基于无线通信的列车自动控制系统的安全可靠性研究

摘要

CBTC系统是目前城市轨道交通信号系统的一种新的应用方案，它的安全性和可靠性直接关系到列车运行的质量。目前的信号系统采用的是固定闭塞或是准移动闭塞，随着城市化的发展，运营要求越来越高，因此CBTC的出现，充分发挥列车自动控制系统的能力。而CBTC系统的安全性和可靠性是一个十分重要和实际的课题。传统列车自动系统的信息传输因为主要基于专用有线网络，可靠性和安全性在专用网络的设计中基本解决；随着无线网络技术的发展，引入了CBTC基于无线通信的列车自动控制系统，则对商用WLAN提出了安全性和可靠性的要求。 本文提出目前国内轨道交通行业对于CBTC系统的安全性可靠性仅有一些基于通用网络的规范和标准（如IEEE的行业标准和针对CBTC的IEEE 1474指导性白皮书），网络安全上使用了一些成熟的加密算法（如DES、3DES），但是这些做法和规范往往存在有安全漏洞，因此必须对它们进行相应的分析和改进。 本文对通信领域常用的标准、事实上的行业标准和算法进行分析，以及通信系统的网络规范、IEEE 802.3标准和IEEE国际组织规范中的密钥切换协议等的分析；针对无线通信系统的行业标准进行了分析及并对无线系统密码存储的算法提出了适应性需求；参考了安全方面的相关资料，发现了二者相容可能出现的一些问题，并对复杂度进行了分析，同时针对发现的问题提出了增强的解决办法和协议，论证了CBTC系统应用的可行性以及优越性。 本文的意义在于，不仅提出了一个全新的智能轨道交通系统，还证明了将通信系统引入严谨的信号系统中，为信号系统的发展提供了一个新的发展方向和性能改善方式。