基于通信的列车运行控制系统安全通信协议的性能分析

安全通信协议是保证基于通信的列车运行控制系统中通信安全的主要因素,其性能分析具有重要意义。针对基于通信的列车运行控制系统安全通信协议,选择分层赋时有色Petri网(CPN)对其进行研究,建立状态转换模型与包含数据延时和信道故障的模型,通过改变数据延时的概率和信道无故障的概率,对安全通信协议的稳定性和失效率进行仿真,仿真结果对安全通信协议的设计有一定的参考意义,用概率论与数理统计知识对仿真结果进行分析,分析结果体现数据延时和信道故障是如何影响安全通信协议的性能的。分析结果表明基于通信的列车运行控制系统安全通信协议是合理的。     

基于有色Petri网的ETCS无线通信可靠性分析

ETCS-3级(欧洲列车运行控制3级系统)无线通信系统是一个动态、复杂的分布式系统,其性质和最终实现正确性的形式化验证具有重要意义.本文利用分层赋时有色Petri(CPN)网,综合随机信道恶化、越区切换、信道连接中断等无线信道失效模型,提出ETCS无线通信信道模型的分层结构,定义信道失效模型和概率传输延时,分析信道模型和数据传输的时间特性.分析结果表明,数据帧传输延时小于20s的通信可靠性为99.97%.因此,相继运行列车时距为1min时,数据帧传输延时小于20s的通信可靠性满足ETCS规范要求.     

临时限速服务器安全通信协议研究

临时限速服务器（TSRS）是中国列车运行控制系统（CTCS）重要组成部分,针对TSRS相关的安全通信协议进行分析,围绕TSRS安全通信协议的结构、功能及其安全性进行论述。TSRS设备在与外部设备接口间采用的RSSP-Ⅱ铁路信号安全通信协议可有效提高数据传输的安全性,为整个系统提供最基础的安全保障。     

高速铁路GSM-R系统无线信道特性仿真

根据无线信道特性和高速铁路场景,建立高速铁路GSM-R系统无线信道小尺度衰落模型。从时域和频域2个方面,定量分析时延扩展、相干带宽、电平通过率和相干时间等无线信道参数。利用搭建的高速铁路GSM-R系统半实物仿真平台,对高速铁路GSM-R系统的性能进行仿真测试。计算机仿真和半实物仿真结果表明:列车运行速度的提高会造成通信质量不同程度的下降;列车运行速度为350 km.h-1时的下行链路通信质量与80 km.h-1时相比有一定程度的下降,但可以满足GSM-R系统的要求,通信质量是有保障的;列车运行速度达到500 km.h-1后,通信质量发生明显的恶化;优化接收机设计是解决通信质量恶化问题的关键。     

基于运行图驱动的列车运行控制半实物仿真系统

由实物模型子系统、控制子系统和智能调度子系统搭建基于运行图驱动的列车运行控制半实物仿真系统。采用实物微缩模型与抽象模型相结合的方法,构建列车运行控制过程的半实物仿真环境及仿真算法;基于DxdcNet/LocoNet通信协议,定义用于各子系统间数据交互的数据格式及通信协议;采用C#编程语言编制相关系统软件。对以京津城际铁路为背景搭建的基于运行图驱动的列车运行控制半实物仿真系统进行测试,结果表明:可以直观地仿真三显示、四显示和准移动闭塞模式下的列车运行全过程,在1h内完成全日运行图的行车组织过程演练并获取相关数据,为列车运行计划的编制和安全实施提供科学依据。该系统已投入实际使用,并在调度指挥教学、运行图动态性能检测等方面均取得了良好效果。     

一种基于开放网络的安全通信协议实现方法

在开放式网络传输环境下,安全设备间通信需有完备的数据通信协议来保证应用数据安全。提出一种安全通信协议优化方案,对RSSP-I安全通信协议中的所传输数据采用SM4算法进行数据加密,优化开放式网络环境下安全通信协议的分层结构、消息结构和通信交互过程。通过分析论证,针对开放式传输系统存在的所有可能威胁,本安全通信协议实现方法均具备有效的防御、防护技术措施,满足安全设备间数据传输的安全性要求。     

