[發(fā)明專利]對列車控制系統(tǒng)安全數據通信過程實行在線監(jiān)視的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110008504.4
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102123005A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 何博;陽憲惠
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L12/26
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發(fā)明提出的對列車控制系統(tǒng)安全數據通信過程實行在線監(jiān)視的方法，屬于功能安全理論方法指導下的新型通信安全監(jiān)視技術。

背景技術

列車自動控制與防護系統(tǒng)是保障列車安全運行的安全關鍵系統(tǒng)。由應答器接收單元、車速測量等傳感器，車載安全控制器，以及完成行車減速、剎車操作的執(zhí)行機構，安全數據通信系統(tǒng)，以及生成行車指令的無線閉塞中心RBC等共同構成。

準確、及時地傳遞安全數據，是數據通信系統(tǒng)的基本功能。傳輸過程中的誤碼、重復、丟失、插入、重排序、延時等錯誤，都會影響列控系統(tǒng)的功能安全。要求安全完整性達到SIL4級的列控系統(tǒng)，其危險失效率應小于10^-8/h。而通信系統(tǒng)的殘余差錯率在安全完整性水平SIL分配中所占比例(或稱之為對SIL的貢獻率)按規(guī)定一般不超過1％。即安全通信的殘余差錯(失效)率應該小于10^-10/h。即使考慮到出錯漏檢報文中只有1％會導致列車出現危險失效，安全通信系統(tǒng)的殘余差錯率也應該小于10^-8/h。

列控通信系統(tǒng)包括車載設備間通信的車載網絡，車-地之間的GSM-R無線網絡，RBC、聯(lián)鎖、調度之間通信的地面計算機網絡，它們都屬于非置信開放傳輸系統(tǒng)，其傳輸介質的通信誤碼率一般分別在10^-5、10^-3、10^-6水平。必須對傳輸編碼實行CRC校驗，并在通過CRC校驗的基礎上再使數據通過安全模塊驗證，才能使安全應用數據的差錯率達到所要求的10^-8/h水平。

通信過程的功能安全，不僅取決于通信設備的可靠性，也取決于環(huán)境或其它因素對系統(tǒng)注入的干擾威脅是否超出了設計時的預計水平。如果通信系統(tǒng)的硬軟件出現失效，或者外界干擾超過了設計時的預計值，通信系統(tǒng)的功能安全將受到威脅。而列車運行過程中可能遭遇電磁噪聲等超常干擾，會發(fā)生通信系統(tǒng)軟硬件失效等系統(tǒng)錯誤，致使安全數據出現差錯，對列車運行安全造成威脅。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種對列車控制系統(tǒng)安全數據通信過程實行在線監(jiān)視的方法，以便及時發(fā)現數據通信過程中出現的異常干擾與系統(tǒng)失效，保證列控數據的通信安全。

所述方法包括如下步驟：

一種對列車控制系統(tǒng)數據通信過程實行在線監(jiān)視的方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)在車載有線網段、車-地無線網段和地面工業(yè)以太網的部分網絡節(jié)點中分別加載通信安全在線監(jiān)視軟件，或利用具有與所述網段相應網絡接口并加載有通信安全在線監(jiān)視軟件的專用獨立設備；

2)由車載控制器或無線閉塞中心，在車載有線網段、車-地無線網段和地面工業(yè)以太網網段中，分別按約定的固定時間間隔發(fā)送有約定標記、約定內容的測試幀；

3)監(jiān)視軟件開啟定長時間的滑動監(jiān)視窗口，依據傳輸介質在常規(guī)條件下的誤碼率以及數據幀的長度與發(fā)送頻率，針對車載有線網段、車-地無線網段和地面工業(yè)以太網網段分別計算確定滑動監(jiān)視窗口的長度：

由傳輸介質的誤碼率P_誤碼、數據鏈路層的數據幀長度L以及數據鏈路層數據幀的平均發(fā)送頻率f_DL，計算滑動監(jiān)視窗口的長度L_win；

傳輸介質的幀錯誤率P_誤幀＝1-(1-P_誤碼)^L；滑動監(jiān)視窗口的長度L_win＝(1/P_誤幀×f_DL)，即滑動監(jiān)視窗口內最多允許出現一個CRC校驗錯誤幀；

4)監(jiān)視軟件接收到數據幀后，判斷是否屬于測試幀：

a)若是測試幀，則檢查測試幀中的約定標記、約定內容以及監(jiān)視軟件接收測試幀的時間間隔是否符合預先約定；若測試幀的約定標記、約定內容以及監(jiān)視軟件接收測試幀的時間間隔符合預先約定，則繼續(xù)接受下一個數據幀；若不符合預先約定，則檢查測試幀連續(xù)錯誤數是否到達三，若是則發(fā)出安全通信功能失效報警，若否，則發(fā)出安全通信功能失效預警，測試幀連續(xù)錯誤數加一，繼續(xù)接受下一個數據幀；

b)若不是測試幀，則檢查與監(jiān)視軟件上一次接收到測試幀的時間間隔是否超過預定的極限；若超過極限，則發(fā)出安全通信功能失效報警；若沒有超過極限，則進行循環(huán)冗余校驗；

5)若循環(huán)冗余校驗正確，則繼續(xù)接受下一個數據幀：

6)若循環(huán)冗余校驗發(fā)現通信出錯，則判斷當前所處的滑動監(jiān)視窗口內發(fā)現的錯誤幀數是否超過一個，若是，則發(fā)出安全通信受干擾程度超過預定水平的報警；若否，則繼續(xù)接受下一個數據幀。