許德超，米根鎖，張小花

(蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，蘭州　730070)

?

基于隨機(jī)Petri網(wǎng)的GSM-R越區(qū)切換成功率分析

許德超，米根鎖，張小花

(蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，蘭州730070)

摘要：CTCS-3級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行車地間連續(xù)、雙向的安全信息傳輸。而GSM-R系統(tǒng)采用硬切換技術(shù)，切換時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生短暫的通信中斷，這就會(huì)影響列車控制類數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。為保證安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，迫切要求更短的切換時(shí)間和更高的切換成功率。對(duì)此，建立GSM-R系統(tǒng)越區(qū)切換的隨機(jī)Petri網(wǎng)模型，分析影響越區(qū)切換成功率的因素，并利用MATLAB仿真得到列車運(yùn)行速度、越區(qū)切換中斷時(shí)間以及列車追蹤間隔與越區(qū)切換成功率的關(guān)系；最后說明列車在350 km/h和430 km/h速度下運(yùn)行時(shí)，越區(qū)切換成功率是否滿足CTCS-3級(jí)系統(tǒng)需求標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：CTCS-3；隨機(jī)Petri網(wǎng)；GSM-R；越區(qū)切換成功率

1概述

目前，在我國高速鐵路中，CTCS-3級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(Chinese train control system-3 level，CTCS-3級(jí))發(fā)展迅速，列車與地面之間通過GSM-R(GSM for Railway)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連續(xù)、雙向、大容量的安全數(shù)據(jù)通信，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)對(duì)安全的要求極為苛刻，一旦失效將引起重大事故以及財(cái)產(chǎn)和生命損失[1]。

在高速鐵路環(huán)境下，蜂窩小區(qū)沿鐵路線路線狀覆蓋，每一個(gè)小區(qū)覆蓋范圍較小，列車穿越小區(qū)交界時(shí)，切換頻繁[2]；而GSM-R網(wǎng)絡(luò)采用的是硬切換技術(shù)，在舊鏈路斷開之后和新鏈路建立之前的一段時(shí)間里通信是中斷的，使列車無法實(shí)時(shí)更新列控信息，影響行車安全。文獻(xiàn)[3]描述了ETCS系統(tǒng)中越區(qū)切換對(duì)無線信道可靠性和有效性的影響。因此，為保證CTCS系統(tǒng)傳輸可靠性和有效性，迫切需要對(duì)越區(qū)切換成功率進(jìn)行分析。

GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)主要是完成我國鐵路工作系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)的傳輸，若GSM-R出現(xiàn)故障，這些信息的傳輸將會(huì)出現(xiàn)中斷[4]。GSM-R系統(tǒng)在列控系統(tǒng)的應(yīng)用中提供了透明的無線數(shù)據(jù)傳輸通道。文獻(xiàn)[5]在此基礎(chǔ)上提出了GSM-R故障模型；參照歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)/歐洲列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，并根據(jù)GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定，GSM-R網(wǎng)絡(luò)非列車控制類數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)QoS指標(biāo)主要包括端到端呼叫建立時(shí)間、最大端到端時(shí)延、平均端到端時(shí)延、數(shù)據(jù)速率、呼叫建立失敗率、越區(qū)切換成功率和越區(qū)切換中斷時(shí)間共7項(xiàng)[6]，這7項(xiàng)指標(biāo)中，與越區(qū)切換相關(guān)的有越區(qū)切換成功率和越區(qū)切換中斷時(shí)間。

近年來國外學(xué)者Zimmermand利用隨機(jī)Petri網(wǎng)的TimeNET模型分析了GSM-R的可靠性；建立了ETCS系統(tǒng)下的GSM-R信道傳輸模型。得到了ETCS標(biāo)準(zhǔn)對(duì)無線數(shù)據(jù)通信要求較高的結(jié)論[7]；2010年國內(nèi)學(xué)者黨建武，陳永等利用隨機(jī)Petri網(wǎng)理論分析了列車與無線閉塞中心通信的故障恢復(fù)模型，最后得出結(jié)論采用隨機(jī)Petri網(wǎng)理論可以有效地解決中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)形式化描述和仿真的問題[8]。

