高铁通信系统CTCS列控安全数据传输研究

论文摘要

中国高速铁路的快速发展对铁路相关安全通信提出了更高的要求。要保证安全通信的实现,首先要建立中国铁路通信系统的安全评估和认证体系,这项工作的进行和完成已经是迫在眉睫。由于我国在相关领域研究的滞后,现目前最好的方法是借鉴国外先进和完善的铁路安全标准和相关的安全评估和认证体系,并结合中国铁路通信信号发展的实际情况,建立适合我国高铁的安全评估和认证体系。在这样的行业需求和背景下,本文首先对欧洲电气化标准委员会制定的系列标准EN-50126、EN-50128、EN-50129、EN-50159和应用于铁路系统中的现场总线标准及其采用的安全通信技术进行了阐述,并对它们在铁路通信安全数据传输上的应用做出分析。随着我国高速铁路的快速建设,列车运行速度和行车密度不断提高,传统的铁路安全数据传输方式由于诸多技术瓶颈问题,已经越来越不能有效保障高速列车的安全运行。高铁安全数据通信网利用光纤通信技术、计算机技术和网络技术可以实现信息的大容量、高效、实时、可靠传输,是铁路安全通信的发展趋势和方向。在此背景下,本文接着阐述和分析了客运专线安全数据通信网目前的组网结构（包括功能需求、基本要求、基本网络结构等）和安全通信相关的技术和协议。在以上的研究基础上,对高速铁路安全数据通信网的网络拓扑结构进行了研究探讨,对目前广泛采用的双环型网络拓扑结构进行了改进,认为采用双重冗余的拓扑结构能更加有效的提高网络的安全性和可靠性,接着又讨论分析了在高速铁路安全数据通信网的构建中应该积极采用的安全通信协议和标准。安全数据通信网是光通信技术、计算机技术、网络技术相互交叉和融合的产物,是这些先进技术在铁路通信领域中的综合应用,其安全性和可靠性是否满足高速铁路对于安全通信的相关要求,直接关系到其能否投入到铁路现场应用中去。文章最后在阐述故障-安全原则和分析封闭传输系统安全编码长度的基础上,从可靠性和故障安全性两个方面给出提高通信网络安全性的设计方案,并从工程应用的角度出发,针对CTCS-3列控系统有线数据传输网的各个子网,对其网络的安全数据传输提出工程应用设计方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 铁路相关安全标准分析
• 2.1 国际标准IEC61508
• 2.2 欧洲铁路RAMS标准EN-50126
• 2.3 欧洲铁路信号安全标准EN-50129
• 2.4 欧洲铁路软件安全标准EN-50128
• 2.5 欧洲铁路封闭系统安全通信标准EN-50159-1
• 2.6 欧洲铁路开放系统安全通信标准EN-50159-2
• 2.7 现场总线安全相关标准和技术在铁路系统中的应用
• 2.7.1 现场总线安全相关标准
• 2.7.2 安全现场总线协议结构
• 2.7.3 基于现场总线的铁路故障-安全通信协议模型
• 2.7.4 铁路系统中应用的现场总线及其安全技术
• 2.8 小结
• 第3章 高铁安全数据通信网技术平台
• 3.1 安全数据通信网目前的组网结构
• 3.1.1 网络功能需求
• 3.1.2 基本要求
• 3.1.3 客运专线基本网络结构
• 3.1.4 网络安全
• 3.2 安全通信相关技术和协议
• 3.2.1 安全防御技术
• 3.2.2 报文定义
• 3.2.3 安全通信交互协议
• 3.3 小结
• 第4章 高铁安全数据通信网系统方案研究
• 4.1 网络拓扑结构
• 4.1.1 高速铁路骨干传输网目前采用的拓扑结构
• 4.1.2 双重冗余的网络拓扑结构
• 4.2 安全数据传输网协议分析
• 4.2.1 访问控制协议
• 4.2.2 数据链路层协议
• 4.2.3 通信协议的安全要求
• 4.3 小结
• 第5章 高铁数据传输网安全性设计研究
• 5.1 故障-安全原则
• 5.2 封闭传输系统安全代码长度估算
• 5.3 提高网络安全性的方案
• 5.3.1 网络可靠性方案设计
• 5.3.2 网络故障-安全性方案设计
• 5.4 CTCS-3列控系统数据传输网安全通信工程应用研究
• 5.4.1 RBC/联锁安全数据通信以太网工程应用设计
• 5.4.2 TCC/联锁安全数据通信局域网工程应用设计
• 5.4.3 CTC数据通信以太网工程应用设计
• 5.4.4 信号监测数据通信以太网工程应用设计
• 5.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果