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ctcs-3列控系统仿真平台的联锁接入接口设计与实现

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CTCS-3列控系统仿真平台的联锁接入接口设计与实现

作者：杜江红西南交通大学

学位级别：硕士

伴随我国高速铁路的快速发展,ctcs-3级列车运行控制系统已经成为时速300km到350km客运专线的关键技术。针对自主创新的ctcs-3级列车运行控制系统高安全性和高可靠性的要求,建立ctcs-3级列控系统半实物仿真平台,完整准确地仿真列控系统... 详细信息

伴随我国高速铁路的快速发展,ctcs-3级列车运行控制系统已经成为时速300km到350km客运专线的关键技术。针对自主创新的ctcs-3级列车运行控制系统高安全性和高可靠性的要求,建立ctcs-3级列控系统半实物仿真平台,完整准确地仿真列控系统各个层次的功能结构,实现对列控系统核心技术的验证分析、对列控系统设备的测试分析、以及环境模拟、故障分析等多种功能,是十分必要的。联锁系统是ctcs-3级列控系统中的关键系统之一。作为ctcs-3级列控系统半实物仿真平台的一个重要组成部分,本文设计并开发用于将联锁接入到C3仿真平台中的联锁接口平台,主要解决针对联锁系统与ctcs-3级列控系统半实物仿真平台之间的信息交互以及数据安全传输问题,论文的工作重点主要在以下2个方面： 1、分析ctcs-3级列控系统半实物仿真平台的总体结构及设计原则、解析ctcs-3级列控系统半实物仿真平台的消息传递机制以及事件调度过程,分析联锁系统总体结构以及与列控中心(TCC, Train Control Center)、无线闭塞中心(RBC, Radio Block Center)通信过程,设计联锁系统与联锁代理间的消息传递机制,解决联锁与ctcs-3级列控系统半实物仿真平台间的消息安全传输问题。 2、实现了DS6-K5B型联锁实物设备接入ctcs-3级列控系统半实物仿真平台的接口。为了将DS6-K5B型联锁实物设备接入到半实物仿真平台中以对其进行测试和验证,设计了联锁实物接入接口的总体结构,实现了联锁实物与仿真平台的信息交互,并通过对实物间通信协议的分析实现了联锁实物接入仿真平台后与其它系统的通信。

关键词： ctcs-3级列控系统接入接口半实物仿真 DS6-K5B

速度350km/h高速铁路长大下坡地段闭塞分区设置方法研究

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铁道学报 2024年第1期46卷 72-80页

作者：张守帅张雨洁闫海峰田长海骆泳吉西南交通大学交通运输与物流学院四川成都611576 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081

通过分析长大下坡道闭塞分区长度对ctcs-3级和后备ctcs-2级列控系统的影响,指出二者对闭塞分区长度的需求完全相反,并针对ctcs-3级列控系统的行车许可回缩、速度突降等问题的产生原因进行分析。阐述坡度、闭塞分区长度与不同列控模式下... 详细信息

通过分析长大下坡道闭塞分区长度对ctcs-3级和后备ctcs-2级列控系统的影响,指出二者对闭塞分区长度的需求完全相反,并针对ctcs-3级列控系统的行车许可回缩、速度突降等问题的产生原因进行分析。阐述坡度、闭塞分区长度与不同列控模式下列车运行速度、追踪间隔时间等要素之间的关系,制定闭塞分区设置的基本原则。检算典型坡度下闭塞分区长度设置的合理区间范围及相应追踪间隔时间,指出坡度超过-30‰后将无法兼顾不同列控等级下的运行速度。设计模拟退火算法,根据闭塞分区设置原则及闭塞分区取值规律,给出压缩求解空间、提高求解效率的方法。以郑万高速铁路长大下坡地段为例,对闭塞分区设置进行优化,在不考虑其他约束的前提下,与设计院优化方案相比,本求解优化方案在确保ctcs-3级控车模式下允许速度可达350 km/h的同时,将ctcs-2级控车模式下的允许速度提高30 km/h,追踪间隔时间压缩23 s。

