VBTC (vehicle-to-vehicle基于通信的列车控制)逐渐成为轨道交通领域的重要研究趋势。这导致了减少的数量优势的地面设备和改善实时系统通信的效率。train-to-train通信的特点和机制,作为安全关键系统的关键实现技术,给出了和讨论。一种新方法,基于LTS(标签转换系统)模型检查,提出了验证通信过程的安全属性。LTS方法适应模型系统行为;分析和安全检查验证通过LTSA(标签转换系统分析仪)软件。结果表明,它是一种有效的方法来验证安全属性,以及协助复杂系统的设计和开发。
与城市化的快速发展,要求提高生活水平和旅游导致城市交通运输的快速发展的要求。信号系统,作为一个交通安全的重要作用,是确保交通安全,缩短操作时间间隔,提高交通效率
列车控制系统的下一代欢迎一个新的研究领域,遵循从成熟的CBTC系统和现代通讯技术的发展。VBTC系统在有吸引力的研究趋势是一个很好的例子
尽管VBTC带来创新成果通过优化通信方法,它原本属于安全关键系统,这就需要设计阶段需要仔细验证安全的程度。正式的过程建模是将自然描述语言转化为一个正式的描述语言系统的需求设计阶段期间,它可以提高系统设计的完整性和一致性。根据系统特性的描述,它可以分为两类:一是用来描述系统特征序列基于数学分析方法,如Z方法(
不同于其他形式方法,LTS有独特的能力来分析可数无限集的状态和操作系统和无限的交互式分支,所以它适合活性和并发系统的行为。它提供了方法跟踪状态运输行为,识别可观察状态,评估执行的操作序列。作为一个理想的工具来验证并发和复杂的系统,它在应用程序中获得伟大的成就验证安全协议RSSP-1 [
在本文的其余部分,我们首先定义和描述的新架构VBTC和部分CBTC相比
VBTC系统如图
基于train-to-train的列车控制系统的体系结构。
中央负责列车运行计划,监控所有其他系统的条件,和处理安全相关的事件。所有的火车线应与中央其基于周期和可靠的通信。中央检查地位的每一部分,以确保安全的操作。它将为列车提供所需的所有必要的信息来识别列车正前方或正后方。
TMC负责存储和分布的电子地图,系统配置数据、临时限速。其通信方式应该非周期或被动反应。
度是一种新型的地面设备控制单元。它收集和发送控制对象的状态来响应请求的火车和中央;同时,它接收控制信息操作输入。被动通信交互模式这种类型的单位。
IVOBC VBTC系统的核心。它继承了ATP的所有功能(自动列车保护)和ATO(自动列车运行)和V2I (vehicle-to-infrastructure)通信在CBTC系统;IVOBC也开发新功能的路线计划,路线安全保护,和移动计算的权威。
DCS应该支持多种通信协议作为IVOBC和其他系统的重要桥梁连接,通信标准应与相邻列车的距离参数自适应变化。例如,火车应该与其他列车通过在远程LTE-V2X的沟通形式,它选择direct-to-direct沟通时形成范围小于1公里。
属性差异VBTC和CBTC系统五个方面的系统组件相比,train-to-train通信模式,列车控制模式下,地面设备,日常维护(见表
对比VBTC和CBTC系统。
| 财产 | VBTC | CBTC |
|---|---|---|
| 系统组件 | 中央的 |
中央ATS(列车自动监督) |
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| 火车列车通信模式 | 直接火车之间的无线电通信 | 间接列车之间的交流,互动地面设备需要传递的信息 |
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| 列车控制模式 | IVOBC中心系统,地面只提供辅助功能,如进度计划、紧急程序 | 列车运行控制ATP从地面和车辆 |
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| 地面设备 | 小路旁的设备,只有巴,开关控制器 | 轴的数量计数、巴、信号量 |
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| 日常维护 | 更少的维护数据主要包括火车 | 维护数据量包括火车、地面设备 |
列车之间的交流合作具有复杂的并发性和逻辑的特点同步。因此,LTS方法选择优势的实时准确的描述系统行为和并发性。train-to-train沟通合作策略VBTC由LTS建模方法,它提供了一种依据后续模拟和验证分析。
让<我nl我ne- - - - - -formula>
一个LTS的过程<我nl我ne- - - - - -formula>
是允许有误差的唯一LTS状态<我nl我ne- - - - - -formula>
一个LTS<我nl我ne- - - - - -formula>
结束状态<我nl我ne- - - - - -formula>
LTSA软件,基于LTS作为辅助分析工具,可以激活并检查整个系统的行为才能实现。它关注的并发性,提供了方法模型动画可视化系统的行为,并给出力学验证系统属性包括安全与进步。LTSA项目支持过程代数符号,比如FSP(有限状态的过程),为简洁的描述系统组件的行为(
Train-to-train通信可以分为一组简单的活动,它的机制应该包括至少三个基本功能:(a)的识别训练前,(b)之间的通信状态管理培训和火车前,和(c)之间的通信状态管理培训和下面的火车。这些活动不执行严格固定的顺序一个接一个的物质世界。事实上,它是注意到这些活动被允许重叠或在某些情况下同时发生。
时间序列的列车识别。