基于SimEvents/Stateflow的CTCS-3级列控系统车地无线通信子系统建模与分析

根据CTCS-3级列控系统中无线通信子系统的分层结构和其具有随机性的特点,采用Matlab软件中SimEvents与Stateflow相结合的方式实现车地无线通信过程的建模与仿真,分析安全连接建立时间和不同长度无线应用消息传输延迟时间。结果表明:无线通信子系统安全连接建立时间符合《CTCS-3级列控系统GSMR网络需求规范》的要求,并且具有一定的安全余量;仿真得到不同长度的无线应用消息传输延迟时间,可为列控系统车地无线通信的实时性分析提供参考;建模方法简洁高效,模型能够较好地描述系统特性,仿真结果可为列控系统车地无线通信技术规范的完善、系统的设计与实现提供数据支持。     

高速铁路场景大尺度传播模型与时频色散特性研究

随着高速铁路的快速发展,未来高速铁路无线通信系统要求同时支持列车控制、面向运行安全的在途检测数据传输以及旅客信息服务。无线信道是无线通信系统设计的基础,准确认知无线信道的传播特性是设计无线通信系统的前提条件。然而,现有高速铁路宽带信道传播特性的研究存在一定空白,无法为下一代高速铁路无线通信系统的设计提供足够参考。本文基于标准信道探测仪获取的测量数据,研究高速铁路信道的大尺度和小尺度衰落特性。统计路径损耗和阴影衰落参数,建立高速铁路典型场景的大尺度传播模型。根据提取的多径时延、多普勒和角度相关参数,探讨高架桥和U形槽场景的信道时间色散、频率色散以及空间色散特性。     

重载铁路列车运行调整计划的序优化策略研究

列车运行调整是我国铁路信息化建设中一个重点和难点问题,在CTC条件下,及时制定列车运行调整计划对实现列车运行过程追踪自动化,保证安全高效完成行车组织具有十分重要的作用。在建立列车运行调整序优化模型的基础上,对我国重载铁路实际数据进行统计分析,针对各种运行扰动因素,提出调整列车运行秩序的策略,从经验中找出列车运行计划的调整序列,从而快速求得序优化模型的解。按照调整策略优化排列作业顺序有效提高调度指挥效率,为优化列车运行调整制定合理、有效的策略提供方法和依据。应用调整策略优化方法构建的调度系统能满足列车运行调整的实时性要求,为求解列车运行调整模型提供一种思路和方法。     

基于脚本语言的互联互通通信数据解析插件

在分析城市轨道交通互联互通通信规范的基础上,结合现场调试中遇到的不便,借助Wireshark网络封包分析软件能够加载Lua脚本进行私有通信协议解析的特性,构建一套基于Lua脚本语言的互联互通车-地安全通信协议、地-地安全通信协议、互联互通应用协议数据分析插件,为城市轨道交通互联互通CBTC系统调试、故障排查提供便利。     

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。     

ARCNET网络系统实时性能分析与研究

列车控制网络在列车控制系统中起着非常重要的作用,其实时性能直接影响到列车的安全可靠运行。对其实时性能进行分析评价可以优化设计列车控制网络的应用层,合理配置网络,优化网络性能,从而保证列车的安全可靠运行。本文介绍ARCNET列车控制网络的数据帧类型,数据通信机制和自动重构过程等,并对ARCNET网络通信延迟时间参数进行分析,建立ARCNET网络数据通信延迟时间模型、分析其网络实时性,并提出改进网络实时性的方法。最后在搭建的网络控制系统中,对实验测试结果和模型计算结果进行比较,验证模型的正确性。并利用分析结果以及建立的通信延迟时间数学模型,计算开发基于ARCNET轻轨列车网络控制系统的轮询周期,为系统应用层设计提供依据。     

