基于GPRS分组交换网络的CTCS-3级列控系统车地安全数据传输的可行性

基于高速铁路既有的通用分组无线业务(GPRS)分组交换网络以及CTCS-3级列控系统车地安全数据传输需求,提出GPRS承载CTCS-3级列控系统车地安全数据传输业务的服务质量(QoS)关键指标和协议栈;基于半实物仿真平台提出GPRS网络承载车地安全数据传输QoS测试方法,并对QoS关键指标进行测量和分析。结果表明:40字节和128字节用户数据报协议(UDP)数据帧端到端传输时延在改进网络临时块流(TBF)释放机制后,可以满足车地安全数据传输QoS的需求;GPRS网络的误帧/丢帧主要出现在小区重选时,下行链路误帧/丢帧率高于上行链路误帧/丢帧率;GPRS附着时延和分组数据协议(PDP)激活时延可以满足车地安全数据传输QoS的需求。优化GPRS网络数据传输时延、小区重选机制和重选时的数据缓存机制是利用GPRS网络承载CTCS-3级列控系统车地安全数据传输的关键。     

基于工业以太网的地铁列车多网融合技术仿真研究

针对工业以太网在实时性等方面的缺陷,在传输协议机制上提出改进建议,建立数据业务综合分级调度的实时传输机制,以有效降低端到端传输时延;利用OPNET仿真工具,设计出列车骨干网和编组网的以太网络模型、节点模型和进程模型,并依据业务要求配置仿真参数,验证了综合分级调度算法在端到端时延方面的有效改善。     

铁路应急通信网络组呼的组播路由算法分析

从建立GSM-R铁路应急通信网络的需要出发,在组播路由算法ODMRP的基础上通过改进,提出1种支持GSM-R铁路应急通信网络组呼的组播路由新算法(REGCA)及其算法流程。在该算法中加入了抑制听者发言、限制洪泛区域以及允许自动加入临时组播等控制策略。使用NS2仿真工具建立武广高铁应急通信系统自组网仿真模型,然后根据模型建立相应的仿真场景,对REGCA算法进行仿真分析。仿真结果表明,采用REGCA算法能够大大减轻网络负载、提高分组投递率、降低端到端传输时延和路由开销;采用REGCA算法在各种仿真场景中的分组投递率均达80%以上,端到端传输平均时延均在0.4s以下,能够满足GSM-R铁路应急通信环境下的组呼要求。     

铁道车辆MVB网络分析

本文立足铁路MVB网络分析,介绍并分析了多功能车辆总线MVB帧结构、主设备帧和从设备帧及主设备帧和响应此主帧而送出去的从帧组成报文的原理,针对影响MVB协议实时性的关键因子,通过网络配置灵活支持MVB过程数据、消息数据和监督数据,降低了列车实时数据的传输时延,使实时性可靠性灵活性等方面都有明显提高。     

逻辑双环型ARCNET列车通信网络建模与仿真

基于网络仿真平台OPNET,构建了物理总线型逻辑环型列车通信网,包括网络模型、节点模型和进程模型.利用该模型,对ARCNET列车通信网络进行仿真和优化设计.通过仿真得出保证系统正常运行的双网冗余优势和网络时延以及影响端到端延时的主要因素.     

MVB中继器编解码的设计与实现

针对传统差分信号网络中继器不具备编解码能力,无法实现对MVB帧的特殊控制,提出一种基于FPGA的MVB中继器设计方案。详细分析了中继器解码器和编码器的设计过程,包括时延分析和计算、超长帧的判断和截断、帧间隔调整的时延整定与实现等方面的具体设计。通过实际测试,对时间参数进行分析对比,验证了设计的可行性。     

基于交换式以太网的列车通信网络实时性研究

以太网技术具有通信速率高、成本低的优势,目前国内外轨道交通行业都在研究发展基于以太网的列车通信网络。本文以兼容传统以太网协议为前提,研究提高工业以太网实时性的方法。在对列车通信网络需求分析的基础上,提出一种基于交换式以太网的列车通信网络的解决方案,为满足列车重要数据的实时性要求,提出列车级交换机采用混合调度算法,以降低列车实时数据在交换机缓冲队列中的排队时延。运用网络演算理论分析列车实时数据的端到端时延上界,并通过网络仿真技术验证本方案应用于列车通信网络这一特定场合的可行性和有效性。     