关键词：高速铁路长大下坡道 ctcs-3级列控系统闭塞分区行车许可

ctcs-3级GSM-R车地通信数据丢失概率及其影响的研究

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通信学报 2014年第12期35卷 203-209页

作者：张霞马连川曹源张玉琢北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心北京100044 北京交通大学电子信息工程学院北京100044

为了解决ctcs-3级列控系统GSM-R车地数据传输接口(Euroradio)安全功能模块没有提供时间相关风险防护措施的问题,建立基于DSPN的数据传输过程中故障恢复模型和通信模型。结合这2种模型并利用Time NET4.0对数据丢失概率进行仿真,发现即使... 详细信息

为了解决ctcs-3级列控系统GSM-R车地数据传输接口(Euroradio)安全功能模块没有提供时间相关风险防护措施的问题,建立基于DSPN的数据传输过程中故障恢复模型和通信模型。结合这2种模型并利用Time NET4.0对数据丢失概率进行仿真,发现即使只考虑数据丢失才会造成列控系统危险输出的极端情况,仍不满足相关规范对于ctcs-3级列控系统数据传输SIL4级要求。

关键词： ctcs-3级列控系统 GSM-R 安全通信协议确定与随机Petri网

基于有色Petri网的测试案例生成方法及其在ctcs-3车地通信中的应用

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北京交通大学学报 2018年第6期42卷 97-103页

作者：赵天时中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所北京100081

ctcs-3级列控系统作为高速铁路的中枢神经系统,是典型的安全苛求系统.对安全苛求系统进行有效测试是提高系统安全性的重要手段.鉴于车地通信在列控系统中的重要性,提出一套基于有色Petri网的车地通信测试案例的生成方法.参考ctcs-3级列... 详细信息

ctcs-3级列控系统作为高速铁路的中枢神经系统,是典型的安全苛求系统.对安全苛求系统进行有效测试是提高系统安全性的重要手段.鉴于车地通信在列控系统中的重要性,提出一套基于有色Petri网的车地通信测试案例的生成方法.参考ctcs-3级列控系统技术规范,构建车地通信流程的有色Petri网模型,生成状态空间并搜索到达目标状态的路径,在路径的基础上自动生成测试案例.通过对比使用有色Petri网自动生成和现有的测试案例,验证了测试案例生成方法的正确性,提高了测试案例生成方法的自动化程度,为基于模型的系统测试提供了参考.

关键词： ctcs-3级列控系统有色Petri网车地通信状态空间路径

5G-R承载ctcs-3级列控数据传输研究

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铁道标准设计 2023年

作者：秦树增赵志鹏杨胜韩佳汛中国国家铁路集团有限公司科技和信息化部中国铁道科学研究院通信信号研究所深圳市桑达无线通讯技术有限公司

ctcs-3级列控系统是保障列车在350km时速下安全运行的关键系统，是铁路无线通信系统承载的关键性核心业务，对于车地间数据通信具有非常高的可靠性要求。5G-R技术的高可靠、低时延、更精细的服务保障机制及增强的高速适应性符合ctcs-3... 详细信息

ctcs-3级列控系统是保障列车在350km时速下安全运行的关键系统，是铁路无线通信系统承载的关键性核心业务，对于车地间数据通信具有非常高的可靠性要求。5G-R技术的高可靠、低时延、更精细的服务保障机制及增强的高速适应性符合ctcs-3级列控系统的业务需求。本文对ctcs-3级列控系统中应用5G-R的必要性和5G-R系统承载CSCS-3级列控数据传输面临的相关问题进行了分析，探讨了我国未来列控系统通过升级改造适配5G-R系统的技术路线和实现路径，介绍了5G-R模式下ctcs-3级列控车地数据传输机制和5G-R/GSM-R双模模块在基于5G-R的ctcs-3级列控系统中的应用。通过在5G-R专网实验室环境下的列控业务功能和性能试验，对比GSM-R中CSD数据传输的性能指标，探讨了5G-R承载列控数据的适用性，研究了ctcs-3级列控的服务质量保障机制原理、列控业务专用QoS特性和列控专用QoS流的建立流程，并通过试验验证了5G-R系统的QoS保障机制可以在网络资源紧张的情况下优先保证ctcs-3级列控数据业务的稳定可靠传输。

