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区域计算机联锁站间安全通信的研究
| 论文题名： | 区域计算机联锁站间安全通信的研究 |
| 关键词： | 站间安全通信;组网方式;通信电路;安全通信协议;区域计算机联锁 |
| 摘要： | 随着高速铁路的迅猛发展，计算机联锁系统已经愈来愈不能满足高速度高密度运营的需求。随着网络安全传输等技术快速发展，区域计算机联锁系统已广泛应用于各国铁路系统中。区域计算机联锁站间安全通信采用双环冗余网，通过CAN(Controller Area Network,控制器区域网络)总线进行通信，随着并入区域计算机联锁系统相邻站点增多，对安全通信的要求也逐渐增高。因此，需要对整个站间安全通信网的组网方式、通信电路、CAN实时性以及安全通信协议进行改进，以满足现有信息传输的安全需求。 针对区域计算机联锁站间安全通信网组网方式以及不可信传输系统存在的问题进行改进，在此基础上设计通信电路图并分析可靠性。然后通过改进CAN总线静态优先级机制提高实时性，设计一个适用于区域计算机联锁系统的安全通信协议，并对协议的实时性和安全性进行分析。 首先，介绍了区域计算机联锁系统的系统结构，对组成系统的各个子系统的功能进行介绍，详细分析了站间安全通信的通信原理，对网络结构、安全需求、安全措施以及实现方式进行一一分析，得出站间安全通信性能关乎整个系统功能实现。 其次，深入分析了区域计算机联锁系统的常用的双环冗余网，采用双环冗余双重系统自愈网以及跳网两种改进方式，在采用双环冗余双重系统自愈网的前提下，设计了相应的通信电路硬件图，采用零件应力分析法计算出所设计电路十年的可靠度。 再次，分析区域计算机联锁CAN总线通信原理，提出消息的排队时延受总线仲裁机制的影响，针对CAN总线静态优先级机制采用动态优先级算法对实时性进行改进，搭建了实验平台，仿真分析了不同负载下消息的最大时延，对改进后的C A N和标准CAN做一个比较，得出了改进后的C A N实时性优于标准CAN。 最后，设计了一个适用于区域计算机联锁系统的安全通信协议，设计协议的层次结构、协议帧格式，然后通过OPNET软件搭建仿真模型，对协议的实时性进行仿真。仿真结果表明，报文的最大时延与报文的长度和总线位速率有关，长度越大，时延越大，总线位速率越大，网络负载率越小，相应的网络时延越小，但最大时延依然满足区域计算机联锁系统的实时性要求。利用故障树原理对协议的安全性进行计算，验证了该协议完全符合SIL4(Safety Integrity Level,安全完整性等级)级要求。 |
| 作者： | 刘涛 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 王瑞峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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