基于交换式以太网安全通信协议的模型和仿真研究

在基于通信的列车控制系统中,区域控制中心ZC(Zone Controller)子系统负责向列车发布移动授权,对于保障列车安全高效运营具有重要作用。为提高ZC的可靠性,设计中通常会使用冗余结构,其内部的安全通信协议就成为系统成败的关键。本文介绍构建于UDP协议之上的ZC内部安全通信协议的设计与实现,利用OP-NET网络仿真工具对该协议进行建模,并模拟VxWorks实时操作系统的多任务调度环境,构建基于交换式以太网的通信性能仿真研究平台。根据ZC的实际运行情况,对通信过程进行仿真,分析了发送窗口对报文最大时延的影响。仿真结果表明,适当的发送窗口数量可以兼顾通信效率和时间精度。     

传输时延对CBTC影响的分析及消除

基于通信的列控系统CBTC利用无线通信传递列车状态信息和控制命令,数据传输时延将引发不必要的列车牵引和制动,降低列控系统的性能。本文提出一种适用于CBTC的列控系统和数据通信系统的一体化设计方法,将CBTC的多列车控制系统等效为网络控制系统,建立一体化模型,分析传输时延对列控系统性能的影响。提出消除传输时延对列控系统影响的改进措施,并通过仿真验证该方法的有效性。     

动车组列车安全状态检测网络时延建模

针对动车组列车安全状态检测实时性要求较高的特点,对交换式工业以太网和CAN总线构成的异构网络应用于动车组列车安全状态检测进行了研究。综合分析了交换式工业以太网和CAN总线的周期性报文最大传输时延,建立了安全状态检测网络周期性报文最大传输时延的解析模型。基于该解析模型得出影响网络传输时延的主要因素为CAN节点、Ethernet/CAN网关和车厢级交换机的个数。最后分析了整个网络中周期性报文的最大传输时延随着CAN节点、Ethernet/CAN网关和车厢级交换机个数的变化趋势,并对所建立的解析模型进行了仿真验证。所建立的网络时延模型为定量分析网络实时性提供了理论依据。该建模方法可以推广到其他轨道交通列车中。     

上海城市轨道交通既有数据通信子系统优化研究

DCS(数据通信子系统)为CBTC(基于通信的列车控制)信号系统内其他子系统提供安全、可靠的数据交换服务,是CBTC的通信基础.对上海城市轨道交通CBTC信号系统线路进行了研究,首先介绍了既有DCS的功能和基本网络架构,阐述了DCS在CBTC系统中的重要性;然后结合实际城市轨道交通信号项目的 现状,分析了既有DCS在上海城市轨道交通系统中的应用及存在的问题,提出了DCS在冗余性、网络性能和可扩展性的优化方案,建立优化后的DCS网络架构;最后,结合研究成果,指出了未来DCS的发展方向.     

基于802.11g的CBTC车地通信子系统建模与分析

CBTC系统是利用连续、大容量的车地双向数字通信实现列车控制信息、列车状态信息传输的先进列车控制系统,CBTC系统中车地通信子系统对于保障列车安全高效的运营具有重要作用。本文根据CBTC移动闭塞系统中的列车追踪模型,分析系统对通信的要求;利用OPNET的三层建模机制,建立基于802.11g的CBTC车地通信系统的系统仿真模型;利用该仿真平台仿真列控业务下的通信系统性能;仿真结果表明,在区间追踪阶段,基于802.11g的无线局域网完全满足列车控制的需要;需要保证车站附近的AP信号覆盖以满足列车进入中间站停车时对通信的要求。     

基于802.11协议的CBTC系统数据通信子系统的探讨

数据通信系统DCS是CBTC系统的核心,CBTC系统大多采用成熟的基于IEEE 802.11协议标准的无线局域网技术作为数字通信传输系统。本文利用OPNET Modeler 14.5仿真平台,对CBTC系统的数据通信子系统建模,以802.11b标准为例进行仿真,在不同的无线数据传输速率及列车运行速度下,对无线局域网性能变化进行分析,提出具有冗余设备的列车以保证数据通信的可靠传输。随着人们对列车控制系统性能及多样化信息服务需求的增加,基于802.11协议的CBTC系统也存在一些需要解决的问题。     

基于移动授权的信息发布系统及时延分析

在基于通信的列车控制(CBTC)系统中,信息传输通道基本以通信网络为主,移动授权的传输网络时延特性是影响系统性能的关键因素。在介绍CBTC移动授权的信息发布系统基础上,重点分析了时延的构成和不确定性,结合时延特性分析了CBTC系统处理技术。     

城市轨道交通CBTC系统互联互通方案研究

依据CBTC互联互通的目标,提出CBTC互联互通的实施原则和设计原则,确定适合系统互联互通的车一地通信方式,并在此基础上从CBTC的系统结构、系统功能分配、接口技术等方面提出了CBTC实现互联互通的详细技术要求和规范。最后,给出系统互联互通的关键一DCS通信子系统的OPNET仿真。仿真结果表明：本方案满足系统互联互通要求,为城市轨道交通CBTC信号系统的招标采购及其国产化提供参考。     

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.     

CBTC系统仿真测试平台设计

本文介绍一种基于通信的列车控制系统(CBTC)的仿真测试方法,并将其应用于CBTC系统仿真测试平台.从平台的系统结构、模型建立等方面对平台系统进行了分析,就其中的建模方法和系统仿真的软件实现等进行研究.搭建了功能完善的CBTC系统仿真测试平台,在CBTC仿真测试过程中发挥了重要作用.     

