【摘要】在CBTC系统中，存在着多个子系统，子系统之间需要进行数据通信，为了保证CBTC系统的安全性，就需要保证数据通信具有极强的可靠性，基于此项要求，进行了CBTC系统的通信协议设计，而且在对其性能进行分析时，采取形式化分析方法。在本文中，阐述了CBTC系统通信协议的设计，并对设计进行了形式化分析，以便于保证设计完成的通信协议具备安全性。
【关键词】CBTC系统 通信协议 设计 分析
前言：所谓CBTC系统，是指基于通信的列车运行控制系统（Communications Train Control），此项技术最早发源于欧洲，经过多年的发展，CBTC系统已经发展的比较完善。当前，我国在应用CBTC系统对列车进行控制时，应该在借鉴国外先进技术的基础上，研发出适合我国实际情况的CBTC系统，同时，此种新型CBTC系统要以移动通信为基础。
一、CBTC系统通信协议的设计
1、需求分析和设计思想。CBTC系统对安全性的要求非常高，因此，在进行通信协议设计之前，首先需要进行需求分析，主要从系统结构及安全防护措施两个方面来进行分析，之后，再在需求分析的基础上，结合安全传输规范中的方法，提出具体的设计思想。系统结构需求：在进行数据传输的搭建工作时，以标准的TCP/IP四层协议为基础，具体使用的为应用层定义的传输协议，鉴于此点要求，系统结构需求有三种，分别为对上层应用透明、具备安全相关的传输功能及访问保护功能、通信协议的统一性。防护措施要求：在确定防护措施的要求时，要以影响系统安全的危险因素为基础，进而根据EN50159-2标准来进行合理的设计。
2、通信协议架构设计。在进行CBTC系统的通信协议设计时，需要具备三大功能，一是具有独立性，二是对上层应用透明，三是保证双冗余总线发送。基于通信协议功能上的要求，架构设计也应该包含三个层次：第一层次，安全时间层，主要的功能是在进行数据传输时，加盖时间戳，同时，在完成数据接收之后，将数据所带有的时间戳解析出来，通过对比分析，将信息的正确性与实效性予以确定；第二层次，安全链接层，主要功能就是对链接进行管理，从而使链接处于良好的状态当中；第三层次，冗余管理层，安全数据处理完成之后，安全链接层会对其进行打包，而冗余管理层就是对打包之后的数据进行加密，并在两条总线上发送，同时接受发来的报文，进行解密之后传送给上层。
二、CBTC系统通信协议的形式化分析
1、系统模型的分解和验证。对于设计完成的CBTC系统通信协议来说，有三项指标需要进行考察和验证，这三项指标分别为链接建立时间、信息传输延时范围、信道性能对链路状态的影响。在实际的考察和验证中，链接建立过程与实际数据传输过程分别进行验证，在对链接建立过程中进行验证时，主要是对建立时间进行考察，而对实际数据传输过程中进行验证时，主要是对剩余性能指标进行考察，进而通过分解模型，将状态空间科学的分析，使模型的动态特性得到合理的验证。
2、危险分析。CBTC系统在运行的过程中，存在着很多影响安全的危险因素，而危险分析就是对危险因素进行明确，并确定是否采取有效地防护措施。一般来说，在CBTC系统中，存在的危险因素主要有三种：第一，信道的丢包率，在利用信道进行数据传输的过程中，信息丢失的可能性非常大，因而，信道的丢包率是一项非常主要的危险因素，在对其进行分析时，分析的方法为随机数模拟，从而将丢包概率值予以改变，最终得出合理的接受范围；第二，信道的传输延迟，通过分析，将延迟的最大范围进行明确；第三，入侵者的恶意数据，一旦此种危险因素的危险发生，那么CBTC系统就会出现错误，因此，必须要对其采取相应的防护措施。
3、系统的仿真及结果分析。经过前两个步骤，可以分析相关的性能参数并得出结果。在进行系统仿真的过程中，首选需要对链接建立时间进行仿真，进而对其性能进行科学的评价，仿真实验时，建链操作为300次，通过对每次操作时间的考察，进行有效地分析，并得出结果。接着进行信息传输延时范围仿真，采取的是建立模型的方法，同样实验次数为300次，通过取平均值的方式将变化规律确定。第三是对信道性能对链路状态的影响进行仿真，以此来分析状态的好与坏。通过各项系统仿真的结果，对其进行全面的分析后可知，CBTC系统的通信协议具备非常优异的性能，而且安全系数也提高了许多，因此，此次CBTC系统的通信协议设计的安全性非常高，能够满足CBTC系统对安全性的需求，从而保证列车运行控制的有效性。
三、结论
当前，我国在进行列车控制时，采用的国外的CBTC系统，这与我国的实际情况有很大的出入，因此，我国要对CBTC系统进行研究。在研究的过程中，设计了CBTC系统的通信协议，并对其性能进行了形式化的分析，通过分析可知，设计完成的通信协议具备良好的性能，在进行数据传输的过程中具有极高的可靠性，这样一来，CBTC系统的安全性就得到了有效的提高。
