CTCS-1级列控系统等级转换场景建模与验证

随着CTCS-1级列控系统关键技术研究工作的开展,必然要面临装载CTCS-1级车载设备的列车跨线运营至CTCS-0级线路的问题,而系统等级转换的顺利进行是实现列车安全跨线运营的基础。通过系统功能分析,建立了系统多分辨率功能模型,以识别等级转换场景需求;根据场景需求,结合现行系统规范,完善了CTCS-1级系统等级转换场景的方案;采用基于UML的NuSMV建模与验证方法,建立了等级转换场景的UML模型和NuSMV模型,并验证了场景模型的活性、确定性等属性,从而证明了完善后的场景方案满足场景需求,且符合系统规范。文中对CTCS-1级系统等级转换场景的探讨可为相关规范的修订提供支持。     

基于CPN的等级转换场景建模分析

针对正常情况下CTCS-2级列控系统和CTCS-3级列控系统之间的等级转换,探讨了一种基于有色Petri网模型的系统建模方法。模型中引入非周期消息模型,模拟在GSM-R网络中RBC（无线闭塞中心,Radio Block Centre）与车载设备之间消息的传送过程,并建立基于有色Petri网的等级转换控车场景模型,讨论在不同消息重发时间间隔、不同列车速度对等级转换场景完成成功率的影响。验证了该建模方法的有效性,说明了影响等级转换成功率的因素。     

车载设备故障导致CTCS等级转换的建模与仿真

采用随机Petri网理论对车载故障可能导致列控系统降级的场景和列控系统在不同等级之间发生转换的场景进行了研究,以保证并提高列车运行环境的安全性。在模型中,对可能导致车载设备故障的三种因素：传输错误、越区切换、连接丢失所引发的车载设备和备用车载设备均故障所引发降级的场景,进行了建模和分析;并在降级场景发生后,列控设备通过尝试连接GSM-R无线网络升级为CTCS-3级进行了建模和分析。用TimeNet4.0平台对模型的正确性进行了仿真,得出了该模型在各种场景发生的概率分布曲线,对CTCS-3降级运行进行了定量与定性分析。     

基于UML和CPN的列控系统等级转换建模与分析

针对列控系统的安全性和实时性要求,基于CTCS-3级列控系统需求规范中等级转换场景建立C2级向C3级转换的UML(统一建模语言)模型和有色Petri网(CPN)模型,分析了影响列车安全运行和行车效率的因素,即转换时长和转换成功率,验证了该建模方法的有效性。验证结果表明,UML和CPN模型相结合的方法适合于列控系统需求规范的验证。搭建的等级转换模型能够满足系统实时性要求。在保证切换成功率的前提下,列车运行速度与切换时间成反比,速度越高,切换时间越短;列车速度越高,对系统实时性要求也越高。     

基于场景的车载设备测试用例自动生成方法研究

列控车载子系统是确保列车的安全运行的关键设备,对车载子系统进行测试是保证功能实现与系统规范一致性的重要手段。针对传统手工测试用例生成的效率低、耗时长、工作量繁杂、可重用性低等缺陷,提出一种基于场景的车载系统测试用例自动生成方法,依据CTCS-3级列控系统技术规范构造车载子系统场景树模型,由实时系统测试用例自动生成工具Co Ver对列车运行模式转换自动机网模型生成基于场景的测试用例,并由运行模式最小重复度选择算法生成全模式覆盖的测试序列。结论证明,基于场景自动生成的测试用例能够覆盖全部车载模式,并提高了模式转换测试序列生成效率。     

应答器故障导致CTCS等级转换的建模与仿真

采用随机Petri网理论,对应答器故障可能导致列控系统降级的场景和列控系统在不同等级之间发生转换的场景进行了研究,以保证并提高列车运行环境的安全性。在模型中,对可能导致应答器故障的三种因素：码元出错、传输延时、传输失效进行了分析和建模;分析了在降级场景发生后,列控设备通过尝试连接GSM-R无线网络升级为CTCS-3级,并对等级转换的场景进行了分析和建模。最后用TimeNet4.0平台对模型的正确性进行了仿真,得出了该模型在各种场景发生的概率分布曲线,对CTCS-3降级运行进行了定量与定性分析。     

