基于随机Petri网的铁路时间同步网协议脆弱性分析

针对铁路时间同步网的时间同步协议脆弱性问题,提出将随机Petri网(SPN)和马尔科夫链相结合进行协议脆弱性分析。剖析铁路时间同步网的结构、协议执行流程,建立铁路时间同步网中时间同步协议在中间人攻击作用下的SPN模型;分析影响协议脆弱性的相关状态,得到协议脆弱性相关状态的实施速率与协议正常结束状态和异常结束状态稳态概率之间的关系曲线;确定影响铁路时间同步网中时间同步协议脆弱性的具体因素。研究结果可为维护铁路时间同步网及制定相应性能指标提供借鉴。     

基于PTP协议的铁路时间同步网络同步技术研究

由于列车运行速度不断提高,列车的安全问题变得尤为重要。时间同步技术的引入可以帮助铁路各系统通过对时间的监测定位到故障的发生点和各事件的启动顺序。针对铁路系统内部信息传输量大、状态改变快等特点,只有各系统之间实现时间同步,并满足一定的时钟同步精度,从而才能提高系统的联动能力。为了提高铁路系统的时间同步精度,提出精准时间同步协议(PTP)在铁路时间同步网中的应用,并在OPNET仿真中搭建铁路时间同步网网络模型,仿真结果验证了应用PTP协议的铁路时间同步网时间同步精度可达到微妙级。结果表明:应用PTP协议对铁路时间同步网建设和时间同步精度提高起着重要作用。     

基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿

LTE-R作为下一代高速铁路无线通信系统，保持时间同步对于高速铁路行车安全至关重要。针对现有时间同步方法仅考虑随机噪声，而忽略LTE-R无线信道多径衰落、多普勒频移等对时钟同步过程的影响，导致主从时钟偏移估计不准确的问题，提出一种基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿方法：建立LTE-R下主从时钟之间相位、频率偏移的状态转移方程；构建引入伯努利随机变量的时钟相位、频率偏移观测方程；利用改进的卡尔曼滤波算法得到最优时钟偏移估计值；使用本方法实现对LTE-R时间同步误差的补偿；通过实验仿真，得到LTE-R下信道多径衰落、多普勒频移、信噪比、列车车速等对高速铁路时间同步的影响，并实现对不同高铁运行场景下时间同步偏差的定量分析。结果表明：本方法能够有效消除LTE-R无线信道时钟偏差，与其他补偿方法相比，具有更好的稳定性和鲁棒性。     

PTP精准时间同步技术及应用前景的探讨

首先对精准时间同步技术(PTP)进行介绍,然后结合铁路时间同步网,探讨了PTP技术在铁路时间同步网内应用的可行性。     

基于半马尔可夫过程的铁路时间同步网协议安全量化分析

针对基于Autokey模型的铁路时间同步网协议安全性问题,考虑时间同步协议在攻击行为下的状态驻留时间为非指数分布,提出基于半马尔可夫过程的铁路时间同步协议的安全性量化分析方法。剖析基于Autokey模型的铁路时间同步协议序列执行流程,建立带有网络攻击行为的铁路时间同步协议完整性验证过程的状态变迁模型。分析协议的不安全状态与协议相关安全性指标之间的关系,得到协议各安全性相关指标与协议不安全状态的变迁概率和状态驻留时间之间的关系曲线,分析影响铁路时间同步网协议安全性的关键因素。研究结果可为铁路时间同步网信息安全维护提供借鉴。     

铁路分组传送网时间同步技术研究

铁路通信同步网分为时钟同步网和时间同步网,针对铁路高精度时间同步的要求,分析铁路高精度时间同步网采用的时间同步技术,以及利用分组传送网完成高精度时间同步信号地面传送的方法。     