在高速鐵路環(huán)境下，GSM-R小區(qū)應(yīng)該至少預(yù)留4個(gè)信道才能保證越區(qū)切換成功率，在預(yù)留4個(gè)安全數(shù)據(jù)通信信道情況下，建立了越區(qū)切換的隨機(jī)Petri網(wǎng)模型；分析了越區(qū)切換成功率隨列車速度和越區(qū)切換時(shí)間的最后變化；以及列車追蹤間隔對(duì)越區(qū)切換成功率的影響。將結(jié)果與CTCS-3的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，說明結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2GSM-R越區(qū)切換過程

在GSM-R系統(tǒng)中，越區(qū)切換是在移動(dòng)臺(tái)MS(Mobile Station)通過相鄰基站BTS(Base Transceiver Station)、相鄰基站控制器(Base Station Controller)和相鄰移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心MSC(Mobile Switching Center)時(shí)發(fā)生的。越區(qū)切換包括觸發(fā)、掃描、選擇和執(zhí)行4個(gè)步驟。觸發(fā)階段指基站和移動(dòng)臺(tái)分別檢測(cè)上下行鏈路，并將結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的門限值作比較來判斷移動(dòng)臺(tái)是否需要進(jìn)行越區(qū)切換；掃描階段指基站確定滿足切換的6個(gè)小區(qū)進(jìn)行排隊(duì)，編制成切換小區(qū)列表，并將其放在切換指示消息中發(fā)給BSC；選擇階段指BSC選擇信號(hào)質(zhì)量最好的目標(biāo)小區(qū)并等待關(guān)聯(lián)；執(zhí)行階段指切換到信號(hào)質(zhì)量最好的小區(qū)所在的信道上。

在高速鐵路GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)中，蜂窩小區(qū)沿鐵路線狀覆蓋，并且只有前后兩個(gè)小區(qū)是相鄰小區(qū)，因此只需要在這兩個(gè)小區(qū)中選擇一個(gè)，再通過(CI，TA)定向坐標(biāo)法或者TA定向法判斷出列車運(yùn)行方向[9]，那么目標(biāo)小區(qū)就會(huì)更容易被選出。因此，提前切換或軟切換技術(shù)成為減少切換時(shí)間和提高切換成功率的有效措施。

高速鐵路環(huán)境下GSM-R越區(qū)切換主要有3種類型，如圖1所示。分別是同一個(gè)BSC中不同BTS之間的切換，如圖1中列車1所在位置；同一個(gè)MSC中不同BSC之間的切換，如圖1中列車2所在位置；不同MSC之間的切換，如圖1中列車3所在位置。但3種類型切換的最主要過程相似，因此，以BSC內(nèi)的切換為例進(jìn)行分析。

圖1　GSM-R越區(qū)切換類型

3GSM-R越區(qū)切換的隨機(jī)Petri網(wǎng)模型

3.1GSM-R越區(qū)切換的影響因素

隨機(jī)Petri網(wǎng)以基本Petri網(wǎng)為基礎(chǔ)，能夠?qū)﹄x散、并行系統(tǒng)進(jìn)行有效分析。因此，可以對(duì)GSM-R越區(qū)切換失敗恢復(fù)成功事件建模分析。

當(dāng)所有設(shè)備都可以正常工作，系統(tǒng)沒有故障時(shí)，影響GSM-R越區(qū)切換的因素主要由以下3點(diǎn)構(gòu)成。

(1)目標(biāo)小區(qū)信道故障

由于地形、大氣雜質(zhì)、建筑物等影響，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋不好，致使目標(biāo)小區(qū)信道故障，移動(dòng)臺(tái)不能正常接入目標(biāo)小區(qū)。隨后由于移動(dòng)臺(tái)處于高速行駛中，接收到原小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量隨著與原小區(qū)距離的增大而急劇下降，就會(huì)失去了與原小區(qū)的關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致切換失敗。

(2)信道質(zhì)量降低

由于系統(tǒng)內(nèi)干擾、系統(tǒng)外干擾、多徑效應(yīng)、多普勒效應(yīng)等原因，移動(dòng)臺(tái)無法正常接收信號(hào)和解碼信息，影響越區(qū)切換，一旦切換失敗，列車與地面之間就無法進(jìn)行通信。

