列车运行控制系统中安全通信协议形式化分析

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1、第34卷第7期铁道学报Vo1．34NO．72012年7月JOURNALOFTHECHINARAILWAYSOCIETYJuly2O12文章编号：1001—8360(2012)07—0070—07列车运行控制系统中安全通信协议的形式化分析陈黎洁，单振宇，唐涛(北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京100044)摘要：安全通信协议是保证基于通信的列车运行控制系统中通信安全的主要因素，其性质和最终实现正确的形式化验证具有重要意义。本文将欧洲列车运行控制系统安全通信协议规范中的一些未强制规定的要求明确化，选择分层赋时有色Petri网(CPN)

2、对修改后的安全通信协议进行研究，综合安全层、信道与应用层模型提出无线通信系统模型的分层结构，通过改变信道与应用层模型的参数，分析修改的安全通信协议中安全连接建立的时间特性。分析结果表明：信道丢包率为0．1、0．05、0．01的情况下，修改的安全通信协议安全连接建立时间特性是符合规范要求的。关键词：安全通信协议；ETCS；EURORADIO；有色Petri网；形式化分析中图分类号：U284．48；TN915．04文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—8360．2012．07．011FormalAnalysisonSafety

3、CommunicationProtocolinTrainControlSystemCHENLi—jie，SHANZhen—yu，TANGTao(StateKeyLaboratoryofRailTraficControlandSafety，BellingJiaotongUniversity，Beiing100044，China)Abstract：Thesafetycommunicationprotocolisamainfactoraffectingthecommunicationsafetyofthetraincontrolsystem．Itspr

4、opertiesandfinalimplementationofformalverificationareofgreatsignificancetothetraincontrolsystem．AfterexplicitelyspecifyingtherequirementswhichhavenotbeendefinedasmandatorytermsintheEURORADIOspecification，thehierarchymodelofthewirelesscommunicationsystemwiththehierarchytimedCo

5、loredPetriNet(CPN)isproposed，combiningthemodelsofsafetylayer，channel，andap—plicationlayer．Thetimepropertyofsafetyconnectionintheadvancedsafetycommunicationprotocolisana—lyzedaccordingtotheparametersofthechannelsandapplicationmodels．Analysisresultsshowthatinthecaseoftheprobabi

6、lityofdatalossinachannelbeing0．1，0．05，and0．01，thetimecharacteristicforsafetyconnec—tionoftheadvancedsafetycommunicationprotocolcanfulfilltherequiremerrtsoftherequirementsofthespec—ification．Keywords：safetycommunicationprotocol；ETCS；EURORADIO；coloredpetrinet；formalanalysis列车运行

7、控制系统属于安全苛求系统，为协调各目的在于防止外界对通信系统的人为攻击[3]，保证通种安全目标需求，欧洲电工标准化委员会(CEN—信系统的保密性、真实性等[4]，可采用加密的方法实现ELEC)推出了一系列基于交通系统的欧洲标准文件，安全通信]。与此不同，本文研究的列车运行控制系其中包括安全通信的相关标准EN50159l1]。列车运统中的安全通信协议目的在于防止通信系统的失效，行控制系统中安全通信协议需要满足文献[1-2]中定保证通信系统的可靠性、可用性等，可在车载和轨旁终义的安全通信的相关要求。通常所说的安全通信协议端设备的应用层与传输层之间加入

8、安全相关传输层，以传输安全原语的形式实现安全通信。收稿日期：2010—07—07；修回日期：2011-01—16基金项目：国家科技支撑计