基于信息传输编码算法的铁路通信系统的安全设计

摘 要 论述建立基于通信系统的铁路信号安全信息传输的必要性，讨论基于通信系统的铁路信号安全信息传输设计，对基于通信系统的铁路信号安全信息传输起到指导与参考的作用。

关键词 铁路安全标准；铁路信号安全信息

中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)121-0093-01

进入21世纪以来，随着中国经济高速持续的发展，科技的进步，铁路也得到了长足的发展。而国家铁路“十一五”规划对高速铁路的发展提出了更多的要求，要实现这一要求，铁路信号信息的安全传输是至关重要的一个条件。CBTC系统实际上就是用通信方式来实现铁路信号的传送。这正是实现了铁路通信信号一体化。

1 基于通信系统的铁路信号安全信息传输系统的优点

相对于传统的轨道电路传送信号而言，采用通信来实现信号传输有众多优势，比较突出的优势包括：传输可靠性高；运输效率高；传输信息量大。

2 基于通信系统的铁路信号安全信息传输系统的设计

2.1 系统设计和执行

设计者制定执行计划以确立工程的步骤，规定各步骤的施工人员，负责人员，预计的完工期限，各个阶段要完成的工作。

基于通信系统的铁路信号安全信息传输系统是一个综合了软硬件开发设计，通信与信号设备更新，人员培训等多个方面的系统工程。执行起来会牵动各个方面、各个环节。而为了达到系统的安全需求和运行后效益的最大化，通过相关工程技术人员对软硬件及各个环节进行研究开发，以找出更好的措施方法，更有效地发挥系统的作用，对系统的整体安全更有保障。

为了提高执行时的成功率，使得出现的问题大大减少，预防系统的故障，需要先行对工程设计进行全面的分析并加以实验型测试，以提早发现问题并解决，使执行更顺畅地进行。在执行设计分析和测试的基础上进行有效性验证，以确保系统可以开始执行所定计划。开始工程实施后，要对所在的阶段，已经完成的任务进行确认，以便管理者清楚地知道工程的进度和下一阶段的具体任务。

2.2 铁路通信系统的安全设计研究

1）传输方式的选择。现代的传输方式，既可以采用无线传输，也可以采用有线线路来传输。两种传输方式各有其优缺点。目前，无线传输发展的比较快，但是和有线传输相比，在传输领域内无线传输还不足以占主导地位。有线传输在长距离传输中稳定、可靠、保密性强，同时可以获得较大的传输容量。但有线传输线路设备初建费用大，而且建设时间较长。

对基于通信系统的铁路信号安全信息传输有线通道介质的选择来说，传统的电缆传输系统比较成熟。但是它的抗干扰能力尤其在恶劣的环境下抵抗电磁干扰的能力较差，而这一点对于对传输的可靠性要求极高的铁路信号传输系统尤为重要。近年发展很快的光纤传输系统有着电缆传输系统不可比拟的优点：带宽大，中继距离长，传输损耗低，抗电磁干扰能力强，传输质量好等等。光缆的物理结构和电缆相似，几乎所有品种的通信电缆都有其对应的光缆，所不同的是光缆中所用的光纤是一种介质波导，因而只需要一根光纤就能建立单方向的信息传输通道，而对于一般的通信电缆则需要两根导线才能组成一个单向的通信回路。显而易见，电缆传输线之间的电磁干扰在光纤中可以避免。在基于通信系统的铁路信号安全信息的传输系统中选用光纤作为安全信息传输通道是合理的和可行的。

2）封闭系统通信安全编码长度计算。安全编码指包括在一个信息中的冗余数据，以使用冗余检查来查出数据在传输过程中是否出错。必须确定一个与传输系统安全目标相适应的安全编码长度。对安全编码长度的计算依赖于危险故障率RH和所选择的技术准则。首先建立一个封闭传输系统的基本错误模型。有三种情况会引起危险：①传输硬件故障，会导致传输消息的破坏；②于EMI（电磁干扰）引起的和不能在传输编码中被检测到的位元错误；③在传输代码检验机发生的故障，致使每一个错误信息都能通过不可信任的商业环路传送到安全相关的设备中。

硬件故障率必须满足：

RHW×PUS×K1≤RHI

电磁干扰引起的故障率必须满足：

PUT×PUS×fW≤RH2

传输代码故障率必须满足：

这三个比率的总和不能超过RH，即： RH1+RH2+RH3≤RH

上述不等式中：

RH：整个传输系统的危险故障率；

RHW：不可信任传输系统的硬件故障率；

PUS：由安全代码产生的不可检测故障率；

PUT：在传输代码过程中产生的不可检测故障率（当不可信任的传输系统不包括传输编码机制时必须假定PUT=l）；

玩：对于接收方传输消息的最大频率；

fw：消息传输过程中受到破坏的频率；

T：时间跨度，假如在这段时间内接收到了多于指定数量的错误信息，那么就要进入安全低效运行状态。

kl：包括安全临界值的硬件故障系数；

k2：用来描述导致不能检查出传输解码失效的硬件故障率因子；

m：在kl中包括的安全因子；

n：在进入安全低效运行状态前连续被破坏信息的数量；

因为不能认为此故障是一个随机故障，所以在因子k1中考虑一个安全临界值m是必须的。因子kl应根据下面的公式来计算：k1>n×m

m表示安全临界值且m≥5。

消息传输过程中受到破坏的最大频率fw应该这样估计：①以最坏的情况考虑，即fw=fm（如果是循环传输，那么频率爪的意思很明确，而在非循环传输的情况下必须采用最大可能的概率来作为fm）；②在安全计数器或是安全定时器被安装的地方要限制错误信息的最大比例或数目。假如在一定的时间间隔内收到了多于一个的错误信息，安全通信应该被中止，同时进入安全低效运行状态。这个限制是不能超过的。

在使用合适的CRC校验的前提下，PUT的最大值可以被估计为：PUT=2-b，在这里b表示冗余的位数。

3 结论

本文的应用研究是针对基于通信系统的铁路信号信息安全传输的特点进行的。明确制定了各个阶段的任务，对未来的设计者和管理者有一定的参考作用，并从文档规范上为系统的安全认证提供基础依据。对铁路信号信息故障一安全及设计方法的分析，以及对封闭通信系统安全编码长度的计算与开放通信系统安全性设计原则的论述，说明基于通信系统的铁路信号安全信息传输在安全性上是可以得到保障的。

参考文献

[1]杨岗,邹少文.铁路信号站间信息的安全传输方案研究.铁路通信信号工程技术.2005,12.

[2]邱述威.铁路信号系统中远程控制通信技术的应用研究.硕士学位论文.合肥工业大学.2004.