RSSP-Ⅱ安全通信協(xié)議在CBTC的應用研究.pdf

1、基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)通過雙向的車地通信保證列車正常運行。CBTC車地通信系統(tǒng)在通過開放式網絡進行傳輸?shù)倪^程中，可能遇到傳輸差錯和外部非法入侵的威脅，必須依靠安全通信協(xié)議保護消息的安全性、完整性和時效性。2008年鐵道部根據EN50159標準制定了鐵路安全通信協(xié)議RSSP-Ⅰ和RSSP-Ⅱ，為我國鐵路信號安全設備之間的安全通信提供協(xié)議規(guī)范。其中，RSSP-Ⅱ能夠為CBTC提供高安全性的防護，但其復雜度和時延性能能否滿足CBT

2、C的性能要求仍需進一步研究。本文以RSSP-Ⅰ為參照，對RSSP-Ⅱ用于CBTC車地通信系統(tǒng)時的復雜度和時延性能進行了理論分析，并采用了基于有色Petri網的建模方法對協(xié)議建立安全連接過程的時延性能進行了仿真分析。
　　本文首先對RSSP-Ⅰ和RSSP-Ⅱ協(xié)議結構和安全通信流程的研究，并闡述了RSSP-Ⅱ在CBTC開放式網絡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Ｆ浯问菍f(xié)議性能的分析。首先基于計

3、算復雜度理論分析了兩種協(xié)議實現(xiàn)安全通信的計算復雜度，從封裝、發(fā)送到安全消息的接收和處理，分析了兩協(xié)議計算復雜度的組成;通過與RSSP-Ⅰ協(xié)議復雜度的對比，發(fā)現(xiàn)RSSP-Ⅱ協(xié)議的計算復雜度主要來自于協(xié)議消息鑒定安全層的加密認證算法。之后根據復雜度分析，對兩協(xié)議在安全通信過程中的時延進行了分析和計算，通過計算得到了兩協(xié)議在有丟包存在和無丟包存在下的傳輸時延以及RSSP-Ⅱ特有的建鏈時延，由于RSSP-Ⅱ在建鏈過程中包含兩次交互過程，因此建鏈

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