基于ieee802.11标准的cbtc系统中安全通信协议设计与验证

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1、中图分类号；Ｕ２８５．８密ｍ；公开ＵＤＣ：本校编号；工程硕±学位论文论文题基于ＩＥＥＥ８０２．１１标准的ＣＢＴＣ系统目；中安全通信协议谈计与駿证研究生嫂名０６１２０６５：罗雅允学号：学校指导教师姓名：炼永刚职觀副教授企业指导教师姓名：于＾春职称；高级＾师交通运输Ｘ程申请学位工程领域名称：２Ｄ１５‘６‘１２２０１５．６．０８论文提交日期：论义答辦日期：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研

2、巧工作和取得的研巧成果，除了文中特别加ｔｕ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研巧成果，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：為也签字日期；如把串＾月／２日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授极兰州交通大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印

3、、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磯盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）、学位论文作者签名；＼？ｉ知Ｊ导师签名：巧签ｆ却字日期：＞１５年／月仪日签字日期：年《月／么日工程硕士学位论文基于IEEE802.11标准的CBTC系统中安全通信协议设计与验证DesignandVerificationofSecurityCommunicationProtocolinIEEE802.11BasedCBTCSystem作者姓

4、名：罗雅允工程领域：交通运输工程研究方向：交通运输自动化与控制学号：0612065校内导师：陈永刚副教授企业导师：于兰春高级工程师完成日期：2015年4月12日兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity兰州交通大学工程硕士学位论文摘要CBTC(CommunicationBasedTrainControl,基于通信的列车运行控制)系统能够很好地补充传统通过轨道电路控制列车运行时存在的不足之处，具有安全性好、传输效率高等特点，已在城市轨道交通系统中广泛运用。目前，CBTC系统大多采用

5、技术成熟的基于IEEE802.11标准的WLAN(WirelessLocalAreaNetwork,无线局域网)技术作为其数据通信子系统，为系统中信息的交换提供了有效的支持。但由于该无线通信子系统属于开放传输系统，其信道开放，信息通过无线电波传播，容易受各种未知因素的干扰和入侵者的攻击。而CBTC系统又属于安全苛求系统，其数据通信子系统中传输的数据为确保列车安全运行的安全相关数据。因此，迫切需要寻找一种有效的安全防护措施对列车运行控制信息进行保护。鉴于安全的数据通信在基于IEEE802.11标准的C

6、BTC中的重要地位，欧洲电工标准化委员会专门制订了标准EN50159。本文依据该标准，并借鉴欧洲EURORADIO功能接口规范，设计了适合我国城市轨道交通实际状况的CBTC安全通信协议，来确保安全相关数据的安全可靠传输。在设计过程中，借鉴了协议工程理论的相关知识。设计部分涵盖协议提供的服务、协议的功能、协议元素构造、协议组织以及协议文本编制等各方面的内容。由于使用自然语言描述的协议文本不严格、有二义性且没有统一的描述标准，因此协议设计完成后还采用有严格语法和语义定义的形式描述语言CPN(Colore

7、dPetriNet,有色Petri网)和它的支持工具CPNTools对设计的CBTC安全通信协议进行了建模描述。建模过程采用“自上而下、由简及繁”的思想，先建立了CBTC系统通信协议的顶层模型，而后深入研究其基本组成单元即单链路协议模型，再从该基本模型入手，研究了多链路模型及加入安全防护措施后的安全模型。模型建立完成之后，为保证协议设计的正确性，对该协议模型运用状态空间分析工具进行了分析验证。验证结果表明：协议描述过程没有语法和语义错误。建立的协议模型具有公平性、有界性，且没有死锁、活锁等现象，从而

8、证明CBTC安全通信协议设计正确，可用来确保CBTC系统中信息的安全可靠传输。关键词：CBTC系统；安全通信协议；无线局域网；有色Petri网；状态空间分析论文类型：应用研究-I-基于IEEE802.11标准的CBTC系统中安全通信协议设计与验证AbstractCommunicationbasedtraincontrol(CBTC)systemcaneffectivelyreplenishthedeficiencyoftraditionaltraincontrolsy