让火车ID前面和检查跟踪条件要求。
时发送请求消息跟踪建立跟踪条件满足。
等待和接收跟踪建立从火车前回复;火车和前面之间的沟通应该关闭如果沟通时间结束时间门的设计参数。
它成功进入跟踪模式训练后接受从火车前回复;否则火车应该重新发送跟踪建立请求消息中,火车和前面之间的通信状态仍然有效,或火车重建跟踪链接从一开始如果沟通时间结束时间门的设计参数。
这一阶段的过程如图
保持跟踪模式的过程。
持有火车和火车后跟踪模式的过程。
设计为易于机器可读,FSP是一个简单的代数符号来描述过程模型;每个LTS状态的描述都有一个相应的FSP描述。基本的语义FSP可以很容易地定义LTS而言,和LTSA软件功能描述的LTS FSP语言作为图。在下面,他们的信件是由函数定义
在分析train-to-train沟通工作流中
∣<我t一个l我c>inichk- - - - - ->inisysBad- - - - - - > M
∣<我t一个l我c>sndReqTrain- - - - - ->reqTraintimeout- - - - - - > M
∣<我t一个l我c>isTrainPos- - - - - ->trainisBack- - - - - - > M
∣<我t一个l我c>sndBldTracReq- - - - - ->bldTracReqTimeout- - - - - - > M
米<年代ub>7= (<我t一个l我c>checkTracCond- - - - - ->tracCondisOK- - - - - - > M
∣<我t一个l我c>checkTracCond- - - - - ->tracCondNotOK- - - - - - > M
∣<我t一个l我c>setTracMode- - - - - ->selfTracingMode- - - - - - > M
∣<我t一个l我c>sndDismissTracReq- - - - - ->dismissTracReqtimeout- - - - - - > M
详细解释操作FSP语言如表所示
行为描述系统状态转换模型。
| 行动 | 描述 | 行动 | 描述 |
|---|---|---|---|
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自我系统初始化检查 |
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发送建立跟踪请求消息 |
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自我系统的初始化检查就可以了 |
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为建立跟踪请求超时 |
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自我系统的初始化检查失败 |
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接收建立跟踪回答消息 |
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请求消息发送给列车 |
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检查跟踪模式的条件 |
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从列车接收反馈信息 |
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跟踪条件还满意 |
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检查列车ID |
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跟踪条件不满足 |
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请求消息发送给列车 |
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评估培训模式 |
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超时请求消息 |
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模式设置固定阻塞模式 |
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火车报警错误 |
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模式设置跟踪模式 |
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给中央的错误消息 |
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为解雇发送请求消息跟踪 |
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同时培训岗位 |
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接收请求消息将跟踪 |