铁路时钟同步网的测试研究

时钟同步网是保障铁路通信网络正常运行的重要基础,定期的时钟同步性能检测能及时发现时钟同步性能劣化,有效避免业务网运行故障的发生。结合铁路时钟同步网的结构及组成,说明时钟同步网性能的主要评价指标,并通过实例介绍一级基准时钟的测试配置及评价标准,有助于通信维护人员理解和维护。     

关于铁路通信同步网发展的探讨

铁路通信同步网分为时钟同步网和时间同步网。针对铁路同步网现状和存在的网络结构、覆盖、设备老化等问题进行分析,提出近期铁路同步网发展规划。出于未来通信对同步网的更高要求,从技术更新角度提出对远期同步网发展的考虑。     

基于着色Petri网的铁路时间同步协议建模及安全性分析

针对Autokey模型的铁路时间同步协议安全性问题,提出利用着色Petri网对协议进行安全性分析。剖析Autokey模型的铁路时间同步协议序列及其执行流程;重点针对其认证阶段,分别构建正常认证和加入中间人入侵的着色Petri网模型,分析中间人入侵时协议认证过程的不安全状态,建立模型状态方程;应用逆向状态分析法对铁路时间同步协议认证过程的安全性进行分析,得到中间人在认证阶段攻击协议的实施序列。研究结果表明:基于Autokey模型的铁路时间同步协议的认证过程是不安全的。     

基于模糊贝叶斯网络的铁路时间同步网可靠性分析

铁路时间同步网是结构复杂、覆盖面广阔、关键设备冗余的可修安全苛求系统,其中普遍存在共因失效现象。为了量化铁路时间同步网安全风险并识别薄弱环节,本文基于模糊集理论,利用模糊语义及模糊排序法量化基本事件的条件概率,然后使用贝叶斯网络构建铁路时间同步网可靠性模型并进行了可靠性评估。通过计算系统故障条件下各个单元的不可用度,更能实际的识别系统薄弱环节。铁路时间同步网的实例分析表明,模糊贝叶斯网络对于分析铁路时间同步网可靠性是切实可行的,不考虑共因失效会导致可靠性分析结果偏于乐观,计算得出的铁路时间同步网可靠性客观反映了铁路时间同步网目前的安全状况。重要度分析结果表明,光纤及一级同步网设备失效是引起铁路时间同步网的关键事件,因此加强对其维护检查能够有效降低事故的发生概率。     

北斗卫星导航系统在铁路同步网中的应用研究

简要介绍了铁路时钟同步网和铁路时间同步网的现状;对铁路同步网的主要技术性能进行了验证测试,深入分析了基于北斗卫星导航系统的同步网和基于GPS的同步网性能,并对比了两个不同卫星信号源的差异;依据测试结果分析了现有铁路同步网的不足,并提出了优化建议。     

基于大数据的铁路时间同步网异常流量检测系统的研究

为快速准确地识别铁路时间同步网所受到的恶意攻击,设计一种基于大数据的铁路时间同步网异常流量检测系统。该系统首先采用无监督学习算法K-Means对部分数据进行训练,形成最优聚类模型,并通过该模型实现对异常流量的检测。将已标记的时间同步网数据输入系统,测试系统对异常流量的检测准确率及速度是否满足铁路时间同步网的要求。对系统识别出的异常流量特征进行分析,找出相关性较高的典型特征类型,并结合铁路时间同步网结构,针对该类型特征提出初步的攻击防御建议。研究结果表明:基于大数据的异常流量检测系统聚类时间70.434 682 s及准确率98.36%均满足大数据网络环境下铁路时间同步网的要求;基于时间和主机的网络流量统计特征可以为提升铁路时间同步网的安全性提供参考。     

基于匿名代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方案

针对铁路下一代移动通信系统LTE-R的车地无线通信实体认证安全漏洞及认证效率问题,提出了基于匿名代理签名的车-地无线通信安全认证方案。该方案针对3种认证场景分别设计了注册认证协议、初始认证协议和重认证协议,通过引入匿名代理签名机制,实现了IMSI的机密性保护和MME的预认证功能,可抵抗中间人攻击、重放攻击和拒绝服务攻击。此外,本方案实现了认证信息的本地生成,有效提高了高速移动环境下频繁重认证的计算和通信效率,避免了认证向量耗尽而重启初始认证协议的问题。性能分析表明,本方案能够满足LTE-R系统车地认证对安全性和实时性的实际需求。     

