區(qū)域計算機聯(lián)鎖站間安全通信的研究.pdf

1、隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)愈來愈不能滿足高速度高密度運營的需求。隨著網(wǎng)絡(luò)安全傳輸?shù)燃夹g(shù)快速發(fā)展，區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各國鐵路系統(tǒng)中。區(qū)域計算機聯(lián)鎖站間安全通信采用雙環(huán)冗余網(wǎng)，通過CAN(Controller Area Network,控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線進行通信，隨著并入?yún)^(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)相鄰站點增多，對安全通信的要求也逐漸增高。因此，需要對整個站間安全通信網(wǎng)的組網(wǎng)方式、通信電路、CAN實時性以及安全通信協(xié)議進

2、行改進，以滿足現(xiàn)有信息傳輸?shù)陌踩枨蟆?br>　　針對區(qū)域計算機聯(lián)鎖站間安全通信網(wǎng)組網(wǎng)方式以及不可信傳輸系統(tǒng)存在的問題進行改進，在此基礎(chǔ)上設(shè)計通信電路圖并分析可靠性。然后通過改進CAN總線靜態(tài)優(yōu)先級機制提高實時性，設(shè)計一個適用于區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全通信協(xié)議，并對協(xié)議的實時性和安全性進行分析。
　　首先，介紹了區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對組成系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的功能進行介紹，詳細分析了站間安全通信的通信原理，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、安全需

3、求、安全措施以及實現(xiàn)方式進行一一分析，得出站間安全通信性能關(guān)乎整個系統(tǒng)功能實現(xiàn)。
　　其次，深入分析了區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的常用的雙環(huán)冗余網(wǎng)，采用雙環(huán)冗余雙重系統(tǒng)自愈網(wǎng)以及跳網(wǎng)兩種改進方式，在采用雙環(huán)冗余雙重系統(tǒng)自愈網(wǎng)的前提下，設(shè)計了相應(yīng)的通信電路硬件圖，采用零件應(yīng)力分析法計算出所設(shè)計電路十年的可靠度。
　　再次，分析區(qū)域計算機聯(lián)鎖CAN總線通信原理，提出消息的排隊時延受總線仲裁機制的影響，針對CAN總線靜態(tài)優(yōu)先級機制采用動態(tài)

4、優(yōu)先級算法對實時性進行改進，搭建了實驗平臺，仿真分析了不同負載下消息的最大時延，對改進后的C A N和標準CAN做一個比較，得出了改進后的C A N實時性優(yōu)于標準CAN。
　　最后，設(shè)計了一個適用于區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全通信協(xié)議，設(shè)計協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)、協(xié)議幀格式，然后通過OPNET軟件搭建仿真模型，對協(xié)議的實時性進行仿真。仿真結(jié)果表明，報文的最大時延與報文的長度和總線位速率有關(guān)，長度越大，時延越大，總線位速率越大，網(wǎng)絡(luò)負載率越小，