夠透過標準乙太網路，傳送確定性資訊。根據電機電子工程師協會（IEEE）的定義，TSN 包括一套網路流量管理機制，確保端對端網路傳輸的時間延遲，具有不可協商的時間訊框。TSN 可讓網路中所有設備均維持時間同步，而且所有設備全都使用一個通用的時間參考，以支援精密工業控制應用所需的即時通訊。

此計畫已獲得歐盟 Horizon 2020 研究與創新計畫的贊助，贊助合約編號為 826073。本文件所述的資訊和觀點，均為作者個人意見，不代表 Shift2Rail 聯合承諾（Joint Undertaking，JU）的官方立場。JU 不保證本文資料的準確性。JU 或任何代表 JU 行事的人，對文件中使用的任何相關資訊概不負責。