基于通信系统的铁路信号安全信息传输的应用研究

摘要

中国经济的快速发展对铁路提出了更高的要求。研究国外的铁路安全标准和相关的安全评估、认证体系，并结合中国铁路通信信号发展的实际情况，建立中国铁路通信信号系统的安全评估和认证体系势在必行。本文对CENELEC制定的欧洲系列标准EN-50126、EN-50128、EN-50129、EN-50159进行了研究，并对它们在基于通信系统的铁路信号安全信息传输上的应用作出分析。 论文首先论述了建立基于通信系统的铁路信号安全信息传输的必要性，指出FBTC系统必将为CBTC系统所取代，通信信号一体化是世界各国铁路发展的一个必然趋势，指出应该设立中国铁路相关的安全标准；接着研究了欧洲铁路安全标准及原理；构建出适合中国铁路并基于通信系统的铁路信号安全信息传输生命周期，制定了生命周期14个阶段内应完成的任务；指出不同安全完整性级别对故障概率的限制值，论述了如何实现铁路信号传输系统的故障一安全，提出封闭通信系统安全编码长度的计算方法，分析了开放通信系统的威胁和安全性设计原则；阐述了信息传输编码的理论，验证欧洲应答器传输协议的安全性并对其安全传输的概率进行估算，证明其满足欧洲安全标准SIL4的要求，指出对该协议的安全验证和评估能对基于通信系统的铁路信号安全信息传输起到指导与参考的作用；最后得出结论：基于通信系统的铁路信号安全信息传输是可行的。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1绪论

1.1论文的选题背景

1.2国内外研究现状

1.3论文的目的和意义

1.4论文主要研究内容及框架

2欧洲铁路安全标准及原理研究

2.1国际电子技术相关安全标准IEC61508分析

2.2欧洲铁路RAMS标准EN-50126分析

2.2.1铁路RAMS

2.2.2铁路RAMS的管理

2.2.3 RAMS生命周期

2.3欧洲铁路信号系统安全标准EN-50129分析

2.4欧洲铁路软件安全标准EN-50128分析

2.5欧洲铁路封闭系统安全通信标准EN-50159-1分析

2.5.1传输系统和安全程序的关系

2.5.2安全程序需求

2.5.3安全编码需求

2.6欧洲铁路开放系统安全通信标准EN-50159-2分析

2.6.1防御需求

2.6.2抵抗威胁的防御手段

3基于通信系统的铁路信号安全信息传输生命周期构建

3.1系统生命周期图

3.2生命周期的任务制定

3.2.1系统的构思

3.2.2系统定义和应用条件

3.2.3风险分析

3.2.4系统要求

3.2.5验收标准制定

3.2.6设计和执行

3.2.7系统的制造

3.2.8系统的安装

3.2.9系统的确认

3.2.10系统的验收

3.2.11运行和维护

3.2.12性能监视

3.2.13修改和翻新

3.2.14停止使用和废弃

3.3生命周期责任分配的分析

4基于通信系统的铁路信号信息传输的安全性研究

4.1安全完整性级别和故障—安全分析

4.1.1安全完整性级别

4.1.2信号信息传输的故障—安全

4.2铁路信号信息传输故障—安全设计

4.2.1容错系统的建立

4.2.2铁路信号安全信息传输系统的方案设计

4.3铁路通信系统的安全设计研究

4.3.1传输方式的选择

4.3.2封闭系统通信安全编码长度计算

4.3.3开放系统通信的威胁与安全性设计原则

5信息传输编码算法的安全验证研究

5.1差错控制原理

5.2几种常用的检错码分析

5.3应答器传输协议的安全验证与评估

5.3.1编码过程

5.3.2选候报文的测试

5.3.3报文变换

5.3.4解码需求

5.3.5对协议的安全验证

5.3.6传输安全概率的估算

6结论

参考文献

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