基于CPN的列控系统等级转换建模与分析

在高速列车运行过程中,列控系统等级转换过程所用的时长和转换成功概率,直接影响列车运行安全和行车效率。利用有色Petri网对CTCS-3级列控系统和CTCS-2级列控系统之间等级转换以及典型设备故障导致降级场景分别建模,模拟等级转换过程中RBC（Radio Block Center,无线闭塞中心）,车载设备,有源应答器之间的信息交互过程。分析了列车速度对等级转换实时性的要求和对转换成功概率的影响,以及突发降级的可能性,结果表明建模方法满足CTCS-3级列控系统的安全性和兼容性要求。     

CTCT-4级安全通信协议的形式化建模与验证

CTCS-4级列车运行控制系统是基于无线通信GSM-R传输信息的系统,而GSM-R系统是一种开放传输系统,它不能满足列控系统这种安全苛求系统的需求。主要根据GSM-R系统现有的安全威胁和应该采取的安全措施,引用一种改进的NSSK安全协议来保障车载设备与RBC间安全通信,并利用形式化建模语言CSP和模型检测工具FDR对其建模和验证。     

基于UML与有色Petri网的RBC切换场景的建模方法研究

针对仅有一台车载电台正常的RBC(无线闭塞中心)切换场景,探讨了一种基于UML模型和有色Petri网(CPN)的系统建模方法;首先利用UML模型的顺序图及状态图描述RBC切换流程和过程中车载设备的状态转移,再从UML状态图中提取信息构造相应的有色Petri网模型,最后利用CPN Tools的状态空间工具分析模型的有界性、家态性、活性和公平性,得到的模型动态行为符合RBC切换功能的要求;论文验证了该建模方法的有效性,为完善RBC系统设计提供依据。     

面向安全评估的高速铁路CTCS-2列控系统安全性测试环境

高速铁路CTCS-2列控系统是典型的安全苛求系统。根据安全苛求系统的特点,针对高速铁路CTCS-2列控系统的安全性测试和评估需求,设计了场景—事件驱动的测试脚本语言SED_TSL,提出了高速铁路CTCS-2列控系统测试环境的功能、系统框架、测试策略,实现了基于SED_TSL的CTCS-2列控系统自动化测试环境,并投入到铁道部的CTCS-2列控系统产品制式检测中,有效地实现了列控系统产品的功能与安全性测试。     

Integrating UML and UPPAAL for designing, specifying and verifying component-based real-time systems

A new tool for integrating formal methods, particularly model checking, in the development process of component-based real-time systems specified in UML is proposed. The described tool, TANGRAM (Tool for Analysis of Diagrams), performs automatic translation from UML diagrams into timed automata, which can be verified by the UPPAAL model checker. We focus on the CORBA Component Model. We demonstrate the overall process of our approach, from system design to verification, using a simple but real application, used in train control systems. Also, a more complex case study regarding train control systems is described.     

基于重写逻辑的UML模型一致性检查方法

在模型驱动开发的场景下，保证UML模型的一致性具有重要意义，但目前大多数UML／MDA工具仪提供了有限支持。该文提出了一种基于代数重写逻辑的UML模型一致性检查的方法。首先定义了基于两级代数规范的实施构架以分别检查UML模型的没讣时和运行时语义一致性，其次定义了检查包括类图、状态机图和顺序图在内的多图一致性的重写规则。该方法为保持面向可执行的UML模型的一致性提供了有效支持。     

模型转换规则自动生成研究

在大规模的模型驱动工程中,模型转换是关键的环节,手动撰写模型转换规则既耗费资源,且正确性亦难以得到保障。针对该问题,提出基于编辑距离的模型比对算法,用于自动生成转换规则,该算法可以处理UML类图、状态图和活动图,而且可以有效地检测模型转移和复制操作,从而生成最小转换序列,提高模型转换工作效率。经过实验验证,基于该算法的模型转换规则自动生成方法是行之有效的。     

基于UML的C3I系统软件建模

UML是一种通过面向对象分析确定由类图和行为图表述的逻辑体系结构和通过面向对象设计确定由构件图和配置图表述的物理体系结构的方法，目前已经成为面向对象分析与设计建模事实上的标准；首先介绍了UML技术及其在开发应用程序中的一般框架，并以此为依据，使用UML结合光电干扰武器系统C3I的建模应用实例对其进行了具体论述。