梯形高可靠列车通信网络冗余结构分析

文章构建了一种高可靠的列车通信网络梯形冗余结构的组网方案,分析了该网络的故障保护及冗余切换机制。针对梯形网络这种复杂列车通信网络,提出了一种基于K-端连通性检测简化的动态故障树分析方法,并利用二元决策图简化了故障树计算过程。文章提出的算法综合考虑了通信网络中系统结构、组件的动态修复情况以及拓扑结构对于网络可靠性的影响,简化了故障树模型建模和计算过程。文章采用提出的算法对梯形冗余网络可靠性结合具体算例进行了演算分析。计算表明该梯形冗余网络在相同情景下平均故障间隔时间比采用PRP延长1 513.32 h,比采用HSR延长5 034.61 h,可靠性明显提高。文章构建的组网方案以及提出的可靠性建模方法可为高可靠列车通信网络的网络结构设计与可靠性分析提供新思路。     

一种总线型和交换型网络并存的列车网络设计

为了满足列车网络日益增长的数据传输需求,同时保证列车网络数据传输的可靠性和实时性,提高列车网络的灵活性和互联互通性,设计了一种总线型和交换型网络并存的列车网络控制系统,将2种网络优势互补,并可根据列车网络的实际情况,按照故障导向安全原则自动选择网络形式。搭建了实验室仿真试验平台,进行了MVB/WTB通信和TRDP(Train Real-time Data Protocol)通信之间的转换和列车控制逻辑的测试,并通过了400 km/h跨国互联互通动车组项目验证。试验证明,总线型和交换型网络并存的列车网络系统性能优异,能够为承载更加多样化的数据和拥有更加高效传输性能的列车网络控制系统提供重要支撑。     

基于802.11协议的CBTC系统数据通信子系统的探讨

数据通信系统DCS是CBTC系统的核心,CBTC系统大多采用成熟的基于IEEE 802.11协议标准的无线局域网技术作为数字通信传输系统。本文利用OPNET Modeler 14.5仿真平台,对CBTC系统的数据通信子系统建模,以802.11b标准为例进行仿真,在不同的无线数据传输速率及列车运行速度下,对无线局域网性能变化进行分析,提出具有冗余设备的列车以保证数据通信的可靠传输。随着人们对列车控制系统性能及多样化信息服务需求的增加,基于802.11协议的CBTC系统也存在一些需要解决的问题。     

基于以太网双向环路的动车组列车人机界面多重冗余设计

HMI(人机界面)是列车网络控制系统的显示终端,是司机和维护人员监控列车运行状态的重要平台,可实现列车运行状态监视、故障诊断和警报、数据配置和车辆控制等功能,是保证列车运行安全的关键部件。因此,动车组列车HMI多重冗余设计显得尤为重要。介绍了基于以太网双向环路通信的列车HMI多重冗余功能的设计和实现方法,包括硬件设备、车辆拓扑结构及HMI软件控制策略等冗余设计。全方面的冗余设计能有效保证列车运行安全,降低列车维修维护成本,提高列车运行的可靠性。     

高速动车组消息数据通信技术研究与实现

鉴于消息数据传递在高速动车组通信网络中的重要作用,依据UIC 556协议规范,详细分析采用UIC 556通信协议实现动车组之间消息数据的传输过程,研究在列车网络上发送的E报文(消息数据报文)的主要机制及过程,并以此为基础,在仿真平台上利用CSS软件和Unicap软件进行半实物仿真模拟,仿真结果表明可实现消息数据的传输。     

CTCS-3系统中GSM-R网络结构的研究分析

针对当前CTCS-3系统中GSM-R网络采用的交织双网结构,提出了一个新的网络传输冗余结构。利用马尔可夫链,综合考虑了GSM-R网络通信过程中可能导致通信失败的一些因素:传输错误、传输干扰、连接的丢失、越区切换等,以及列车速度对系统可靠性与有效性的影响,提出2种网络结构的可靠性与有效性模型。通过对新网络结构的仿真分析,采用新网络结构使得系统在工作状态下的逗留时间有了很大的提高,可靠性和有效性均优于传统的网络结构,并且受到列车速度的影响也更小。     

