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CBTC系统移动授权生成的建模与实现

作　者: 刘朔
导　师: 李开成
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: CBTC MA 区域控制中心有色Petri网模型
分类号: U284.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 268次
引　用: 2次
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内容摘要

随着无线通信技术的飞速发展,无线通信的可靠性、可用性大大提高,基于通信的列车控制(Communication Based Train Control,CBTC)系统应运而生,已成为列车运行控制系统的发展趋势。CBTC系统的出现,无论从功能方面还是从性能方面都相对于传统的列车运行控制系统有了巨大的提升与改进。在城市轨道交通中,CBTC系统的主要任务是保证列车在系统控制的线路内安全运行,这是通过为每列通信列车提供一个移动授权(Movement Authority,MA)来完成的。因此,生成合理安全的MA,是保证整个系统正常运转的关键。论文首先从MA的含义入手,对生成MA的区域控制中心系统进行了详细的需求分析;从资源、结构以及数据流等方面阐述了MA的生成原理;并提出了MA的相关算法。论文接着基于有色Petri网(Colored Petri Nets,CPN)的形式化建模方法建立了MA生成的模型。通过采用层次建模技术,以MA生成为研究对象,以区域控制中心为模型主体,利用CPN Tools工具建立系统层、处理层及功能层三层模型,并采用归约方法简化模型复杂度。通过基于状态空间的分析方法对模型所应具备功能的合理性及完备性进行分析和验证,从而为区域控制中心系统应用软件的设计提供了理论依据。论文最后按照软件生命周期的开发模式,依据所建立的系统体系结构模型,在基于VxWorks实时操作系统和二乘二取二安全计算机平台的开发环境中,完成区域控制中心应用软件的详细设计,实现MA生成功能;并通过设计多种测试用例,最终获得高质量的应用软件。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-20
  1.1 CBTC系统综述  10-13
    1.1.1 CBTC系统简介  10-11
    1.1.2 CBTC系统结构描述  11-13
  1.2 移动授权(MA)概述  13-15
    1.2.1 MA的含义  13-14
    1.2.2 MA的生成及作用  14-15
  1.3 基于有色Petri网的系统建模方法  15-18
    1.3.1 Petri网简介及特点  15-16
    1.3.2 Petri网的分析验证技术  16-17
    1.3.3 有色Petri网理论及仿真工具  17-18
  1.4 论文研究内容及论文结构  18-20
2 MA生成原理分析  20-26
  2.1 区域控制中心需求分析  20-23
    2.1.1 区域控制中心与其他子系统之间的信息交互  20-21
    2.1.2 区域控制中心对列车不同状态的管理  21-22
    2.1.3 不同状态下列车对于MA的不同需求  22-23
  2.2 MA的生成原理  23-25
    2.2.1 MA生成过程中的资源管理  23-24
    2.2.2 MA生成的结构原理及数据流图  24-25
  2.3 MA的算法设计  25
  2.4 本章小结  25-26
3 基于层次有色Petri网的区域控制中心应用建模  26-43
  3.1 基于层次Petri网的建模方法可行性分析  26-27
  3.2 对CBTC系统整体结构建模  27-31
    3.2.1 系统资源的抽象与形式化描述  27-29
    3.2.2 CBTC系统层模型结构  29-31
  3.3 区域控制中心处理层子网模型  31-32
  3.4 对与MA生成相关的功能层建模  32-42
    3.4.1 列车状态管理功能层模型  33-35
    3.4.2 障碍物信息处理功能层模型  35-37
    3.4.3 遍历障碍物功能层模型  37-38
    3.4.4 ZC与DSU交互功能层模型  38-40
    3.4.5 ZC与ATS交互功能层模型  40
    3.4.6 ZC与VOBC交互功能层模型  40-41
    3.4.7 ZC与CI交互功能层模型  41-42
  3.5 本章小结  42-43
4 MA生成模型的仿真与验证分析  43-55
  4.1 MA生成模型的仿真  43-45
  4.2 运用归约方法对网系统进行约减  45-49
    4.2.1 网模型简化的必要性  46-47
    4.2.2 归约规则的提出  47-48
    4.2.3 归约技术在MA生成模型中的应用  48-49
  4.3 基于状态空间分析的MA生成模型性质验证  49-54
    4.3.1 根据网系统有界性验证列车状态管理的完备性  50-51
    4.3.2 MA生成功能的验证  51-53
    4.3.3 根据网系统家态性验证子系统间信息交互的正确性  53-54
  4.4 本章小结  54-55
5 基于VxWorks的区域控制中心MA生成功能的实现  55-65
  5.1 基于软件生命周期的开发模式  55
  5.2 基于VxWorks安全平台的开发环境  55-56
  5.3 基于原型方法的应用软件详细设计及实现  56-61
    5.3.1 原型建立方法  56-57
    5.3.2 区域控制中心应用软件的详细设计  57-61
  5.4 应用软件的测试与验证  61-64
    5.4.1 测试方法  61-62
    5.4.2 测试过程  62-64
  5.5 本章小结  64-65
6 结论与展望  65-66
参考文献  66-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70

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