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火车是在前面 |
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超时时间跟踪请求消息 |
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火车后面 |
通过LTSA软件,图形转换train-to-train沟通的行为和过程模型如图
Train-to-train通信模型。
安全验证报告train-to-train通信模型。
VBTC在设计阶段,存在一些危险的情况下,不应该不允许发生。设计师和程序员应该注意和深思熟虑的行动,这些危险的情况。Fault-oriented安全公约原则是轨道交通的工程领域。禁止系统需求应该上市,实现系统的最终实现。
禁止下列行为;安全方面应该严格安全属性的系统模型进行验证。
请求消息发送到另一列火车时自我系统的初始化检查失败。
请求消息发送给其他火车火车为错误警报。
建立跟踪请求消息发送到另一列火车在超时的情况下请求消息。
跟踪条件不能满足建立跟踪请求的超时。
模式是不允许设置跟踪模式在超时的情况下跟踪请求消息。
模式是不允许设置跟踪条件不满足时跟踪模式。
上面这些不可接受的行为建模的安全属性FSP语言是:
∣<我t一个l我c>trainAlarm- > sndReqTrain - ><我t一个l我c>安全
∣<我t一个l我c>reqTraintimeout- ><我t一个l我c>sndBldTrackReq- ><我t一个l我c>安全
∣<我t一个l我c>bldTrackReqTimeout- ><我t一个l我c>trackCondisOK- ><我t一个l我c>安全
∣<我t一个l我c>dismissTrackReqtimeout- ><我t一个l我c>selfTracingMode- >
∣<我t一个l我c>trackCondNotOK- ><我t一个l我c>selfTracingMode- ><我t一个l我c>安全)。
似乎一个错误状态标记“1”系统图
安全属性验证图train-to-train沟通。
正式的建模和验证上述方法用于train-to-train通信程序的部署。为了评估LTS建模方法的效率,两个独立的开发团队使用相同的劳动力和类似的技术经验被分配到完成这个项目。
两队同时启动任务,而他们的工作时间是八个小时在一天。整个开发过程分为两个阶段,发展阶段和测试阶段。第一阶段的主要任务是将可执行代码的模型基于系统需求;测试人员在第二阶段关注错误发生在可执行代码,分析和分类的原因。操作时间和分类错误作为重要的评价参数记录在总结在表
LTS比较方法和传统的人工检查。
| 开发方法 | 数量的逻辑错误 | 数量的数据错误 | 细菌总数 | 许多开发人员 | 开发时间 |
测试人员的数量 | 测试时间 |
×的人数总时间(小时) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LTS模型 | 0 | 7 | 7 | 6 | 24 | 7 | 12 | 228年 |
| 传统方法 | 17 | 8 | 25 | 6 | 48 | 15 | 12 | 468年 |
原来更高效和节省时间的使用LTS方法与传统方法相比。大约51%的总开发时间保存。更少的时间消费并没有导致质量降低。相反,正式的建模和验证质量进一步提高。通过分析错误在测试阶段,我们发现17个25 bug的传统方法都是从逻辑错误,剩下的是由于数据配置。静力学表明,逻辑错误归咎于两个原因在发展中阶段。第一个是不确定的和模棱两可的系统需求,这给程序员模糊的理解系统行为;另外一个原因是一些危险的系统行为不可预测由程序员手工筛选的极限。避免这些陷阱LTS模型开发人员。LTS模型中所有的七个数据错误来自错误的工程数据,从没有一个LTS模型的控制区域。 Nearly 72% reduction in the design flaws proves the powerful ability of LTS formal method. The comparison experimental results indicate that LTS model absolutely helps developer shorten design cycle and improve software quality.
允许设计师的最终目标描述train-to-train通信安全、有效,本文提出一种新颖的方法建模和验证这样的实时系统。FSP语言描述的train-to-train通信机制是简单而明确的方式介绍了逻辑属性。LTS train-to-train通信模型构建和验证功能需求以及安全属性的帮助下LTSA软件。系统仿真,LTSA验证软件显示了一个强大的工具,可视化train-to-train LTS复杂系统的模型。它彻底的和检查候选人制度的规范是否满足所需的属性,和它支持规范动画交互研究系统行为。仿真和验证结果表明,LTS方法提供了巨大的协助设计师开发更高效和可靠的实时系统。
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
重点项目支持的研究工作一直是中国铁道科学研究院(1752年1651 th5302 1651 th6603, th1004);中国国家自然科学基金(没有。61603026);北京自然科学基金(L171004)。