RSSP-Ⅱ安全通信協(xié)議在CBTC的應(yīng)用研究.pdf

1、基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)通過(guò)雙向的車地通信保證列車正常運(yùn)行。CBTC車地通信系統(tǒng)在通過(guò)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中，可能遇到傳輸差錯(cuò)和外部非法入侵的威脅，必須依靠安全通信協(xié)議保護(hù)消息的安全性、完整性和時(shí)效性。2008年鐵道部根據(jù)EN50159標(biāo)準(zhǔn)制定了鐵路安全通信協(xié)議RSSP-Ⅰ和RSSP-Ⅱ，為我國(guó)鐵路信號(hào)安全設(shè)備之間的安全通信提供協(xié)議規(guī)范。其中，RSSP-Ⅱ能夠?yàn)镃BTC提供高安全性的防護(hù)，但其復(fù)雜度和時(shí)延性能能否滿足CBT

2、C的性能要求仍需進(jìn)一步研究。本文以RSSP-Ⅰ為參照，對(duì)RSSP-Ⅱ用于CBTC車地通信系統(tǒng)時(shí)的復(fù)雜度和時(shí)延性能進(jìn)行了理論分析，并采用了基于有色Petri網(wǎng)的建模方法對(duì)協(xié)議建立安全連接過(guò)程的時(shí)延性能進(jìn)行了仿真分析。
　　本文首先對(duì)RSSP-Ⅰ和RSSP-Ⅱ協(xié)議結(jié)構(gòu)和安全通信流程的研究，并闡述了RSSP-Ⅱ在CBTC開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)中的防御措施和安全性，表明RSSP-Ⅱ能夠保證CBTC車地通信傳輸?shù)陌踩?。其次是?duì)協(xié)議性能的分析。首先基于計(jì)

3、算復(fù)雜度理論分析了兩種協(xié)議實(shí)現(xiàn)安全通信的計(jì)算復(fù)雜度，從封裝、發(fā)送到安全消息的接收和處理，分析了兩協(xié)議計(jì)算復(fù)雜度的組成;通過(guò)與RSSP-Ⅰ協(xié)議復(fù)雜度的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)RSSP-Ⅱ協(xié)議的計(jì)算復(fù)雜度主要來(lái)自于協(xié)議消息鑒定安全層的加密認(rèn)證算法。之后根據(jù)復(fù)雜度分析，對(duì)兩協(xié)議在安全通信過(guò)程中的時(shí)延進(jìn)行了分析和計(jì)算，通過(guò)計(jì)算得到了兩協(xié)議在有丟包存在和無(wú)丟包存在下的傳輸時(shí)延以及RSSP-Ⅱ特有的建鏈時(shí)延，由于RSSP-Ⅱ在建鏈過(guò)程中包含兩次交互過(guò)程，因此建鏈

4、時(shí)延是協(xié)議時(shí)延的主要組成部分。最后，為驗(yàn)證RSSP-Ⅱ協(xié)議能否滿足CBTC系統(tǒng)性能需求，論文選擇有色Petri網(wǎng)及其輔助工具CPN Tools對(duì)RSSP-Ⅱ協(xié)議的建立安全連接過(guò)程進(jìn)行仿真建模分析，從車地通信基本模型入手，逐步加入丟包和重傳機(jī)制，最后完成建鏈過(guò)程模型的搭建?；谒Ｐ?，使用CPN Tools對(duì)協(xié)議的建鏈過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證和性能分析。通過(guò)狀態(tài)空間分析驗(yàn)證了模型的活性和可達(dá)性;在協(xié)議模型中加入的時(shí)間元素，分析了不同丟包率下傳輸過(guò)程