CTCS-3級車地通信協(xié)議設(shè)計與驗證.pdf

1、隨著中國鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，對列控系統(tǒng)的要求也越來越高。CTCS-3級列控系統(tǒng)利用GSM-R實現(xiàn)車地通信，以滿足高速鐵路的需求。鑒于GSM-R傳輸系統(tǒng)不能滿足列控系統(tǒng)的高安全性指標，車地通信協(xié)議才得以在提高其數(shù)據(jù)傳輸可靠性和安全性等方面發(fā)揮作用。 論文完成了CTCS-3級車地通信系統(tǒng)安全通信協(xié)議（簡稱CTCS-3級通信協(xié)議）的設(shè)計工作。首先，依據(jù)《CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案》，從兩個角度分析CTCS-3級列控系統(tǒng)對車地通

2、信協(xié)議的需求：第一，從CTCS-3級列控系統(tǒng)車地設(shè)備間的通信流程角度，分析整個列控系統(tǒng)對車地通信系統(tǒng)的需求，進而得到車地通信協(xié)議的需求；第二，從CTCS-3級列控系統(tǒng)對GSM-R傳輸系統(tǒng)QoS指標要求的角度分析車地通信協(xié)議的需求。然后，根據(jù)EN50159-2安全傳輸系統(tǒng)標準，從安全隱患防護的角度，對CTCS-3級通信協(xié)議提出需求。 再依據(jù)上述需求對CTCS-3級通信協(xié)議進行設(shè)計。歐洲列控系統(tǒng)（ETCS）已經(jīng)對GSM-R通信系統(tǒng)的

3、應(yīng)用積累了許多經(jīng)驗，ETRMS也制訂了歐洲無線（EuroRadio）功能接口規(guī)范，詳細的描述了通信協(xié)議的設(shè)計方法。因此，對于EuroRadio規(guī)范中可以滿足CTCS-3級通信協(xié)議需求的功能，按照EuroRadio規(guī)范對CTCS-3級通信協(xié)議進行設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，對EuroRadio規(guī)范不能滿足CTCS-3級通信協(xié)議需求之處，進行完善與補充。這樣設(shè)計的安全通信協(xié)議既實現(xiàn)了對現(xiàn)有成果的繼承，又能滿足CTCS-3級系統(tǒng)提出的需求，也符合相關(guān)安

4、全規(guī)范。 由于CTCS-3級通信協(xié)議的功能在EuroRadio規(guī)范基礎(chǔ)上有所修改，因此，必須通過形式化分析的方法，在設(shè)計階段對CTCS-3級通信協(xié)議功能和性能進行分析，確保設(shè)計的正確性與可用性。論文選用有色Petri網(wǎng)（CPN）對CTCS-3級通信協(xié)議和EuroRadio規(guī)范同時建模，然后用CPN Tools工具驗證模型的狀態(tài)空間特性和其他相關(guān)性能。特別是通過兩個模型的比較，驗證CTCS-3級通信協(xié)議相關(guān)性能優(yōu)于EuroRadi