cbtc系统安全通信协议的研究

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1、国内图书分类号：U284．48国际图书分类号：656西南交通大学研究生学位论文年姓级三雯=二级申请学位级别王堂亟±专业童通信!垦王猩区控壹』．指导老师郭进数拯二零一四年四月六日密级：公开ClassifiedIndex：U284．48U．D．C：656SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHERESEARCHOFSAFETY二CRITICALCOMMUNICATIONPROTOCOLINCBTCSYSTEMGrade：2011Candidate：SunZhihaoAcad

2、emicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：TrafficInformationEngineeringandControlSupervisor：ProfessorGuoJinApr．6，2014西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．完成CBTC安全通信协议的需求分析、协议设计、软件设计及验证各个阶段的工作：2．研究分析DCS系统的组成及各种安全加密算法的原理，分析CBTC安全通信的系统层次和各个层次的安全防护，明确

3、安全通信协议的主要任务；3．对CBTC系统安全通信协议的防御技术及安全算法进行研究，针对安全通信协议的措施，设计安全交互的报文及数据结构，分析安全通信的交互过程，给出冗余管理的设计，给出与应用层的接口设计；4．完成安全通信协议仿真软件的编制，并拿到西南交通大学DCS系统上进行多次数据测试，对安全通信协议的实时性及故障导向安全性进行验证。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集

4、体，均己在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：弓：3、劣3之Et期：勿一垆C、p，西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密彤使用本授权书。(请在以上方

5、框内打“、／”)学位论文作者签名：碉巧；喜指导老师签名：日期：弘，￥．F·为日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要CBTC(Communications．BasedTrainControl，简称CBTC)系统的通信过程是通过DCS(DataCommunicationSystem，简称DCS)子系统完成的。高实时性与高安全性的通信离不开DCS系统的支持，DCS系统可以保证传输层及以下各层的传输安全，但是不能保证传输层以上的处理安全。随着CBTC技术的发展，数据的通信及处理安全问题引起广泛关注。CBTC系统中，传输层采

6、用面向无连接的、非安全的UDP协议，因而很难保证传输层到应用层的处理安全，也随时面临消息的重复、丢失、插入、次序错乱、错误以及传输超时等等威胁。与CBTC系统安全通信最直接相关的就是安全通信协议。在DCS系统的安全防护下，本文参照我国颁布的RSSP．I铁路信号安全通信协议，设计了CBTC系统的安全通信协议。协议采用序列号、时间戳、超时、目的地和源地址标识、反馈报文、双重校验等措施来防御以上威胁，同时，安全通信协议采用线性反馈移位算法及循环冗余算法对系统中的安全用户数据报文进行双通道的加密运算，保证安全用户数据报文的安全传输

7、处理。RSSP．I协议大多应用于既有铁路，本文在其基础上加入地址信息验证及安全连接管理功能，并将其应用到城市轨道交通领域。为了验证安全通信协议设计的正确性，按照安全通信协议的设计，开发了一套软件模拟系统，可以模拟CBTC系统中的ATS(AutomaticTrainSupervision，简称ATS)服务器、区域控制器以及车载控制器三种设备。国内对安全通信协议的研究大多为网络仿真及数学的形式化验证，鲜有基于DCS系统的实验验证。实验验证法既能克服网络仿真软件的数据说服力差的缺点，又能灵活验证安全通信协议的功能设计。本文在西南

8、交通大学DCS系统上进行了半实物仿真，西南交通大学DCS系统采用成熟商用设备，其DCS设计方案已经应用在现有的城市轨道交通线路中，与现场设备保持高度一致，所得的测量结果真实可靠，具有说服力。在西南交通大学DCS系统上经过多次测量，并参考IEEE1474．1标准中对于网络延时及数据处理的要求，结果显示，经