基于RSSP-I 安全協(xié)議的軌道電路系統(tǒng)

趙一鵬

摘 ? 要：鐵路通信信號傳輸?shù)陌踩钥煽啃允恰傲熊嚢踩\(yùn)行”的重要保證條件，軌道電路為鐵路信號的重要基礎(chǔ)性設(shè)備。既有ZPW-2000A使用通信電纜的方式將占用空閑關(guān)鍵信息傳輸至室內(nèi)，采用重力繼電器GJ的方式與連鎖完成通信。本文使用RSSP-I安全通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)了軌道電路與聯(lián)鎖之間的通信，在保障軌道電路與信號聯(lián)鎖之間通信的安全可靠情況下，提高了通道傳輸質(zhì)量、傳輸數(shù)據(jù)量和傳輸速度。

關(guān)鍵詞：ZPW-2000;軌道電路;聯(lián)鎖;RSSP-I;安全通信協(xié)議

1 ZPW-2000A 簡介

ZPW-2000是列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備，在行車安全和運(yùn)行效率起著重要作用[1]。既有ZPW-2000無絕緣移頻自動閉塞軌道電路，是在法國UM71無絕緣軌道電路基礎(chǔ)上，結(jié)合國情，引進(jìn)吸收基礎(chǔ)上技術(shù)再開發(fā)。

發(fā)送器：在區(qū)間適用于非電碼化、電碼化區(qū)段信息無絕緣移頻自動閉塞，供超速防護(hù)、自動閉塞、機(jī)車信號使用。在車站可使用與非電碼化和電碼化區(qū)段站移頻電碼化發(fā)送，并可作站內(nèi)移頻軌道電路使用[1]。

接收器：用以解調(diào)主軌道電路移頻信號，控制軌道繼電器，另實(shí)現(xiàn)了解調(diào)對于受電端相連接調(diào)諧區(qū)短小軌道電路移頻信號，配合短小軌道電路條件，將信號送到相鄰軌道電路接收器。

衰耗盤：調(diào)整主軌道電路和諧調(diào)區(qū)小軌道電路（正向、反向）。為接收器、發(fā)送器提供電源，給出故障報(bào)警、軌道狀態(tài)和正反運(yùn)行指示[1]。

2 RSSP-I 安全通信協(xié)議簡介

鐵道部制定了《RSSP-I鐵路信號安全通信協(xié)議[V1.0]》在2010年制定并發(fā)布，廣泛應(yīng)用于鐵路軌旁設(shè)備之間的通信[2]。

安全通信協(xié)議RSSP-I是鐵道部科技公司遵循EN50159編制，是鐵路信號設(shè)備之間安全通信的規(guī)范，RSSP-I安全通信協(xié)議規(guī)定了封閉式傳輸系統(tǒng)設(shè)備間通信的功能結(jié)構(gòu)和協(xié)議[2]。時(shí)間戳作為RSSP-I協(xié)議的主要技術(shù)，時(shí)間戳計(jì)算采用線性反饋移位寄存器值（LFSR），源標(biāo)識初始值T（0）= SID，按照通信周期向左移動32位，且若最高位為1時(shí)需異或一個(gè)時(shí)間戳生成多項(xiàng)式作為附加干擾輸入，這樣保障了時(shí)間戳的唯一性。

RSSP-I安全通信協(xié)議主要對以下安全威脅進(jìn)行識別和防護(hù)：數(shù)據(jù)幀重復(fù)、數(shù)據(jù)幀丟失、數(shù)據(jù)幀插入、數(shù)據(jù)幀次序混亂、數(shù)據(jù)幀錯誤、數(shù)據(jù)幀傳輸超時(shí)[2]。

RSSP-I采用以下防護(hù)技術(shù)：序列號、時(shí)間戳、超時(shí)、源標(biāo)識SID、反饋報(bào)文、雙重校驗(yàn)。

參照國標(biāo)GB/T 24339.2的防護(hù)說明，RSSP-I選用了以下防護(hù)措施：序列號;時(shí)間戳;超時(shí);源標(biāo)識;反饋報(bào)文;雙重校驗(yàn)[3]。

