基于赋时着色petri网的rbc控车实时性能分析

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1、基于赋时着色Petri网的RBC控车实时性能分析摘要：rbc(无线闭塞中心)是ctcs-3级列控系统的关键设备，rbc通过gsm-r网络与列控车栽设备进行连续双向的信息交互·实现对运行列车的控制。rbc控车实时性能是影响ctcs-3级列车运行控制系统的控制精度、效率、可靠性和安全性的重要指标与因素。对该性能指标进行形式化方法研究可为验证ctcs-3级列车运行控制系统规范和系统研发提供参考。着色petri网不仅可以描述系统的静态结构，而且可以实现模型动态仿真，克服了其他形式化方法对系统动态行为进行静态描述的缺点。采用赋时着色pe

2、tri网对rbc与列车通信的无线消息进行研究。针对两种无线消息模型，综合信道突发降质、gsm-r小区切换、链路中断等故障因素分别进行仿真，得到rbc控车平均延时曲线，并分析不同列车速度及重发时间间隔对无线消息模型产生的影响。关键词：ctc-3；形式化分析；赋时着色petri网；rbc引言ctcs-3级列控系统是基于无线通信(gsm-r)的列车控制系统，通过无线网络实现列车与地面无线闭塞中心(radi0blockcenter，rbc)的双向信息传输，线路上安装固定应答器为列车提供定位信息，列车速度控制采用目标距离模式控制方式，轨

3、道电路仅用于列车的占用检查和列车完整性检测。rbc作为ctcs-3级中的重要组成部分，是地面设备的核心。rbc根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可(movementauthor‘lty，ma)，并通过gsm-r无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速等信息传输给ctcs-3级车载设备；同时通过gsm-r无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。由于地面通信较稳定，出现故障概率较小，因此rbc控车的实时性能主要由rbc与车载设备之间传输信息的实时性决定，因此针对rbc与车载设备无线通信实时性能的分析显得尤为重要。

4、目前，国外很多学者和研究机构都在探索用形式化方法对具有并发、实时、分布式等特点的列车控制系统进行建模和分析。1998年michaelm.采用着色petrl网，建立了etcs(europeantraincontr01system，欧洲列车控制系统)分层模型，利用形式化工具desig。cpn对模型进行了可达性、活性等定性分析，指出规范中的一些不严格的描述。2003年，arminzimmermand等人利用确定随机petri网对gsm-r的可靠性进行了分析。本文通过赋时着色petri网对rbc与列车消息传输机制如实刻画，模拟在gsm

5、-r无线通信网络环境下，rbc控车模型的稳定率及平均延时时间曲线。在通信过程中，gsm-r网络经常会发生突发降质、越区切换及链路中断3种情况的故障，会导致rbc与列车传送消息的丢失或延迟，本文通过建立gsm-r故障子模型，模拟实时并发通信过程中，不同列车速度及不同重发时间间隔对rbc控车实时性能的影响。1无线消息cpn模型petri网适合用于描述异步的、并发的计算机系统模型，既有严格的数学表述方式，也有直观的图形表达方式。着色petri网是一种在普通petri网基础上发展起来的适用于描述并行和异构网络的系统分析和设计工具，它的

6、最大优点就是具有直观性及严谨的数学理论基础。赋时着色petri网在着色petri网的基础上加入了时间因素，可以描述并发具有实时性的系统。本文采用赋时着色petri网对车一地无线消息进行建模，综合无线信道的故障因素，通过多次仿真模拟消息发送过程，得到在无线通信环境下无线消息模型平均延时时间及成功率。依据ctcs-3级srs规范，车一地通信无线消息有：列车位置报告、ma请求、ma消息、通信会话建立、系统版本、通信会话结束确认等。可以划分为两种：周期消息和非周期消息。周期消息包括列车位置报告和ma请求，发送周期分别为5s和60s，r

7、bc发给列车的ma信息及一般消息。rbc收到这些消息后不需要回复应答消息，如果消息丢失则等待下一周期消息。非周期性消息即为场景功能消息，是列车启动或运行到某个状态时触发的消息流程。如无线通信建立消息，车载设备向无线闭塞中心发送“通信会话开始”消息，无线闭塞中心收到此消息，应向车载设备回复“系统版本”消息。只有当接收到“系统版本”消息时，车载设备才认为通信会话已经建立。非周期消息模型需要得到对方应答才可以继续进行下一步正常工作，否则转入通信故障处理。如果发送方发送消息后在规定时间内没有收到应答消息，那么将再次发送该消息，发送三次

8、后等待规定时间，如仍然没有收到回复，则停止发送，认为通信失败。无线消息模型描述了无线消息通过gsm-r无线信道进行传输到达接收端的过程，综合无线信道发生衰落、降质、越区切换等故障，建立了gsm-r故障子模型来模拟真实场景。1.1gsm-r故障子模型车一地无线通信过程中，gsm