基于efsm的cbtc通信协议一致性测试研究

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1、1综述基于通信的列车运行控制系统(Communications-basedTrainControl，简称CBTC)技术发源于欧洲连续式列车控制系统，经过多年的发展，取得了长足的进步【l】。系统独立于轨道电路，采用高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信，通过车载和地面安全设备实现对列车的控制，现已成为列车控制系统发展的方向，可满足铁路运输智能化、信息化和网络化的发展需要。在消化吸收国外先进技术的同时，我国正在研究新一代符合我国国情的基于通信的CBTC列车控制系统。CBTC是防护安全的复杂系统，各子系统问必须安

2、全可靠的通信，并且由于整个CBTC系统应用两种通信网络(有线、无线)，因此需要一个可靠、完备、统一的通信协议来保证数据传输的安全，保证各个通信对象(车载设备、地面设备)之间正常的进行数据交互，进而才能保证整个系统的安全等级的要求【2】。目前的网络协议多是以自然语言描述的文本【3】。实现者对于协议文本的不同理解和可选的协议属性以及实现过程中的非形式化因素都会导致不同的协议实现，有时甚至是错误的协议实现。同一协议的不同实现还存在着性能差别。在这种情况下，需要一种有效的方法对协议实现进行评价，这就是“协议测试"。在协议

3、测试中，又以协议的一致性测试为最重要的部分。一致性测试是指对被测实现(ImplementationUnderTest，IUT)进行的细致、系统的试验，以确定该实现是否完全符合协议规范中的标准。对CBTC系统的通信协议进行协议一致性测试是十分必要的。目前国内的CBTC系统尚不成熟，在开发试验阶段，对该系统及其各子系统进行周密、详尽的安全评估与验证，性能评价及系统级测试是不可或缺的。对于CBTC中的通信协议来说，由于其在该系统中起到至关重要的作用，而且是以欧洲列车控制系统(EuropeanTrainControlSy

4、stem，ETCS)的通信协议为参考，将其思想与实际需求相结合，加以改善设计出来的。这就需要对CBTC的通信协议的实现进行一致性测试。本章将简述自主开发的CBTC系统基本原理、开放空间无线CBTC系统车地通信系统、CBTC系统通信协议、以及列车控制系统通信协议国内外发展现状；还将介绍协议一致性测试技术的相关理论与发展；最后介绍论文的主要工作和结构安排。j匕塞交通太堂亟±堂僮i金塞绽述1．1研究背景1．1．1CBTC系统概述1999年，电气和电子工程师协会轨道交通运输车辆接口委员会(IEEERailTransitV

5、ehicleInterfaceStandardsCommittee，IEEER1VlSC)制定并颁布了CBTC技术标准IEEEStd1474．1．1999((IEEE基于通信列车控制的性能和功能要求(第一版)》。该标准详细定义了CBTC系统的功能，并规定了CBTC系统的列车运行间隔、安全性和可用性等技术指标【4】。2003年12月，IEEE为CBTC制订了第二份标准——IEEEStd1474．2—2003，建立了CBTC对用户接口的要求。IEEE将CBTC定义为：利用高精度的列车定位(不依赖于轨道电路)，双向连续

6、、大容量的车一地数据通信，车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统p】。CBTC系统是利用列车和地面间的双向数据通信设备，使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息，并据此计算出每一列车的运行授权，动态更新并发送到列车，列车根据接收到的运行授权和自身的运行状态，计算出列车运行的速度曲线，实现列车的安全防护。相比以前的信号系统制式，CBTC系统更有利于线路通过能力的充分发挥，可以让列车运行获得更短的间隔。目前，全球正在建设和已经签署合同的无线CBTC线路已达20多条，目前国外开通运营的有拉斯维加斯

7、单轨线、纽约的NYCT、德国纽伦堡的RUBIN、巴黎地铁14号线和新加坡东北线等16】，国内的CBTC线路包括香港地铁迪斯尼乐园线、广州地铁4号线、北京地铁4号线、北京地铁10号线、沈阳地铁等【7】。其中正在建设的北京地铁10号线是北京轨道交通中首条使用CBTC系统的线路。通常CBTC系统包括地面设备、车载设备、车地双向的信息传输系统等(如图1)。地面设备包括区域控制器(ZoneController，ZC)、计算机联锁(ComputerInterlocking，C1)、列车自动监督(AutomaticTrainS

8、upervision，ATS)、数据库存储单元(DatabaseStorageUnit，DSU)以及其他系统设备。车载设备主要包括车载控制器(Vc临deOnBoardController，VOBC)、测速定位设备以及车载天线等设备。2图1CBTC系统组成框图Hgure1G饥eralstructureofCBTCsystemCBTC系统从根本上将基于轨道电路的单向信息传输，