基于通信的列车控制系统中无线传输系统的安全性研究

在基于无线通信的城市轨道交通列车控制系统中,无线传输系统的安全性至关重要.分析了采用无线局域网的城市轨道交通基于通信的列车控制(CBTC)系统及其可能存在的安全问题;提出了基于IPSec协议的安全加强措施,设计并实现了基于IPSec的安全方案,建立了仿真测试平台.测试结果表明,IPSec安全方案具有较高的安全性和可用性,是提高城市轨道交通CBTC系统数据传输安全性的一种有效措施.     

无线通信TD-LTE技术承载地铁CBTC业务安全体系和密钥方案研究

无线通信TD-LTE(时分-长期演进)技术在移动通信公用网络系统采用了一些新的安全保密机制,但仍无法完全克服无线网络固有的信号开放、信道动态变化等缺点所带来的安全隐患。基于TD-LTE技术承载地铁CBTC(基于通信的列车控制)业务的实际需求,提出了适用于TD-LTE技术承载地铁CBTC业务的安全架构和密钥方案。该方案可以为提高地铁CBTC业务通信网络安全提供解决思路,在未来地铁TD-LTE技术承载CBTC业务网络安全架构规划和密钥方案设计中有一定的应用价值。     

基于无线通信的列车控制系统中的数据通信子系统分析

运用无线通信实现车地数据传输的列车自动控制才是真正意义上的移动闭塞。在基于无线通信的列车控制(CBTC)系统中,数据通信子系统承载的数据直接关系到行车安全。结合西安地铁2号线一期工程信号系统,对其数据通信子系统的构成、作用、安全措施、抗干扰措施及主要性能等进行分析。     

CBTC的高品质DCS构建(1)——DCS的评估

在基于无线通信的列车控制(CBTC)系统中,数据通信系统(DCS)的设计至关重要。以国际通用的网络分析设计与评价理论为基础,针对DCS的城市轨道交通应用环境,提出了DCS系统设计的四维评价法,从DCS系统的可用性/可靠性、安全性、可维护/管理性以及开放性4个维度对DCS系统设计进行分析比较,从而指导设计、分析、评价并构建高品质的DCS系统。     

Rijndael算法在CBTC安全通信协议中的应用

为解决基于IEEE 802.11协议的CBTC(Communication Based Train Control,基于通信的列车运行控制)无线数据通信子系统中存在的不安全因素,应引入安全通信协议,采用加密技术进行防护。鉴于降低成本及易实现性等方面的考虑,设计中选用Rijndael加密算法,并用VC++对该算法进行软件编程。最后,借助Socket通信机制模拟数据加解密通信过程,验证了设计的正确性。测试结果表明,该软件算法设计正确,安全性好,易实现,可运用到CBTC安全通信协议中,确保列控信息的安全传输。     

基于车车通信的CBTC系统关键技术研究

介绍了基于车车通信的CBTC(基于通信的列车控制)系统的应用现状。对比分析了基于车地通信和基于车车通信的CBTC系统的系统架构与控制理念的差异,重点阐述了基于车车通信的CBTC系统的技术特点。伴随着通信技术稳定性及可靠性的提升,更加具有分布式特点的基于车车通信的CBTC系统将会成为未来城市轨道交通信号系统发展方向之一。     

地铁中的无线通信系统及其制式

地铁中的无线通信系统包括专用无线通信系统、公众无线通信系统、警用无线通信系统、基于通信的列车控制系统(CBTC)车-地无线通信、视频监控系统和乘客资讯系统(PIS)车-地无线通信及基于DVB标准的无线通信系统等。概述了目前地铁中的各种无线通信系统及其采用的制式,并指出了存在的问题,提出未来地铁无线通信系统整合的建议。     

城市轨道交通CBTC系统中数据通信子系统研究

针对基于通信的列车控制系统（CBTC）的技术需求,对城市轨道交通CBTC系统中数据通信子系统（DCS）的网络结构与功能进行研究,重点分析了轨旁骨干网技术方案、无线漫游切换机制和网络冗余,并对3种不同无线覆盖方式进行了比较。     

基于贝叶斯攻击图的CBTC系统安全风险评估

先进的无线通信技术、计算机技术在城市轨道交通中的应用,在促使列控系统快速发展的同时,也使得其面临的信息安全风险日益严峻。目前,应用于传统IT和工控领域的信息安全分析方法不能很好地满足基于通信的列车自动控制系统(Communication Based Train Control System, CBTC)对信息安全分析的需求。为了提出对CBTC系统安全进行评估的方法,在分析传统工控系统信息安全标准后,从资产、脆弱性、威胁源三个角度分析CBTC系统的信息安全风险,将贝叶斯攻击图(Bayesian Attack Graph, BAG)应用到CBTC系统风险评估建模中,并以ATS子系统为例,从入侵的攻击路径和对组件脆弱性的利用方式两个方面进行考虑,构建攻击模型,通过扩充BAG模型的节点来更好地描述系统特点。最终得到ATS子系统最易发生的信息安全事件以及在考虑黑客和内部恶意工作人员的入侵时,CBTC系统的风险等级。从构建的模型可以看出,CBTC系统处于安全状态。