基于交换式以太网安全通信协议的模型和仿真研究

在基于通信的列车控制系统中,区域控制中心ZC(Zone Controller)子系统负责向列车发布移动授权,对于保障列车安全高效运营具有重要作用。为提高ZC的可靠性,设计中通常会使用冗余结构,其内部的安全通信协议就成为系统成败的关键。本文介绍构建于UDP协议之上的ZC内部安全通信协议的设计与实现,利用OP-NET网络仿真工具对该协议进行建模,并模拟VxWorks实时操作系统的多任务调度环境,构建基于交换式以太网的通信性能仿真研究平台。根据ZC的实际运行情况,对通信过程进行仿真,分析了发送窗口对报文最大时延的影响。仿真结果表明,适当的发送窗口数量可以兼顾通信效率和时间精度。     

密钥管理在车-地通信加密中的分析与研究

GSM—R作为高速铁路客运专线车载设备与地面设备通信的重要传输通道,承载着安全数据及非安全数据的传输。然而对于GSM-R网络来说,由于其频率的公开性,很难防范一些巧合或者是恶意的信息登录该网络,并以此来控制列车,甚至引起重大的行车事故。因此,采用合适的加密技术对保证列车通信网络的安全是非常必要的。     

智能列车数据传输与处理地面基站网管研究

高速铁路多通道通信系统(HRMC)是智能高速列车课题的宽带无线通信部分,其目的是在列车和地面之间实现一个宽带通道,可以传输列车传感器及网络的数据,支持视频监控、IP电话及旅客服务。HRMC系统地面基站网管为了保障网络的正常运行,网管系统采用了C/S架构,SNMP协议等相关技术方案,满足地面基站设备的网络管理的需求,为高速、大流量铁路通信系统提供了一整套切实可行的解决方案。     

TRDP协议及其解析技术的应用

随着云计算、大数据、物联网、5G、北斗导航等新技术的不断融合，以数据为基础驱动的高速列车智能化正在持续发展。在高速列车智能化应用场景中，多业务数据要求不同的传输速率、通信周期并且占用不同的流量带宽，关键业务数据采用TRDP协议进行传输。然而由于列车以太网基于CSMA/CD通信机制，多业务数据增加了通信延时抖动甚至数据阻塞的风险，因此研究TRDP数据解析对数据可靠传输至关重要。文中介绍了TRDP实时协议，提出了一种通过Wireshark和Python软件进行数据解析的方法，可方便直观地分析TRDP报文健康完整性、通信周期延时抖动以及以太网流量等关键性能指标，为以太网工程应用提供了参考。     

新型高可靠性列车运行监控装置

新型列车运行监控装置以控制器为中枢,在网络结构上分为控制层和通信层,通过网络分层保证控制功能的完整性;根据对冗余方式可靠性分析和比较,提出模块级冗余、硬件冗余切换电路和智能化模块式的输入输出模块设计方案;采用大容量CF卡作为地面基础数据转储的载体,运用MD5码校验技术和数据冗余存储技术,实现了一次性自动完成车载主机和显示器中地面基础数据的更新,提高了列车运行监控装置更新地面基础数据的安全性和易用性。地面测试和装车运行试验表明,该装置已基本满足现行列车运行需求,能保证控制列车运行安全。     

基于热备冗余控制的地铁车辆逻辑控制单元应用研究

针对地铁车辆应用场景,基于热备冗余控制方案,对地铁车辆逻辑控制单元LCU进行应用研究。根据LCU系统架构及硬件配置,对电源冗余、主控冗余、IO冗余、通信冗余等进行冗余设计,有效地保证了地铁车辆运行的安全性和可靠性,提高了列车的运营保障能力。     

基于TCN消息及过程数据实现WTB总线通信的网关程序设计

通过研究WTB总线通信机制,解决WTB总线带宽利用率低的问题。提出了利用TCN消息通信机制以及过程数据通信机制,实现WTB总线数据通信的网关软件程序设计。对WTB总线传输的数据量的通信时间计算分析、实验表明,该通信方式增加了基本通信周期内WTB总线传输的数据量,提高了WTB总线带宽利用率。利用TCN消息和过程数据的网关程序设计方式降低了大容量数据在WTB总线上的传输延时和程序开发的复杂度,保证了列车网络系统的可靠性。     