下一代高速铁路LTE-R车车通信时延分析

LTE-R是下一代高速铁路无线通信系统,开展对LTE-R通信性能分析具有重要的现实意义.针对下一代高速铁路车车通信系统中不同类型业务的延迟上界问题,提出一种基于随机网络演算理论的车车通信延迟上界计算方法.根据车车通信业务优先级特征引入剩余服务量分析方法,分别构建随机到达曲线与多跳节点的随机服务曲线,推导出LTE-R下车车通信的端到端延时边界,有效克服了传统方法仅能计算平均延时的问题,并通过OPENT仿真验证了本文方法的有效性.研究结果表明,列车控制业务与列车运行状态业务在低违约率下的时延分别为102 ms与126 ms,该值满足LTE-R的QoS指标要求.最后分析LTE-R不同列车车速与车车通信时延之间的定量关系,得到车车通信时延随列车车速的增大而呈现下降趋势的结论.     

CSD数据传输时延测试持续丢帧问题分析

GSM-R网络CSD传输时延测试中,常常发现持续丢帧/误帧现象,为此对问题原因、产生原理进行详细分析,在此基础上提出了测试方法的改进建议.     

基于误比特率计算的三维Ad Hoc传感器网络连接性分析

网络连接性是在设计与仿真Ad Hoc传感器网络时需确定的重要基础性问题，本文从通信路由中误比特率的角度研究了三维Ad Hoc传感器网络的连接性问题。在基于二维平面网络节点均匀分布的情况下，对三维AdHoc传感器网络的连接性进行理论计算，得出通信路由中端到端平均误比特率（BER）和平均连接跳数（Hop）的精确表达式。通过表达式发现，节点分布密度相应的存在门限值，节点分布密度低于此门限值，则网络不能进行通信，即网络为不连接。假如分布密度高于此门限值，则通信路由的最大连接跳数大于平均连接跳数。同时讨论了中继节点数对端到端平均误比特率的影响，发现在第三维中继时如采用较大的发射功率则能提高网络通信的性能，降低端到端平均误比特率。     

弹性分组环缓存容量研究

弹性分组环（RPR）是当前城域网发展的重要方向，是为了满足基于分组的城域网的要求而设计的。为了实现基于优先级区分的业务服务质量，弹性分组环采用了基于优先级区分的队列以及转发机制。与传统的队列延时研究方法不同，弹性分组环中的业务接入以及转发延时与当前网络中的拥塞状况密切相关。本文基于弹性分组环协议，建立了弹性分组环转发缓存和接入缓存的排队模型，对弹性分组环中的业务接入时延以及转发队列时延做了定量的分析计算；进而得到弹性分组环中各类优先级转发及接入缓存所需要的容量；利用仿真工具建立了RPR网络的排队传输模型，并进行了仿真验证。仿真结果和理论分析的结果非常接近，从而验证了所建立排队模型的正确性，能够为网络业务配置提供有效的参考；各级缓存容量的结论已经应用在弹性分组环的专用芯片设计之中。     

一种基于预测和提前认证的机车越区切换方案

基于通信技术的列车控制CBTC(Communication-Based Train Control)系统是城市轨道交通信号系统的主流发展方向。WLAN自身所拥有的优势使其在CBTC系统中得到应用,其中存在的安全问题也成为研究热点。本文在对应用于CBTC系统中的无线局域网络链路层的越区切换具体过程进行深入研究的基础上,将一种基于混合Markov预测模型的WLAN越区切换机制应用于CBTC系统中,并用NS2仿真软件对该方案进行仿真,与一般硬切换过程相比较表明,该方案缩短了时间延迟,保证了列车在高速运行的情况下车地通信的实时性,并且在一定程度上减少了整个CBTC的工程造价。     

基于手机数据的地铁线网清分模型验证与优化

如何高效准确地验证并优化地铁线网票款清分清算模型是地铁行业一直以来的研究重点。地铁票款清分清算模型大多是基于概率分布的出行路径选择模型。该类模型应用出行时间对应选择概率的正态分布得到乘客对不同出行路径的选择概率,结合不同出行路径上各个线路运营商的运营里程比,即可计算得到所谓的"清分因子"。为验证现有清分模型的准确性,提出使用手机数据重建乘客出行轨迹的方法。通过在地铁线网换乘节点安装无线探测装置,获取乘客智能手机唯一的MAC地址,将乘客出现的时间、地点信息实时发送到数据处理后台,按照时间先后排列捕获乘客出现的地点,以此重建出行轨迹。目前只有开启Wi Fi功能的智能手机可以被捕获。通过这一方法,不仅可以验证地铁票款清分清算模型,还可以进一步对模型参数进行修正。本研究在杭州市地铁线网中进行实验,通过重建当地乘客实际出行路径,对票款清分清算模型进行验证和修正。     