(3)越區(qū)切換參數(shù)不匹配

越區(qū)切換中參數(shù)設(shè)置極為重要，包括無線鏈路切換門限值、切換余量、發(fā)射機(jī)發(fā)射功率[10]，這些參數(shù)是否匹配與切換成功率密切相關(guān)。其中大部分參數(shù)在設(shè)備出廠之前已經(jīng)設(shè)定好，無需修改。但不同廠家的設(shè)備參數(shù)不同，最終會(huì)導(dǎo)致切換失敗。

圖2描述了越區(qū)切換過程中進(jìn)行安全數(shù)據(jù)通信的信道模型，它由影響越區(qū)切換的3個(gè)基本因素構(gòu)成，模型中位置Pchok表示信道處于良好狀態(tài)。只有Pchok中的托肯數(shù)大于零，信道才可用。而位置Pchb、Pchf、Ppar分別表示信道故障狀態(tài)、信道質(zhì)量降低狀態(tài)、越區(qū)切換參數(shù)不匹配狀態(tài)。Tchf、Tchb、Tpar是標(biāo)識(shí)相關(guān)的變遷，變遷Tchf、Tchb、Tpar分別表示信道故障、信道質(zhì)量降低、越區(qū)切換參數(shù)不匹配，變遷Tchfr、Tchbr、Tparr分別表示信道故障修復(fù)、信道質(zhì)量恢復(fù)、越區(qū)切換參數(shù)匹配。Tchf、Tchb、Tpar是標(biāo)識(shí)相關(guān)的變遷，一旦激發(fā)就會(huì)把Pchok中的一個(gè)托肯轉(zhuǎn)移到這3個(gè)變遷相對(duì)應(yīng)的庫所之中。用#表示。假設(shè)開始時(shí)刻Pchok中有4個(gè)托肯，即每個(gè)小區(qū)預(yù)留4個(gè)安全數(shù)據(jù)傳輸信道，以保證越區(qū)切換成功率。

圖2　安全數(shù)據(jù)通信信道模型

3.2越區(qū)切換隨機(jī)Petri網(wǎng)建模

綜合考慮影響越區(qū)切換成功率的3個(gè)基本因素，結(jié)合圖2中安全數(shù)據(jù)通信信道模型，建立基于隨機(jī)Petri網(wǎng)的GSM-R越區(qū)切換模型，如圖3所示。

圖3　進(jìn)行切換時(shí)隨機(jī)Petri網(wǎng)模型

圖3中，Psta表示列車在原小區(qū)正常運(yùn)行。Thandoff表示列車接近小區(qū)邊界準(zhǔn)備進(jìn)行切換。Pacstart表示列車開始穿越小區(qū)。Pho表示開始切換，Thardsw表示系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，是固定時(shí)間變遷。Pchfoff表示目標(biāo)小區(qū)信道故障導(dǎo)致通信中斷狀態(tài)。Pchf與Pchfr分別表示信道故障狀態(tài)與信道故障修復(fù)狀態(tài)。它們通過變遷Tchf與Tchfr可以互達(dá)。tchf是立即變遷，當(dāng)信道發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即轉(zhuǎn)移到Pchfoff狀態(tài)；一旦tchfr激發(fā)，系統(tǒng)就會(huì)回到Pacstart狀態(tài)。信道質(zhì)量降低、越區(qū)切換參數(shù)不匹配的原理同上。由Pacstart激發(fā)的立即變遷有4個(gè)，分別是tchf、tchb、tpar、treaok。如果目標(biāo)小區(qū)信道故障修復(fù)、信道質(zhì)量恢復(fù)、越區(qū)切換參數(shù)匹配，系統(tǒng)就會(huì)轉(zhuǎn)移到越區(qū)準(zhǔn)備狀態(tài)Prea，準(zhǔn)備進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)。如果目標(biāo)小區(qū)信道故障或者信道質(zhì)量降低或者參數(shù)不匹配，即Pchok中沒有標(biāo)記，tchok的哨函數(shù)不滿足要求，系統(tǒng)就不能進(jìn)行越區(qū)切換。只有在3種條件均為良好狀態(tài)，Pchok才會(huì)存在標(biāo)記，即M(Pchok)>0，越區(qū)切換才會(huì)成功。由于哨函數(shù)mark(“Pchok=0”)存在于立即變遷中，mark函數(shù)用于計(jì)算一個(gè)位置包含標(biāo)記的概率，當(dāng)Pchok中標(biāo)記數(shù)為零時(shí)，立即變遷才能被激活。各位置含義如表1所示。

