随着高速铁路迅猛发展,动车组列车运行自主化和健康管理智能化都面临更高的需求。列车网络控制系统作为动车组的“神经中枢”,承担传输车辆状态信息及控制信息等隐私数据的任务。列车重联场景下,列车之间网络数据传输更加复杂,面临实时...随着高速铁路迅猛发展,动车组列车运行自主化和健康管理智能化都面临更高的需求。列车网络控制系统作为动车组的“神经中枢”,承担传输车辆状态信息及控制信息等隐私数据的任务。列车重联场景下,列车之间网络数据传输更加复杂,面临实时性、安全性、可追溯、防篡改等一系列挑战。以列车网络控制系统中故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)单元和无线传输单元的隐私数据共享传输为例,对PHM数据库进行共享扩充,提出一种基于联盟链的重联列车PHM数据库共享方案。列车网络控制系统为分布式架构,首先以单车PHM单元和无线传输单元作为联盟链节点建立单群组单机构联盟链,在此基础上,对于重联列车设计三群组双机构联盟链。同时,设计基于数据本地存储,验证方式上链的模式,并在网络架构中使用三级证书结构对节点进行身份验证。考虑两单元生成的隐私数据量大的需求,对PBFT算法的消息转发机制和Prepare包进行改进优化,有效减少冗余数据包数量,提高了网络效率。将改进算法后的联盟链进行测试,实验表明:仿真实验环境下,该算法改进后,节点共识成功率达到100%,每秒处理交易数单车系统下提高了18.2%,重联系统下提高了13.3%,平均出块时间在单车系统下平均缩短了29672.25ms,重联系统下平均缩短了72 993.25 ms。研究结果验证了联盟链系统在具备安全性的同时兼顾了高效性,表明联盟链在重联列车PHM数据库共享过程中应用具有极大的可行性,也为列车状态隐私信息安全可追溯提供了技术参考。展开更多
为降低现有列车网络控制系统(train control and management system,TCMS)端到端时延、抖动不确定性对列车控制功能时间确定性的影响,提高列车控制功能迭代效率,基于下一代列车网络控制系统(next generation TCMS,NG-TCMS),提出通信与...为降低现有列车网络控制系统(train control and management system,TCMS)端到端时延、抖动不确定性对列车控制功能时间确定性的影响,提高列车控制功能迭代效率,基于下一代列车网络控制系统(next generation TCMS,NG-TCMS),提出通信与计算资源联合调度模型,将端到端确定性从网络层延伸至列车控制功能。首先,结合NG-TCMS中时间敏感网络提供的全局统一时间基准,将列车控制功能拆分为具有依赖关系的状态采集、逻辑计算、数据转发、命令执行任务,并通过有向无环图进行形式化。以最小化执行时间为调度目标,分别通过一阶逻辑约束转化为可满足性模理论(satisfiability modulo theories,SMT)问题进行最优求解,以及抽象为整数线性规划(integer linear programming,ILP)问题进行最优求解。同时,提出基于任务松弛度和抖动继承值的快速求解方法,将一次性求解所有任务的大规模调度转化为迭代求解单任务或双任务的小规模调度,以解决控制功能数量陡增导致调度问题复杂度激增,SMT方法和ILP方法难以快速求解的问题。最后,参考CR450动车组列车控制功能设计算例,以30 min为求解时间上限,分析SMT方法、ILP方法、快速求解方法在求解时间与所得调度方案资源利用率方面的性能差异。结果表明,快速求解方法能在20 min内完成1000个含零抖动和抖动约束的控制功能调度,高效调度系统资源,满足NG-TCMS快速迭代需求。研究结果可为基于NG-TCMS构建具有端到端时间确定性的列车网络控制功能及任务调度方法提供参考。展开更多
文摘随着高速铁路迅猛发展,动车组列车运行自主化和健康管理智能化都面临更高的需求。列车网络控制系统作为动车组的“神经中枢”,承担传输车辆状态信息及控制信息等隐私数据的任务。列车重联场景下,列车之间网络数据传输更加复杂,面临实时性、安全性、可追溯、防篡改等一系列挑战。以列车网络控制系统中故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)单元和无线传输单元的隐私数据共享传输为例,对PHM数据库进行共享扩充,提出一种基于联盟链的重联列车PHM数据库共享方案。列车网络控制系统为分布式架构,首先以单车PHM单元和无线传输单元作为联盟链节点建立单群组单机构联盟链,在此基础上,对于重联列车设计三群组双机构联盟链。同时,设计基于数据本地存储,验证方式上链的模式,并在网络架构中使用三级证书结构对节点进行身份验证。考虑两单元生成的隐私数据量大的需求,对PBFT算法的消息转发机制和Prepare包进行改进优化,有效减少冗余数据包数量,提高了网络效率。将改进算法后的联盟链进行测试,实验表明:仿真实验环境下,该算法改进后,节点共识成功率达到100%,每秒处理交易数单车系统下提高了18.2%,重联系统下提高了13.3%,平均出块时间在单车系统下平均缩短了29672.25ms,重联系统下平均缩短了72 993.25 ms。研究结果验证了联盟链系统在具备安全性的同时兼顾了高效性,表明联盟链在重联列车PHM数据库共享过程中应用具有极大的可行性,也为列车状态隐私信息安全可追溯提供了技术参考。
文摘为降低现有列车网络控制系统(train control and management system,TCMS)端到端时延、抖动不确定性对列车控制功能时间确定性的影响,提高列车控制功能迭代效率,基于下一代列车网络控制系统(next generation TCMS,NG-TCMS),提出通信与计算资源联合调度模型,将端到端确定性从网络层延伸至列车控制功能。首先,结合NG-TCMS中时间敏感网络提供的全局统一时间基准,将列车控制功能拆分为具有依赖关系的状态采集、逻辑计算、数据转发、命令执行任务,并通过有向无环图进行形式化。以最小化执行时间为调度目标,分别通过一阶逻辑约束转化为可满足性模理论(satisfiability modulo theories,SMT)问题进行最优求解,以及抽象为整数线性规划(integer linear programming,ILP)问题进行最优求解。同时,提出基于任务松弛度和抖动继承值的快速求解方法,将一次性求解所有任务的大规模调度转化为迭代求解单任务或双任务的小规模调度,以解决控制功能数量陡增导致调度问题复杂度激增,SMT方法和ILP方法难以快速求解的问题。最后,参考CR450动车组列车控制功能设计算例,以30 min为求解时间上限,分析SMT方法、ILP方法、快速求解方法在求解时间与所得调度方案资源利用率方面的性能差异。结果表明,快速求解方法能在20 min内完成1000个含零抖动和抖动约束的控制功能调度,高效调度系统资源,满足NG-TCMS快速迭代需求。研究结果可为基于NG-TCMS构建具有端到端时间确定性的列车网络控制功能及任务调度方法提供参考。
