CBTC系统中三重时间戳的应用研究.pdf
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1、 2023 年 11 月第 59 卷 第 11 期铁 道 通 信 信 号Railway Signalling&CommunicationNovember 2023Vol.59 No.11CBTC系统中三重时间戳的应用研究王恒,吴敏东摘 要:基于通信的列车运行控制系统(CBTC)是轨道交通的关键核心设备,其相关子系统之间数据交互的及时性和有效性极为重要。针对数据传输或应用逻辑处理可能出现的延迟,对三重时间戳提出3种应用方法,可实现逻辑处理延时判断、网络传输及对端逻辑处理延时判断、处理周期同步判断等功能。以网络传输及对端逻辑处理延时判断为例,进行实验室仿真验证,结果表明:该方法可实现信号车载VOB
2、C与轨旁ZC系统之间数据延时的判断,从而提高系统处理的安全性。关键词:CBTC系统;通信延时;三重时间戳;移动授权;数据有效性中图分类号:U231 文献标识码:A Research on the Application of Triple Timestamp in CBTC SystemWANG Heng,WU MindongAbstract:Communication Based Train Control(CBTC)system is the key core system of rail transit,and the timeliness and effectiveness of da
3、ta interaction between relevant subsystems are extremely important.In view of the possible delay in data transmission or application logic processing,three application methods for triple timestamp are proposed,and the functions of logic processing delay judgment,network transmission and logic proces
4、sing delay judgment,and processing cycle synchronization judgment can be realized.Taking network transmission and logic processing delay judgment as an example,the laboratory simulation verification is carried out,and the results show that this method can realize the judgment of data delay between o
5、n-board VOBC and trackside ZC system,thereby improving the safety of system processing.Key words:CBTC system;Communication delay;Triple timestamp;Mobile authorization;Data validityDOI:10.13879/j.issn.1000-7458.2023-11.22293扫码浏览下载王 恒:南京恩瑞特实业有限公司 高级工程师 211106 南京吴敏东:南京恩瑞特实业有限公司 工程师 211106 南京收稿日期:2022-0
6、9-03引用格式:王恒,吴敏东.CBTC系统中三重时间戳的应用研究J.铁道通信信号,2023,59(11):78-82.Citation:WANG Heng,WU Mindong.Research on the Application of Triple Timestamp in CBTC SystemJ.Railway Signalling&Communication,2023,59(11):78-82.78Railway Signalling&Communication Vol.59 No.11 2023城市轨道交通是大型城市主要的公共交通工具,随着城市轨道交通建设和运营规模的不断扩大,线