表1　模型中各位置含義

由于隨機(jī)Petri網(wǎng)不能夠分析固定時(shí)間變遷Thardsw，因此利用k階愛爾蘭分布(Erlang-k)，k階愛爾蘭分布的特點(diǎn)是當(dāng)k趨于無窮時(shí)方差趨于零。選擇Erlang-k分布函數(shù)近似表示固定時(shí)間變遷[11]，而Erlang-k分布又可以看作是k個(gè)獨(dú)立分布的指數(shù)分布的和的分布，故可以用k個(gè)連續(xù)隨機(jī)變遷來表示固定時(shí)間變遷，如圖4所示。其中隨機(jī)事件變遷的參數(shù)λ應(yīng)取k/T，本文取k值為5，因?yàn)楫?dāng)k取5時(shí)近似誤差就可以達(dá)到毫秒級(jí)的精度，滿足模型要求。

圖4　Erlang-k分布表示固定時(shí)間變遷

圖3中變遷的激發(fā)速率和哨函數(shù)見表2。

表2　對(duì)應(yīng)變遷激發(fā)速率、哨函數(shù)

4模型分析

4.1參數(shù)設(shè)置

《CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定：MS主叫的連接建立失敗概率≤10-2h-1。通過計(jì)算得到信道發(fā)生故障的速率為0.000 002 78 s-1。由于鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)沿著鐵路線路線狀覆蓋，在越區(qū)切換過程中，切換發(fā)生速率為λ0=v/d，v是客運(yùn)專線中列車行駛速度，d是客運(yùn)專線中相鄰基站之間距離。v分別取250、350、430、500 km/h，d取平均間距3 km，對(duì)應(yīng)的λ0-250、λ0-350、λ0-430、λ0-500的取值分別為0.023 1、0.032 4、0.030 6、0.046 3 s-1。規(guī)范UIC-SUBSET-052規(guī)定CTCS-3級(jí)系統(tǒng)車地?cái)?shù)據(jù)通信中斷時(shí)間≤300 ms，本文取300 ms計(jì)算，即1/μ0=300 ms。因此，越區(qū)切換的恢復(fù)速率為μ0=3.33 s。在執(zhí)行GSM-R越區(qū)切換過程中，列車會(huì)占用小區(qū)信道，信道占用速率是列車運(yùn)行速度與列車追蹤間隔的比值，即λtak=v/s，s是列車追蹤間隔。在GSM-R越區(qū)切換過程中發(fā)生異常情況時(shí)，如果移動(dòng)臺(tái)未能接入目標(biāo)小區(qū)，并且與原小區(qū)失去連接，T3103定時(shí)器超時(shí)，信道釋放，車地通信中斷，最后導(dǎo)致越區(qū)切換失敗。車地通信中斷時(shí)間為：T3103定時(shí)器的設(shè)置值+小區(qū)重選時(shí)間+呼叫建立時(shí)間。其中T3103定時(shí)器一般設(shè)置為5 s，小區(qū)重選的最大時(shí)間為5 s，呼叫建立的最大時(shí)間為10 s，所以通信中斷最大時(shí)間為20 s[12]。因此越區(qū)切換失敗恢復(fù)成功速率為0.05 s-1。

在傳輸過程中干擾不可避免，干擾的概率分布服從指數(shù)分布，其分布函數(shù)為

(1)

(2)

由式(1)和式(2)可得

(3)

文獻(xiàn)[11]中規(guī)定：干擾的間隔時(shí)間≥20 s的概率應(yīng)不小于95%，即令干擾間隔時(shí)間概率為p=0.95，干擾間隔時(shí)間為x=20 s，通過計(jì)算可得信道質(zhì)量下降速率λ1=λchb=0.002 6 s-1。