為保障行車安全，防護(hù)措施的適應(yīng)性見表1：

RSSP-I安全通信協(xié)議主要包含三種報(bào)文，RSD安全數(shù)據(jù)， SSE校驗(yàn)請求，SSR校驗(yàn)答復(fù)。

安全數(shù)據(jù)交互原則：接收方實(shí)時(shí)檢查發(fā)送方的安全數(shù)據(jù)幀的時(shí)效性， 當(dāng)數(shù)據(jù)幀不同步時(shí)，觸發(fā)時(shí)序校正機(jī)制，發(fā)送SSE，接收到SSR校驗(yàn)通過后可認(rèn)為安全數(shù)據(jù)有效;接收方與發(fā)送方時(shí)序同步時(shí)，可單方向?qū)崟r(shí)發(fā)送安全數(shù)據(jù)幀，無時(shí)序校正觸發(fā)[3]。

3 基于 RSSP-I 的軌道電路系統(tǒng)

基于RSSP-I軌道電路系統(tǒng)，是針對既有ZPW2000A軌道電路的升級優(yōu)化，優(yōu)化了無絕緣軌道電路與CBI聯(lián)鎖通信方式[1]，從繼電節(jié)點(diǎn)型連接方式升級為網(wǎng)絡(luò)通信方式，采用RSSP-I型安全通信協(xié)議。基于RSSP-I的軌道電路系統(tǒng)框圖如圖1所示：

系統(tǒng)框圖中接收器部分為軌道電路系統(tǒng)升級部分，本文將RSSP-I型算法移植到接收器，用于接收器與CBI聯(lián)鎖通信。

選用原有室外設(shè)備和室內(nèi)設(shè)備，重新設(shè)計(jì)室內(nèi)接收器，選用2取2架構(gòu)，采集主軌道電壓和小軌道電壓，采集小軌道檢查條件，進(jìn)行區(qū)段占用/空閑判斷，將區(qū)段信息、自身工作狀態(tài)、小軌檢查條件、電壓值等關(guān)鍵信息使用RSSP-I安全算法打包生成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。

改進(jìn)型接收器新增CPU3芯片，接收CPU1和CPU2串口數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)LANA/LANB上傳至聯(lián)鎖，從網(wǎng)絡(luò)接收聯(lián)鎖信息并通過串口發(fā)送至CPU1/ CPU2。

接收器CPU1/2代碼移植了RSSP-I安全通信協(xié)議，將區(qū)段信息打包生成安全數(shù)據(jù)并通過CPU3上傳至計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。接收CPU3轉(zhuǎn)發(fā)的聯(lián)鎖數(shù)據(jù)，并修正參數(shù)。

在基于安全協(xié)議的接收器中，RSSP-I安全通信協(xié)議被分為三層：通信適配層、信息管理層層和安全校驗(yàn)層[3]。

接收器的RSSP-I安全通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)了：支持多設(shè)備通信;對接收到的報(bào)文進(jìn)行檢查，包括：真實(shí)性、完整性、實(shí)時(shí)性、有序性;對安全數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，對含有安全數(shù)據(jù)的報(bào)文進(jìn)行解碼和驗(yàn)證;提供報(bào)文處理反饋信息，提供自動時(shí)序校正信息。

結(jié)束語

本文介紹了軌道電路及RSSP-I安全通信協(xié)議算法，使用C語言完成了RSSP-I安全通信協(xié)議算法的實(shí)現(xiàn)，解決了多路傳輸及收發(fā)端一體的軟件代碼。

基于RSSP-I安全協(xié)議的軌道電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)物理接口到電子接口的升級，通過對既有ZPW-2000A無絕緣軌道電路改造，使用RSSP-I開放式安全通信協(xié)議，將數(shù)據(jù)安全的傳輸至連鎖設(shè)備，極大地降低了聯(lián)鎖的物理硬件接口，減少了軌道繼電器的使用，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)的安全性、多樣性、可靠性和可維護(hù)性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李文濤.高速鐵路ZPW-2000軌道電路技術(shù)發(fā)展與成就[J].鐵道通信信號，2019，55（S1）：49-54.

[2] ALSTON 1999 FSFB/2 Safety Protocol RequirementsSpecification

[3] 鄭長宗，劉曉斌，徐登科，等.鐵路信號安全協(xié)議RSSP的研究[J].鐵道通信信號，2011，47（10）：66-69.