基于工业以太网的高速列车通信网络仿真研究分析

现代高速列车需要传输大量的数据.传统的现场总线存在带宽低的缺点,不能满足大量数据的传输任务,而工业以太网具备带宽高、成本低等方面的优势.利用仿真软件OPNET,搭建了基于工业以太网的高速列车通信网络仿真模型.针对实际高速列车网络通信数据特性进行分类,并对其进行分析和建模.通过仿真,对基于宽带100 M和1 000 M的工业以太网列车通信网络的延时特性和利用率等方面进行比较分析.仿真结果表明,宽带1 000 M工业以太网能够满足列车通信的实时性和可靠性要求.     

无线机车信号数据安全传输方法的研究

研究采用无线信道方式传输数据,实现机车信号数据安全传输的方法.根据无线机车信号数据传输需求,以GSM-R数据通道结构和GSM-R安全传输协议为基础,提出采用地址、时间、注册码三维控制、时分复用通信方式和通信协议、帧结构可变、调整优先级等方法.防止由于无线干扰和传输网络帧冲突等原因造成的数据传输错误,保证无线机车信号数据传输的可靠性和安全性.     

基于移动中继增强机制的多机车同步操控无线通信策略

国内万吨以上重载列车需采用多机车牵引同步操控(LOCOTROL)系统,GSM-R网络作为其通信平台能够在一般情况下满足该系统对通信服务质量的要求,然而,现有GSM-R网络存在铁路沿线弱场覆盖情况,且其通信链路环节过多导致丢包率和传输时延显著增长,因此需进一步提高同步操控系统的通信可靠性。针对此问题,本文在现有通信机制基础上提出了移动中继增强机制的多机车同步操控无线通信策略(简称移动中继增强机制),并通过Matlab仿真分析其通信可靠性,然后对移动中继增强机制基于有色Petri网建模,并对该机制下不同传输模式的可靠性进行了仿真。结果表明,移动中继增强机制不仅可以基本满足同步操控系统对通信可靠性的要求,且相比GSM-R机制,可以明显提高同步操控系统的通信可靠性。     

基于IPSec的CBTC数据安全传输的研究

在研究基于通信的列车控制(CBTC)系统的基础上,分析基于WLAN的数据传输系统的各种可能受到的安全威胁,提出基于IPSec协议的安全加强措施,在此基础上对IPSec协议进行改进和升级,构建分级IPSec数据传输方案,并进行数据传输实验,实验证明系统的安全性得到改进.     

基于改进LS-SVM算法的列车通信网络时延预测方法

由于通信网络诱导时延的存在会对列车牵引制动系统造成影响,因此对时延精准预测并实现补偿十分重要。提出了一种基于改进粒子群(PSO)算法优化的最小二乘法支持向量机(LS-SVM)算法对列车通信网络时延进行预测,搭建了列车网络控制系统半实物平台,使数据通过多功能车辆总线(MVB)进行传输,分别改变车辆控制单元(VCU)特征周期及负端口数量大小,以获取大量不同特性的时延数据。将数据分组后利用改进的PSO算法优化LS-SVM算法进行预测仿真。仿真结果表明,与传统的LS-SVM算法及Elman神经网络算法的预测方法相比,所提出的方法在列车通信网络的时延预测方面具有更好的快速性和准确性。     

基于以太网的列车骨干网性能研究

为满足未来列车网络承载大数据量传输需求,设计基于以太网的列车骨干网网络架构。在分析列车骨干网的特点的基础上,完成了列车骨干网节点的软、硬件开发,并进行了网络性能的相关测试,测试结果表明,基于以太网的列车骨干网络具有高数据吞吐量、高传输可靠性的特点,证明了基于以太网技术的列车骨干网络方案的可行性。     

基于MVB通信的VC U软冗余功能研究与开发

VCU(车辆控制单元)是列车网络与控制系统的中枢,是保证列车运行安全的关键设备,其冗余设置非常必要.文章介绍了基于MVB(多功能车辆总线)通信的软冗余功能包的开发,使VCU冗余不再依赖硬件,既能保证列车运行安全,又降低了成本,提高了可靠性.