高铁站与市内交通换乘衔接选择研究

目前我国大多数高铁车站的选址都远离城市中心,造成高铁站与城市交通接驳困难及旅客出行换乘的不便。对高铁中间站旅客的个人特征、出行特征及换乘特征进行了调研与分析,综合考虑旅客的换乘特征,建立了反映旅客随机喜好性的换乘衔接选择模型。创新性地对模型中的效应函数进行了改进,将拥挤度、换乘次数、候车时间及延误时间等服务水平变量作为判断变量,在计算时考虑进来。计算结果表明,改进后的模型有更高的拟合度,可更有效地反映高铁旅客的换乘选择行为,为改善接驳工作提供参考。     

轨道车辆MVB通信网络的实时特性

多功能车辆总线(MVB)应用于轨道交通车辆的车厢级通信网络已经成为新一代列车通信网的发展趋势。采用MVB必须满足轨道车辆对数据传输提出的实时性要求。MVB网络的端到端传输延迟主要包括报文分组在缓存器内的平均等待延迟、发送报文分组延迟、介质传播延迟等,而影响发送报文分组延迟的主要因素是报文分组的平均等待延迟受介质访问控制方式的约束;主设备消息事件请求帧的到达过程服从泊松分布,多消息事件并发引发的事件仲裁延迟是影响消息数据报文延迟的重要因素。仿真实验结果表明,MVB网络的过程数据具有报文分组传输时间确定、报文分组长度对网络延迟影响小等实时特性,但消息数据的报文延迟受网络负载的影响较大。运用排队理论分析主从轮询方式下过程数据的延迟与MVB的轮询周期、通信速率的关系;分析数据表明,该方法可以取代以往的国外经验值来配置网络,而且配置指标更符合实际运行的要求,并已经成功应用于实际设备的测试分析中。     

城际铁路列控系统车-地通信延迟时间估计的深度学习算法研究

为了降低通信延迟对城际铁路列车运行控制的影响,利用通信控制服务器（CCS）积累的车-地GSM-R消息延迟时间历史数据,形成延迟时间估计的算法框架。采用递归神经网络,结合无线传输数据包大小与延迟时间的关系,并使用规范化等深度学习技术,对数据和模型进行学习和训练。实验结果表明,可以有效地估计无线传输延迟时间,解决统计分析方法带来精确度不高的问题,为车地通信消息有效性的精确判断提供依据。     

基于改进LS-SVM算法的列车通信网络时延预测方法

由于通信网络诱导时延的存在会对列车牵引制动系统造成影响,因此对时延精准预测并实现补偿十分重要。提出了一种基于改进粒子群(PSO)算法优化的最小二乘法支持向量机(LS-SVM)算法对列车通信网络时延进行预测,搭建了列车网络控制系统半实物平台,使数据通过多功能车辆总线(MVB)进行传输,分别改变车辆控制单元(VCU)特征周期及负端口数量大小,以获取大量不同特性的时延数据。将数据分组后利用改进的PSO算法优化LS-SVM算法进行预测仿真。仿真结果表明,与传统的LS-SVM算法及Elman神经网络算法的预测方法相比,所提出的方法在列车通信网络的时延预测方面具有更好的快速性和准确性。     

基于四阶累积量自适应时延估计的改进

时间延迟估计在雷达和声纳等方面有着广泛的应用。为了在空间相关或不相关的高斯背景噪声下获得比较精确的时延估计值,提出了一种基于四阶累积量、借助于ETDE(Explicit Time Delay Estimation,利用sinc函数采样FIR滤波器)算法的自适应时延估计算法。此方法可以抑制相关或不相关高斯噪声的影响,可以跟踪时延,从而保证时延的唯一性,进而得到信号准确的时延估计。该算法在较低信噪比下能得到非高斯信号较准确的时延估计。理论分析和仿真结果证明了算法的有效性。     

GSM-R系统中GPRS时延分析

分析GSM—R系统中GPRS时延的组成，对各部分进行分析，尤其对移动台所处的不同状态对时延的影响给出了测试数据。     

铁路信号安全通信协议中消息验证码算法的安全性分析和改进

通过比较TDES算法与AES和SM4算法,分析铁路信号安全通信协议(RSSP-II)中消息验证码(MAC)算法的安全性弱点,提出采用以AES和SM4为核心的MAC改进算法,并对改进的算法进行半实物仿真实验。分析和实验结果证明:改进后的算法具有更高的实时性。