RSSP-I协议在城轨车地通信应用的探索

作者:未知

  摘要:目前在城市轨道交通中大部分厂商选择RSSP-II协议作为车地通信协议,但由于RSSP-II协议协议建立链接复杂,目前车地通信问题大部分都是由于RSSP-II协议链接不成功引起,通过对RSSP-II协议与RSSP-I协议进行剖析对比,来进行RSSP-I协议在城轨车地通信应用的理论分析。
  关键词:RSSP-I;信号系统;车地通信;RSSP-II
  中图分类号:U285 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2020)09-0020-03
  0 引言
  城市轨道交通在中国以及世界范围内的快速发展,业主及市民对地铁系统的稳定性要求也越来越高。目前国内信号供应厂商绝大部分选择RSSP-II协议作为车地通信协议,但RSSP-II协议建立链接过程复杂,并且调試过程中车地通信协议中断为车地通信故障的主要问题,RSSP-I协议目前主要应用于地地通信当中,本文将探索RSSP-I在车地协议中应用。
  1 车地协议现状
  目前国内信号供应厂商绝大部分选择RSSP-II协议作为车地通信协议,部分厂商与外商合作,选择外商的安全协议如SAHARA协议。但国内常用的RSSP-II协议是应用在TCP/IP协议之上,建立链接过程需要三次握手,而握手过程中通信延迟导致车地通信协议中断是车地通信故障的主要问题。例如在实验室测试阶段列车进站停稳停准后,屏蔽门与列车车门不进行联动,经查日志后发现联锁与列车通信链接后中断,列车继续向前行驶,到本联锁区下一站,车门联动正常。该测试问题在测试初期很常见,造成问题的原因是因为TCP/IP规定周期内握手不成功导致RSSP-II协议解析时间戳对不上,最后解决方案是放宽了应用链接周期,使车地通信协议可以在充足的时间里建立链接。而RSSP-I协议目前主要应用在地地通信中,但RSSP-I协议可以基于UDP协议实现,为了解决上述RSSP-II协议的链接问题,我们探索RSSP-I协议在车地协议中的适配。
  2 RSSP-I协议与RSSP-II协议车地通信适用性对比
  2.1 应用环境适用性
  RSSP-I协议里明确适用于封闭式网络,而RSSP-II协议可适用于开放式和封闭式网络。
  其中在EN50159-2中开放式网络定义为:“连接设备数量未知的传输系统,它拥有未知的、可变的且非置信的特征,用于未知的通信服务,对此系统应评估未经授权的访问。在EN50159-1中封闭式网络定义为:“可连接设备的最大数量和拓扑结构已知的,传输系统的物理特征是固定的传输系统,并可以忽略未授权访问的风险。”目前城轨车地通信网络是基于LTE-M的专用网络,其中可连接设备和拓扑结构是已经确定的,因为是专用网络所以具备固定的传输系统,但忽略未授权访问的风险,所以RSSP-I协议和RSSP-II协议都是可以应用在基于LTE-M的专用网络环境中。
  2.2 安全防护适用性
  针对GB/T 24339.2中关于封闭式网络防护说明,如表1所示RSSP-I采用以下具体防护措施[1]。
  而RSSP-II协议针对封闭式和开放式环境防护矩阵[2],如表2所示如下。
  RSSP-I协议的主要技术特点是时间戳。时间戳计算采用线性反馈移位寄存器值(LFSR),以源标识为初始值T(0)=SID,按通信周期向左移位32位,且若最高位为1时须异或一个时间戳生成多项式作为附加干扰输入,这样就保证了时间戳的唯一性[3]。
  RSSP-II协议通过序列号和TTS/ES技术对数据进行保护,如图1所示。
  当发送方发送第n-2消息后,接收方接收时要对此时间戳进行+1计算,发送的消息为n-1,而发送方发送的TTS字段要包括n、n-1,n-2这三个时间戳,才能对该信息起到保护的作用。
  由上可知类比于RSSP-II的防护措施,可以得出RSSP-I的安全码、序列号、时间戳、超时、源标识及反馈报文这六大措施保证了协议的实时性和准确性,这也满足了城市轨道交通信号系统对于车地通信在封闭式网络环境中的要求。
  3 RSSP-I的应用
  3.1 传输层协议的选择
  目前城轨信号系统中广泛应用的RSSP-II协议是搭载于TCP/IP协议之上的,而TCP/IP协议需要三次握手才能建立成功,这可能会导致通信连接失败的风险。而RSSP-I协议可以搭载于UDP协议之上,虽然UDP协议本身会有丢包的风险,但RSSP-I协议序列号和时间戳的校验可以保证协议的准确性和时效性,可以避免UDP协议自身的缺陷而影响应用层。
  3.2 车地通信方式的选择
  目前城轨信号系统中车地通信是由车载发起,地面进行握手后进行协议的互传。而采用RSSP-I协议的话,地面设备在启动之后直接向车载发送默认数值,这会增加通信网络带宽的消耗,因此我们可以在地面设备程序中设置再接收到车载设备信息中车载设备达到某种临界值(例如列车定位)之后向车载设备发送计算结果,这样即可避免带宽的消耗。
  4 采用RSSP-I协议后车地通信的优化
  城市轨道信号系统车地通信协议采用RSSP-I协议更有利于CBTC架构的改变。例如在车车通信架构中列车对通信的要求要比传统CBTC架构高出许多,但采用RSSP-I之后避免了RSSP-II建立链接的繁琐,即使两个应用之间协议突然中断,也可以迅速发送新的报文建立新的链接,整体提高了系统的可靠性。
  由于RSSP-II协议是搭载在TCP/IP协议之上,在以太局域网中最大字节长度为1500字节(互联互通协议里规定应用报文协议不超过1000字节)这就有了字节长度的要求,而采用RSSP-I协议则应用报文没有字节长度的要求,这给车地数据大容量传输提供了支撑,并且可以打破车辆数据与地面设备不通的难题,为智慧地铁的车载信号应用打下了基础。
  5 结语
  通过分析RSSP-I与RSSP-II协议的适用性对比及对RSSP-I的应用分析,RSSP-I初步确定能够满足车地通信的要求,并且其实时性及报文长度优于RSSP-II协议,建议RSSP-I协议试用于城市轨道交通车地通信。
  参考文献
  [1] 中华人民共和国铁道部.RSSP-I铁路信号安全通信协议(V1.0)[S].铁道部科学技术司,铁路部运输局,2010.
  [2] 中华人民共和国铁道部.RSSP-II铁路信号安全通信协议(V1.0)[S].铁道部科学技术司,铁路部运输局,2010.
  [3] 岳朝鹏.RSSP-I、RSSP-II及SAHARA三种安全通信协议实现技术简介[J].铁路通信信号工程技术,2014(1):56-58.
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