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。     

下一代高速铁路LTE-R时间同步网协议脆弱性分析

铁路无线通信系统时间同步网络,是保障行车安全和提高铁路运营效率的重要基础。针对下一代高速铁路LTE-R自身全IP化架构在使用精确时钟PTP时间同步协议过程中易受到ARP攻击的问题,提出基于随机Petri网(SPN)的LTE-R时间同步网协议脆弱性分析方法。建立了ARP攻击状态下LTE-R时间同步网协议脆弱性分析SPN模型;通过马尔科夫链同构的方法,得到ARP攻击下LTE-R三级时钟节点实施速率与PTP协议同步正常、异常之间的关系曲线;定量得到了影响LTE-R时间同步网协议脆弱性的关键因素。研究结果为GSM-R时间同步网络向LTE-R安全演进提供了一定的理论参考依据。     

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。     

基于有色Petri网的铁路时间同步网协议安全性分析

随着时间同步技术在铁路领域的发展,能够实时地保证时间同步协议NTP的安全运行变得至关重要。由于NTP协议自身具备一定的安全缺陷,因此,对NTP协议的安全机制进行分析十分必要。考虑到NTP协议的无连接特性,使用有色Petri网建立其在正常工作模式下的有色Petri网模型,并分析协议在进行时间同步过程中存在的漏洞。构建入侵者成功入侵协议所需要的知识集和入侵者在入侵过程中能够获取的知识集,并使用有色Petri网对NTP协议受到入侵的过程进行建模。通过逆向状态分析方法,对NTP协议进入不安全状态的可达性进行分析,使用CPNTools软件对分析结果进行仿真验证。结果表明,NTP协议的服务器身份验证过程是不安全的。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于北斗卫星同步授时的应用研究与试验

根据铁路时间同步的现状,论证研究和实验的必要性,提出基于北斗卫星授时的铁路时间同步网的基本架构、性能指标和业务系统接入原则等;介绍最新研制的铁路时间节点设备及其在上海铁路局实验及测试结果.     

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。     

一种改进型网络时间协议在TDCS/CTC系统的应用研究

由于列车运行速度较高,短时间内列车跨线跨区行驶,铁路信号设备时间统一显得尤为重要,而现有的铁路时间同步方法无法满足目前对于同步精度的要求。为了解决上述问题,采用网络时间协议NTP进行铁路TDCS/CTC系统的时间同步,但网络发生拥挤时,会影响同步精度。为了更精确地同步系统时间,保证行车安全,并使列车在速度进一步提高时,仍能满足时间同步的精度要求,本文提出一种改进型NTP协议,对协议的算法进行仿真分析。仿真结果表明该算法能够有效提高时间同步精度。     

铁路货运与宏观经济运行景气关联关系研究

铁路货运一向被视为表征宏观经济运行状态的风向标,研究铁路货运量与宏观经济相关指标之间的景气关联关系,既有助于宏观调控政策的有效实施,又能促进铁路货运形势的精准研判.以经济周期波动理论为基础,首先基于X-11季节调整法对铁路货运和宏观经济相关指标的时间序列进行要素分解,提取其中的趋势-循环要素序列,其次分别运用时差相关法...     

一种基于场景模型的安全性分析算法研究

为了确保安全苛求系统的安全性,其开发过程中必须使用安全性分析技术.传统的安全性分析方法需要花费大量的时间和精力,分析的完整性和一致性难以保障,分析结果易于出错.本文提出一种基于场景模型的安全性分析算法,该算法从基于UML时序图的需求描述出发,生成系统的形式化模型,通过故障自动注入与形式化模型扩展,采用扩展的启发式广义büchi自动机判空检测算法自动验证与分析系统的安全性.通过铁路车站联锁系统中基本进路建立的安全性分析实例,验证了该方法的正确性与实际可行性.与已有的安全性分析方法相比,本文提出的方法从效率和安全质量方面改善了安全苛求软件的设计与开发,为安全苛求系统的安全性保障与安全评估提供了有力的技术支撑.     

基于通信顺序进程与B方法的CBTC计算机联锁系统的形式化建模与验证

针对CBTC联锁系统的复杂性,提出一种基于通信顺序进程(CSP)与B方法集成的形式化方法,即在通信顺序进程的通信事件与B方法抽象机的操作之间建立起一对一的映射关系,实现通信事件通过控制抽象机的操作、进而影响抽象机状态的目标,从而实现通信顺序进程和B方法之间的同步。以1个实际站场为例,采用B方法对具有复杂状态空间的CBTC联锁系统的逻辑状态运算建立抽象机,采用通信顺序进程对CBTC联锁系统与外部系统的并发交互行为建立进程,并通过映射关系使CBTC联锁系统的抽象机与外部交互行为进程同步,由此建立基于通信顺序进程与B方法的CBTC联锁系统的形式化模型。采用ProB工具对建立的CBTC联锁系统模型的安全性、无死锁性进行验证。发现并修改模型中的不一致、不完全、歧义等错误,从而验证了CBTC联锁系统的安全性和无死锁性,保证了系统的最终实现。