关键词： ctcs-3级列控系统 5G-R 数据传输性能试验服务质量

基于有色Petri网的RBC行车许可生成建模与仿真

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城市轨道交通研究 2015年第9期18卷 12-17,30页

作者：马军严建鹏兰州职业技术学院兰州副教授730070 国电南瑞科技股份有限公司南京210061

ctcs-3级列控系统行车许可是保证高速列车安全运行的关键信息,及时准确地为辖区内列车计算和发送行车许可是RBC(无线闭塞中心)子系统的主要功能之一。在分析ctcs-3级列控系统不同运营场景下行车许可生成机制的基础上,采用层次化描述思想... 详细信息

ctcs-3级列控系统行车许可是保证高速列车安全运行的关键信息,及时准确地为辖区内列车计算和发送行车许可是RBC(无线闭塞中心)子系统的主要功能之一。在分析ctcs-3级列控系统不同运营场景下行车许可生成机制的基础上,采用层次化描述思想,建立基于CPN(有色Petri网)的RBC行车许可生成模型,并运用动态仿真和状态空间分析工具对模型进行了仿真分析。结果表明,所建模型能够满足不同运营场景下计算行车许可的要求,无死锁,并具有活性、回归性和公平性,为分析列控系统性能提供了很好的试验平台。

关键词：高速铁路 ctcs-3级列控系统行车许可形式化建模仿真分析

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列控系统一体化设计分析构想

机车电传动 2018年第4期 47-49页

作者：耿宏亮张超湖南中车时代通信信号有限公司湖南长沙410005

描述了ctcs-3级列控系统的结构,在此基础上分析了当前列控系统各组成部分相互独立所带来的一些问题和遇到的困难,并提出了几个层次的一体化设计方案。通过逐步实现一体化设计,能够在系统功能增强、性能提升、维护简洁等方面带来一系列... 详细信息

描述了ctcs-3级列控系统的结构,在此基础上分析了当前列控系统各组成部分相互独立所带来的一些问题和遇到的困难,并提出了几个层次的一体化设计方案。通过逐步实现一体化设计,能够在系统功能增强、性能提升、维护简洁等方面带来一系列的优点,为列控系统进一步完善打下坚实的基础。

关键词： ctcs-3级列控系统联锁列控一体化控管一体化

ctcs-3无线接口安全功能模块分析与验证

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CTCS-3无线接口安全功能模块分析与验证

作者：张霞北京交通大学

学位级别：硕士

为满足客运专线和高速铁路建设需求,高速铁路蓬勃发展,ctcs-3级列车运行控制系统应运而生。同时,为保障列车安全运行安全通信变得尤为重要。依据EN50159,基于GSM-R无线通信机制的ctcs-3级列控系统为第三类传输系统,对应重复、删除、插... 详细信息