結(jié)合以上分析結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及文獻(xiàn)[13]中的規(guī)定，得到各參數(shù)取值如表3所示。

4.2列車運(yùn)行速度

取基站平均間距3 km，由于越區(qū)切換發(fā)生速率是列車運(yùn)行速度與基站間距之比。因此，在通過建立的“隨機(jī)Petri網(wǎng)模型”分析越區(qū)切換成功率時(shí)，當(dāng)列車運(yùn)行速度取不同值時(shí)，越區(qū)切換的發(fā)生速率就應(yīng)該不同。

表3　GSM-R越區(qū)切換模型各參數(shù)取值

在“GSM-R越區(qū)切換的隨機(jī)Petri網(wǎng)模型”中，在每個(gè)小區(qū)預(yù)留4個(gè)安全數(shù)據(jù)傳輸信道的情況下，運(yùn)用MATLAB仿真得到越區(qū)切換成功率隨著列車速度變化的情況，如圖5、圖6所示。由圖5可以看出，在越區(qū)切換過程中，列車以250、350、430、500 km/h速度運(yùn)行時(shí)，在執(zhí)行切換300 ms以內(nèi)，切換成功率均可達(dá)到99.5%。在執(zhí)行切換300 ms之后，越區(qū)切換成功率保持不變分別為99.73%、99.58%、99.5%、99.41%。滿足規(guī)范UIC-SUBSET-052中規(guī)定越區(qū)切換的中斷時(shí)間不超過300 ms。在列車速度不變時(shí)，越區(qū)切換的成功率在前300 ms內(nèi)穩(wěn)定上升，隨后保持不變。

圖5　列車在不同速度下越區(qū)切換成功率

由圖6可知當(dāng)列車速度逐漸提高時(shí)，越區(qū)切換成功率在線性降低。由于CTCS-3級(jí)系統(tǒng)需求標(biāo)準(zhǔn)要求切換的成功率要高于99.5%。而通過圖6中仿真結(jié)果可得車速在350 km/h及以下時(shí)切換成功率高于99.58%，滿足規(guī)范要求。隨著速度提高至430 km/h及以上時(shí)，切換成功率降至99.5%及以下，不滿足規(guī)范要求。

圖6　越區(qū)切換成功率與列車運(yùn)行速度的關(guān)系

4.3列車追蹤間隔

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，列車運(yùn)行速度越來越高，列車追蹤間隔不斷縮短，影響著越區(qū)切換成功率和行車安全[14]。在分析列車追蹤間隔對(duì)越區(qū)切換成功率的影響時(shí)，就要考慮信道的占用速率，列車追蹤間隔發(fā)生變化，信道占用速率就會(huì)發(fā)生變化，越區(qū)切換成功率也就會(huì)隨之改變。在預(yù)留4個(gè)傳輸安全數(shù)據(jù)的信道情況下，通過Matlab仿真得到列車追蹤間隔增加情況下越區(qū)切換的成功率。

圖7反映了列車追蹤間隔與越區(qū)切換成功率的關(guān)系。在前后列車使用相同GSM-R信道時(shí)，增大列車追蹤間隔，信道占用速率會(huì)逐漸降低，列車發(fā)生越區(qū)切換時(shí)的成功率就逐漸提高，然而當(dāng)追蹤間隔達(dá)到一定程度，越區(qū)切換成功率也會(huì)趨于穩(wěn)定。當(dāng)繼續(xù)增大列車追蹤間隔，使得前后列車不能夠同時(shí)使用相同GSM-R小區(qū)信道時(shí)，就無需考慮信道占用速率對(duì)越區(qū)切換成功率的影響，此時(shí)前后列車使用的是不同GSM-R小區(qū)信道，這就需要重新考慮前后列車在各自信道上的越區(qū)切換成功率了。

圖7　越區(qū)切換成功率與列車追蹤間隔的關(guān)系

5結(jié)論

本文建立了基于隨機(jī)Petri網(wǎng)的GSM-R越區(qū)切換模型，并通過MATLAB對(duì)模型進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