7、网化运营需求日益迫切。信号系统间互联互通有利于实现城市轨道交通的网络化运营,可进一步提升乘客出行效率1。同时随着国家都市圈市域轨道交通的发展,互联互通的轨道交通网络对都市圈融合发展也具有重要意义,轨道交通互联互通设计成为轨道交通网络化运营的重要技术特征之一2。而当前城市轨道交通线路中,不同厂商基于通信的列车运行控制系统(CBTC)之间的通信接口、网络方案等并不相同,难以实现跨线运行。为了推动线网互联互通工作的开展,中国城市轨道交通协会发布了城市轨道交通 基于通信的列车运行控制系统(CBTC)互联互通系统规范,明确了互联互通系统架构、功能需求、接口和报文规范等内容,为不同信号系统之间实现互联互通
8、提供了设计依据3-4;规范了系统间的安全通信协议,包括接口模式、安全通信协议和应用信息3个层次5,以保障数据传输的安全性。其中,在安全通信协议中的三重时间戳设计可进一步提升互联互通数据交互的可靠性和可用性,通过应用信息校验可以解决数据是否有效及可用的问题。本文针对CBTC 互联互通的应用信息校验部分进行分析和设计。1三重时间戳定义在城市轨道交通 基于通信的列车运行控制系统(CBTC)互联互通接口规范 第 2 部分:CBTC 系统车地连续通信协议 中规定:区域控制器(ZC)与车载控制单元(VOBC),以及VOBC与联锁(CI)之间,每周期最多允许发送1 个通用消息包6,在该消息包中包含 VOBC
9、 与ZC、CI 之间交互信息时三重时间戳相关信息。三重时间戳在互联互通报文中的定义见表 1,具体示例见图1。根据图1,本机收到报文后,通过对时间戳进行计算,可以实现以下3种判断逻辑。1)对端逻辑处理延时判断。通过(T1-T3),可以得出从对端收到报文到产生输出所花费的时间,据此可以判断出“对端逻辑处理”是否延时。如果延迟超过阈值,则本机认为该数据无效,丢弃数据并进行异常处理。T3T1T1T2T3T1T2T3对端发送的报文(M1)本机收到的报文(M1)T3T1T1N2T3T1N2T3N2T1N1N2T1N1对端收到的报文(M2)本机将发送的报文(M2)对端对端发送的报文(M3)本机收到的报文(M
10、3)本机T2N1N2N1图1 三重时间戳示例表1三重时间戳在互联互通报文中的定义信息域定义数据版本校验信息本机消息序列号(T1)通信周期对端消息序列号(T2)收到对端消息时本机序列号(T3)协议版本号应用层信息长度应用层数据字节编号1114151819202124252829303132结束定义及说明发送本条消息时本机的相对位置,发送方每周期将本序号值加1收到的对端消息中对端的相对位置,该相对位置为对端周期号,本序号每周期累加收到对端消息时本机的相对位置79铁道通信信号 2023年第59卷第11期2)网络传输及对端逻辑处理延时判断。通过(N1-T2),可以得出从本机发出报文到对端产生输出,再到
11、本机收到报文的时间。通过该时间可以判断“对端逻辑处理+网络传输”是否延时。如果延时超过阈值,则本机认为该数据无效,丢弃数据并进行异常处理。3)对端与本机处理周期同步判断。通过比较本机接收报文(M1)中对端接收报文时间 T3和发送报文时间T1,以及本机接收该报文时间N1和发送报文时间N2,得出对端和本机周期时间差值,可以判断收发两端系统处理周期是否保持同步。对端处理周期T1=(T1-T3)P1,P1为对端的应用周期值。本机处理周期T2=(N2-N1)P2,P2为本机的应用周期值。通过(T1-T2)与阈值比较,判断对端与本机的周期是否保持同步,如果延迟超过阀值,则本机与对端周期同步有问题,进行告警
12、和异常处理。2三重时间戳应用在没有三重时间戳的系统中,网络传输延时主要通过通信协议进行防范,数据使用方对于对端逻辑处理是否延时无法进行自主判断和处理。使用三重时间戳设计后,数据使用方不仅可以判断网络传输是否延时,而且还能判断数据的逻辑处理是否延时,从而使数据使用方在应用层能够更精细化、更主动地对延时场景进行处理,并能及时执行相关安全控制措施。在城市轨道交通 CBTC 信号系统中,车载VOBC 系统与轨旁 ZC 系统之间的互联互通接口设计尤为重要。为了实现互联互通,车地无线通信接口需要按照互联互通中 VOBC-ZC 接口协议进行设计7。车载 VOBC 与 ZC 之间通过传输列车位置、移动授权、运
13、行状态等信息8,实现列车运行间隔防护和速度防护,而这些逻辑处理和数据传输的延时将影响列车的安全运行。下面以网络传输及对端逻辑处理延时判断为例,对车载VOBC 与轨旁 ZC 之间传递报文的逻辑处理关系进行系统设计。2.1三重时间戳交互设计在ZC与车载VOBC交互报文中,选择列车位置报文和移动授权(Movement Authority,MA)报文进行三重时间戳设计,主要交互内容如下。1)车载VOBC根据测速测距信息计算列车位置,并周期性地向轨旁ZC发送列车位置、列车模式等信息9。2)ZC 根据列车位置、行进方向,以及联锁CI提供的进路等信息,为控区内的列车提供移动授权10,车载 VOBC 使用该信
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