为满足客运专线和高速铁路建设需求,高速铁路蓬勃发展,ctcs-3级列车运行控制系统应运而生。同时,为保障列车安全运行安全通信变得尤为重要。依据EN50159,基于GSM-R无线通信机制的ctcs-3级列控系统为第三类传输系统,对应重复、删除、插入、乱序、损坏、延迟和伪装等七种传输风险防护等级要求均为强防护等级。而Euroradio SFM所提供的防护措施对重复、删除、乱序、延迟没有任何防护。由此得知：Euroradio中存在风险漏洞。为分析EuroradioSFM对风险防护能力论文展开详细论述。首先,论文从分析ctcs-3级列控系统数据传输中数据丢失概率的角度出发,利用TimeNet4.0建模工具建立基于DSPN的ctcs-3级列控系统的数据通信模型、信道故障恢复模型、端到端数据传输时延模型。在三种不同网络覆盖及接收终端数量组合方式下,对模型进行联合仿真,得出：在任一网络覆盖、接收终端数量情况下ctcs-3级列控系统都能满足数据帧传送时延的QoS指标,由此可验证该建模方法及思路的正确性。其次,论文建立ctcs-3级列控系统数据传输扩展模型,并在不同网络覆盖方式、接收终端数量情况下,将该模型及信道故障恢复模型进行联合仿真,发现：即使只考虑数据丢失才会造成列控系统危险输出的极端情况,也不能满足相关规范对于ctcs-3级列控系统数据传输的SIL4级安全要求。为保证ctcs-3级列控系统满足安全要求,必须在其安全功能模块中添加相应的时间相关传输风险的防护措施。最后,从RSSP-II安全功能模块中序列号、时间戳及EC处着手,结合ctcs-3级列控系统自身通信机制等特点,分析这几种防护措施在ctcs-3级列控系统中的适用性,得出：序列号及时间戳完全适用,而EC防护机制与重发机制相冲突故而不能适用的结论。利用双时间戳设计适用于ctcs-3级列控系统的时钟偏移更新过程,并将设计结果与序列号同时添加于Euroradio SFM之上,为时间相关风险提供强防护措施,实现满足EN50159中第三类传输系统要求的通信协议。论文研究成果为Euroradio安全通信协议完善提供研究基础,为现有列控安全通信协议领域的其他研究成果提供理论基础,并弥补安全通信协议改变无阐述理由的不足之处。

关键词： ctcs-3级列控系统 GSM-R 安全通信协议确定与随机Petri网

基于有色Petri网的无线闭塞中心子系统切换建模与验证

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基于有色Petri网的无线闭塞中心子系统切换建模与验证

作者：李伟北京交通大学

学位级别：硕士

无线闭塞中心(RBC)是ctcs-3级列控系统的地面核心系统,主要实现行车许可的下达与列车间隔控制。RBC切换功能是RBC系统的关键功能之一,是影响ctcs-3级列控系统的控制精度、效率和可靠性、安全性的重要因素。本文分析了RBC切换的功能需求... 详细信息

无线闭塞中心(RBC)是ctcs-3级列控系统的地面核心系统,主要实现行车许可的下达与列车间隔控制。RBC切换功能是RBC系统的关键功能之一,是影响ctcs-3级列控系统的控制精度、效率和可靠性、安全性的重要因素。本文分析了RBC切换的功能需求,设计了RBC切换的流程并对RBC切换功能进行模块划分;在此基础上,引入有色Petri网建立RBC切换功能的顶层模型与各子模块模型,并验证和分析了模型的功能和性能。首先,研究了RBC系统的当前研究现状,依据ctcs-3级列控系统划分,得出RBC系统在ctcs-3级列控系统中的重要性和研究的迫切性,分析了RBC切换在RBC系统中的重要地位。其次,根据安全苛求系统的设计要求,提出RBC切换功能的“V”字型软件开发框架,分析了RBC切换的功能需求,设计了RBC切换功能的软件流程;并依据该需求,将RBC切换功能划分成不同功能的子模块;根据各子模块功能,归纳出切换过程中的重要信息。再次,引入有色Petri网对RBC切换进行形式化建模。依据有色Petri网的层次化建模方法,首先建立了RBC系统的CPN模型;继而针对两种不同的RBC切换策略,分别建立不同策略下系统的顶层模型;并根据该策略的顶层模型和功能需求,按照切换功能的模块划分,建立了RBC切换各子模块的完整模型;与此同时,结合RBC切换过程的重要信息,建立了RBC的赋时切换模型。最后,将CPN的仿真分析与状态空间分析方法应用于所设计的RBC切换模型的验证中。以状态空间报告中的内容为依据,参照CPN的动态属性的定义,选取车载装备2部车载电台切换的关键模型,验证该模型的功能并分析了RBC切换在不同的网络质量下的成功率;并从通信延时的角度,讨论了两种切换策略的差异,提出该设计方案的合理化建议。

关键词： ctcs-3级列控系统 RBC切换有色Petri网(CPN) 建模与验证