(1)在給定參數(shù)下，當(dāng)列車速度提高時(shí)，越區(qū)切換成功率在線性下降。

(2)列車以低于350 km/h速度運(yùn)行時(shí)，切換的成功率滿足CTCS-3級(jí)系統(tǒng)需求標(biāo)準(zhǔn)要求。速度在430 km/h及以上時(shí)，切換成功率在99.5%以下，不滿足規(guī)范要求，與實(shí)際列車運(yùn)行速度相符。

(3)在一定的列車追蹤間隔內(nèi)，隨著列車追蹤間隔的增大，越區(qū)切換成功率會(huì)提高；當(dāng)增大追蹤間隔使前后列車不能同時(shí)使用相同GSM-R信道時(shí)，就需要重新考慮前后列車在各自信道上的越區(qū)切換成功率。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹源，唐濤，徐田華，等.形式化方法在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2010，10(1):112-126.

[2]鐘章隊(duì)，艾渤，劉秋妍，林思雨.鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM-R)應(yīng)用基礎(chǔ)理論[M].北京:北京交通大學(xué)出版社，2009.

[3]徐田華，趙紅禮，唐濤.基于有色Petri網(wǎng)的ETCS無線通信可靠性分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，2008，30(1):38-42.

[4]李冰，朱雅楠.CTCS-3系統(tǒng)中GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(4):119-122.

[5]張友兵，唐濤.基于有色Petri網(wǎng)的CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)RBC切換的建模與形式化分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，2012，34(7):49-55.

[6]鐵道部科技司.CTCS-3級(jí)車載子系統(tǒng)功能(討論稿)[Z].北京:鐵道部科技司，2007.

[7]Armin Zimmermann，Gunter Hommel. A Train Control System Case Study in Model-Based Real Time Design[C]//Proceedings of the International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS03)，2003.

[8]陳永，胡曉輝，黨建武.隨機(jī)Petri理論在GSM-R通信系統(tǒng)中的仿真應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2010，46(30):208-211.

[9]黃吉瑩，馬君，鐘章隊(duì).客運(yùn)專線中GSM-R越區(qū)切換的研究[J].鐵道通信信號(hào)，2006，42(5):51-53.

[10]包健.GSM-R系統(tǒng)工程網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案研究[D].成都:西南交通大學(xué)，2013：119-122.

[11]牛儒，曹源，唐濤.ETCS-2級(jí)列控系統(tǒng)RBC交接協(xié)議的形式化分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，2009，31(4):52-58.

[12]鐵道部運(yùn)輸局.鐵科運(yùn)[2008]168號(hào)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)GSM-R網(wǎng)絡(luò)需求規(guī)范[S].北京：鐵道部運(yùn)輸局，2008.

[13]ERTMS. Euroradio FFFIS Class 1 requirements Version 2.0.0[S]. ERTMS User’s Group， 2000.

[14]劉霄，張亞東，郭進(jìn).CTCS-3級(jí)列控車載協(xié)同仿真子系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(11):113-116.

Analysis of GSM-R Handover Switching Success Rate Based on Stochastic Petri Net

XU De-chao， MI Gen-suo， ZHANG Xiao-hua

(School of Automation and Electrical Engineering， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou 730070， China)

Abstract：CTCS (China Train Control System) level-3 uses GSM-R networks to conduct continuous two-way security information transmission between train and ground. However， GSM-R system adopts hard-switching technology， which will produce a short time communication interrupt and affect train control data transmission. In order to ensure the reliability of security data transmission， shorter time and higher success rate of switching is urgently required. Therefore， this paper establishes a stochastic Petri net model of GSM-R system switching and analyzes the factors that impact the success rate of crossover switching. The relationships between and among the train speed， crossover switching interruption time， and train tracking interval and crossover switching success rate are obtained with MATLAB simulation. Finally， the paper illustrates whether the crossover switching success rate meets the system requirements of CTCS-3 when the train runs at the speeds of 350km/h and 430km/h.

Key words：CTCS-3; Stochastic Petri net; GSM-R; Crossover switching success rate

中圖分類號(hào)：U285.21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.028

文章編號(hào)：1004-2954(2015)04-0116-05

作者簡介：許德超(1987—),男,碩士研究生,E-mail：573302563@qq.com。

基金項(xiàng)目：甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1310RJZA046)

收稿日期：2014-05-18； 修回日期：2014-07-19