CTCS-3级ATP无线通信技术自主化研究.pdfVIP

CTCS-3级ATP无线通信技术自主化研究

王鹏;岳林;穆进超;谢俊红

【摘要】CTCS-3级ATP无线通信技术是CTCS-3级列控系统车-地通信的关键技

术,着重阐述无线通信技术在自主化研发过程中的新技术,包括紧耦合热备结构特点、

安全算法的自主化演进,以及通信协议栈的扩展性研究等.通过对CTCS-3级ATP无

线通信技术的自主化研究,进一步提高ATP设备的可用性,提高车-地通信的安全性,

并提高CTCS-3级列控系统对下一代通信系统的兼容性.

【期刊名称】《中国铁路》

【年(卷),期】2018(000)009

【总页数】4页(P11-14)

【关键词】CTCS-3;ATP;车-地通信;协议栈;安全算法;T-DES;SM4

【作者】王鹏;岳林;穆进超;谢俊红

【作者单位】中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所,北京100081;中

国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所,北京100081;中国铁道科学研究

院集团有限公司通信信号研究所,北京100081;中国铁道科学研究院集团有限公司

通信信号研究所,北京100081

【正文语种】中文

【中图分类】U285.2

1研究背景

目前，我国CTCS-3级列控系统车载超速防护设备（简称CTCS-3级ATP）有日

立300H型、庞巴迪300T型、安萨尔多300S型等3种，均已实现国产化。随着

科技的进步和应用需求的变化，3种型号的ATP均可能遇到硬件结构落后、部件

采购困难、软件更新难度较大及可扩展性不高等问题。在新时代背景下，研发从硬

件到软件完全自主化的CTCS-3级ATP成为摆在铁路通信信号从业者面前的新课

题[1-2]。

CTCS-3级ATP由测速测距、列车接口、无线通信、安全平台等多个子系统构成，

其中无线通信子系统是其自主化研发中非常重要的一环，ATP与无线闭塞中心

（RBC）间的列控数据正是利用无线通信技术完成的。随着列控技术长期演进，下

一代列控系统和车-车通信的研究成为列控技术研究的热点，届时无线通信技术将

成为列控系统中最为关键的通信系统，几乎所有的列控数据都需要无线通信技术来

传输。

自主化CTCS-3级ATP车-地无线通信技术利用GSM-R网络承载车-地无线通信

数据，采用完全自主化的车载安全计算机平台，实现检测GSM-R电台状态、管理

安全连接、生成和处理无线消息、处理RBC移交流程等功能。

2功能介绍

CTCS-3级ATP无线通信功能主要由主控单元、无线单元、电台3部分共同完成：

（1）主控单元。承担无线单元控制、会话管理、消息交互等功能。

（2）无线单元。承担安全算法、通信协议、密钥管理、配置参数、电台管理等功

能。

（3）电台。承担物理通道的功能，包括注册到GSM-R网络、监测网络质量、收

发空口数据等。

3自主化关键技术

3.1无线通信系统架构

CTCS-3级ATP无线通信系统硬件采用“二乘二取二”的安全计算机平台，双系

间同步关键数据和时钟周期，组成一个紧耦合的热备冗余系统，以此保证双系间无

缝切换。一般ATP多采用冷备、温备或松耦合的热备系统，与这些产品相比，本

架构优势在于主备系切换时不会发生无线超时现象，更无需停车切换，这一特征在

大同—西安客运专线综合试验段及其他相关试验中得到充分验证。

CTCS-3级ATP无线通信系统软件按照通信协议特点进行分层设计。与OSI的7

层模型对比，其各层功能见图1。

图1CTCS-3级ATP无线通信系统与OSI模型功能对比

如图1所示，消息交互流程是应用层协议，实现《CTCS-3级列控系统无线报文定

义及运用原则》[3]中所定义的无线消息及流程，为核心应用逻辑提供列控关键数

据；车-地会话管理是会话层协议，实现会话开关、通道开关、重连管理、单电台

移交管理、通道状态报告、电台注册、无线超时监控、消息收发等。

上述2层由主控单元实现，以下5层由无线单元实现：

（1）安全层。负责消息源认证和消息完整性认证。

（2）传输层。负责流量控制和差错控制。

（3）网络层。负责网络路由。

（4）数据链路层。负责以RS422为介质传输数据的可靠性。

（5）物理层