铁路联锁与调度集中标准接口规范缺陷分析及升级研究

深入研究当前联锁系统与调度集中系统的标准接口规范协议,分析得出既有协议不符合国标的缺陷点,结合现场双方接口实施时发现的不合理之处,提出在RSSP-I安全通信协议的框架下,定义新的联锁与调度集中接口规范,实现符合安全标准的接口通信,确保数据报文的安全传输;对原有协议进行分析,按照业务数据帧细分归类,构建联锁端和调度集中端的基础通信协议蓝本,并进行试验验证。经过测试,确定基于RSSP-I框架构建通信协议可以适用于双方数据交互,能够解决当前接口规范的缺陷,满足现场的应用数据传输,符合国标和欧标的安全通信要求。     

CTCS-3级列控系统车-地无线通信消息认证和加密技术的研究

从安全相关通信理论出发研究了CTCS-3级列控系统车-地无线通信协议中的安全层消息认证机制,以及消息认证过程中应用的有关加密技术。     

基于CANopen协议的轨道交通安全计算机平台研究

CANopen是基于CAN(Controller Area Network)开发的应用层协议.本文在分析CANopen协议的通信原理的基础上,针对轨道交通安全计算机平台的通信需求,着重介绍了安全计算机平台通信部分的设计与实现,包括CAN网络中各个节点的硬件接口设计,以及软件设计与实现;并通过试验测试和现场正式运行,验证...     

安全通信规范Subset-098的安全性分析

以EN50129和EN50159为依据,对欧洲列车运行控制系统（ETCS）的安全通信规范Subset-098进行分析。分析过程包括定性分析通信安全威胁的防御技术、定量计算安全码的长度,以及安全码检错的仿真实验。结果表明在非可信通信通道上,Subset-098安全通信规范可以为安全完整性等级达SIIA级的列车运行控制系统提供安全的信息传输服务,满足列车运行控制系统对通信的安全性需求。     

基于Timed RAISE的高速列车RBC切换协议形式化建模及验证

在CTCS-3(Chinese Train Control System Level 3)级列控系统中,RBC(Radio Block Center)切换是影响列车安全高效运行的重要环节,现阶段对RBC切换协议进行验证分析所使用的形式化方法还存在状态爆炸或描述性质单一等问题。基于Timed RAISE的形式化方法,结合域的模型,在对RBC切换流程分析的基础上,构建状态转移图,得到切换协议的形式化模型,使用等价和推断的推理规则对模型的正确性和实时性进行推理验证,得到的结果表明,RBC切换协议满足规范标准对正确性与实时性的要求,将验证结果与其他文献的结论进行比较分析,说明该方法具有通用性,对于推广其在列控系统场景验证中的应用有一定的实际意义。     

CRH2型动车通信网络协议分析系统的设计与实现

列车控制网络是面向控制的一种连接车载设备的网络通信系统,是分布式列车控制系统的重要组成部分,它能够通过信息的实时交互来实现对列车各种车载设备的通信、管理与控制等.通信协议是网络运行的最基本的保障,协议实现情况的好坏对于网络以及列车的正常运行都有重要的意义.本文对CRH2型车通信网络协议实现情况的分析方法进行了研究,并且设计了协议实现情况的分析工具,分析内容包括协议报文封装的分析,协议工作流程的分析,不同应用报文封装的分析,不同应用工作流程的分析等.     

列控安全相关通信系统的安全监视

本文分析了通信在列控安全关键系统执行其安全功能中的地位与作用,以及列控安全相关通信系统危险失效频率应满足的要求。探讨了安全相关通信系统的失效原理与机制。针对构建在不可信传输系统上的安全相关通信系统,讨论了安全编码和传输编码对列控系统SIL的影响。指出电磁、环境以及其他因素干扰的不确定性,是导致安全相关通信系统无法满足安全性指标的一个重要因素。提出对列控安全相关通信系统实行在线安全监视的原理和方法,给出监视周期和安全编码长度之间的定量关系,为通信安全提供有效的监视工具,以保证在环境变化或出现其他干扰因素时系统仍能达到安全要求。     

CTCS-2级列控系统数字化验证平台研究

根据CTCS-2级列控系统技术规范,结合高速铁路列控工程数据和设计方案的验证试验需求,采用先进的分布式计算机数字化仿真技术,开展高速铁路CTCS-2级列控系统的数字化验证平台研究,提高列控工程设计质量,缩短现场实物测试周期,降低测试成本。