LTE-R网络技术在重载铁路的应用

朔黄铁路基于LTE-R网络,实现重载铁路的同步操控、可控列尾、调度通信和调度命令传递。同步操控和可控列尾实现多机车间的通信连接,从而实现多机车同步可控;调度通信通过IP化的语音实现日常通话功能;调度命令则直接利用LTE-R网络的数据传输功能在车—地间传递。这些应用技术为重载铁路的安全可靠运行提供了有力保障。     

铁路时间同步网溯源及同步性能研究

铁路时间同步网是为铁路各通信子系统提供精确时间的重要支撑系统，其运行性能非常重要。针对铁路时间同步网及其3层固定结构以及移动列车时间同步节点，分析铁路时间同步网4种不同的溯源参考，并基于经过校准的全球导航卫星系统（GNSS）时间频率传递装置，设计了铁路时间同步网溯源监测方法，评估了铁路时间同步网中不同溯源源头可能造成的时间同步性能差异。针对铁路时间同步网现状，测量分析其现有性能能否对未来5G-R提供有效支撑具有重要意义。     

IEEE1588v2时间同步原理及应用浅析

文章介绍了IEEE1588v2的基本概念,将IEEE1588v2与常用的时间同步方案进行了分析比较。分别对BC+OC、E2E TC+OC和P2P TC+OC这3种基本的IEEE1588v2时间同步模型的工作原理进行深入的分析,对3种模型的时间同步过程进行详细计算。通过分析和计算表明:(1)BC+OC模型支持层次化的同步结构,符合传统的同步网络部署方式;存在误差累积效应,在时间同步链路中,串接的BC数量不宜过多;(2)E2E TC+OC模型支持高精度多跳网络部署;采用星型网络结构,可避免时钟成环,安全可靠性高;不支持分层规划,所有SC都跟踪到GMC,GMC的压力较大,不适合构建大型网络;(3)P2P TC+OC模型支持高精度大范围多跳网络部署;采用星型网络结构,可避免时钟成环,安全可靠性高;GMC的压力小,适合构建大型网络。随着承载网向PTN、OTN网络演进,IEEE1588v2在铁路时间同步网中的应用条件开始逐步成熟,可以分层、分步推进。同时,根据各种时间同步模型特点,提出了分层建设网络模型。     

铁路通信同步网建设方案研究

介绍了既有铁路通信同步网的时钟节点分布、同步网结构及同步网定时链路的组织原则。提出了同步网建设的建议,如：通信同步网结构及设备配置、同步网时钟设置、同步网定时链路等。     

铁路通信时钟同步网的规划研究

介绍铁路通信时钟同步网的现状,分析其存在的问题,对同步网的相关技术进行研究,提出铁路通信同步网PRC、LPR的节点布置.     

GSM-R与LTE-R网络对比

随着运输和养护技术的提高,窄带GSM-R网络已不能满足新业务的需求,宽带LTE-R系统成为下一代铁路无线通信系统的发展方向。本文对GSM-R和LTE-R的系统架构、接口及协议进行对比,并展望铁路无线移动通信技术的未来发展。     

LTE-R场强测试系统的实现

LTE-R场强覆盖是物理层重要指标,在通信系统的设计、实现、优化及维护过程中起着非常重要的作用。研究LTE-R网络下的场强覆盖测试,提出铁路典型应用场景下以LTE-R接收机和定位装置为核心部件的LTE-R场强测试系统架构;实现了LTE-R场强电平值-公里标的二维图形化显示,并进行了静态测试;通过搭载试验列车的动态测试结果,验证了系统架构的可行性。