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移动闭塞条件下的列控通信系统实时性能研究
| 论文题名： | 移动闭塞条件下的列控通信系统实时性能研究 |
| 关键词： | 轨道交通;列控通信系统;移动闭塞条件;实时性能 |
| 摘要： | 移动闭塞是轨道交通领域最先进的闭塞系统，该系统能够有效缩短列车追踪间隔时间，降低信号系统设备综合维修成本，目前已广泛应用于城市轨道交通。移动闭塞系统是依靠列车运行控制系统的无线通信子系统进行车地间实时、大容量的双向信息传输，因此列控通信系统实时性能的变化规律将直接影响列车控制类业务数据的传输时延，进而影响列车追踪效率。本文利用层次赋时着色Petri网(HierarchicalTimedColoredPetriNet,HTCPN)建立了基于通信的列车追踪运行模型，对车载设备与地面设备之间列控数据的传输过程以及列车追踪运行场景进行动态仿真，根据仿真结果分析列控通信系统实时性能的变化规律以及移动闭塞条件下的列车追踪特性。 本文的研究内容分为两个部分，第一部分是根据列控通信系统的组成和列控数据传输过程分别建立基于铁路数字移动通信系统(GSM-R)和基于铁路宽带移动通信系统(LTE-R)的列控通信系统模型，其中移动终端模型、基站模型和无线闭塞中心模型对车地通信过程进行了描述，根据差错重传机制模拟列控数据检测与重传的过程，保证了列控数据传输的可靠性和仿真的真实性。无线信道模型综合考虑了信道故障和电波衰落等因素，能够真实地模拟列控数据在空中接口传输时发生的延时或者出错。首先利用CPNTools工具对无线信道模型进行仿真，研究电波损耗特性、信噪比、信道容量、基站边界速率、覆盖场强和最小接收电平等指标的变化规律。之后对列控通信系统的实时性能进行分析，研究了列车位置、电波衰落、越区切换、列控数据长度、传输出错和差错重传机制等因素对GSM-R和LTE-R列控数据端到端传输时延造成的影响。最后分析了列车运行过程中列控数据传输时延的分布规律，并将GSM-R和LTE-R的实时性能进行对比，得到了LTE-R的实时性更好，同时更易受到信道质量影响的结论。 第二部分是根据移动闭塞列车追踪运行原理提出列车追踪模型的形式化描述，结合线路条件和列车制动性能建立车载控制模型。对列车追踪运行场景进行仿真，以对比方法研究GSM-R与LTE-R系统控车下的追踪运行特性。仿真结果表明HTCPN的异步、并发机制适用于多列车在实时通信下追踪运行的建模与仿真，验证了LTE-R控车模式能够更高效、灵活地调整列车的运行状态。同时说明提高列控通信系统的实时性能可以提高列车追踪效率，研究结果可为下一代列控系统的设计和应用提供参考。 |
| 作者： | 张洪瑞 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 旷文珍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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