地铁列车TRDP安全数据传输协议研究

地铁列车TRDP安全数据传输协议研究

宫湛彭 ,彭大伟  ,宋程

中车青岛四方机车车辆股份有限公司   山东青岛    266000

摘要:现阶段，地铁列车应用的以太网通信主要通过TRDP协议来实现。但此协议在运行中还有许多问题存在，例如，仅校验TRDP协议头，而不去校验用户数据段，同时未详细要求数据接收与发送的实时性。基于此，文章围绕安全数据传输协议SDTv2展开了相关研究，并基于TRDP协议，将用户数据段的校验加入其中，并详细要求了数据接收与发送的实时性。此协议的应用不仅促使了数据发送和接收实时性与可靠性的提高，还为地铁列车关键数据的发送和接收提供了重要保障。

关键词:地铁列车；TRDP协议；安全数据传输

在经济与科技的推动下，我国地铁列车行业发展态势突飞猛进，使得以太网TRDP协议被广泛地用于地铁列车的网络通信。以太网的应用在很大程度上增强了网络传输效率，大大提升了数据传输能力，然而其在实际运行中也存在许多问题，实时性与准确性还有所欠缺，极易影响到地铁列车实时控制的相关性能，从而导致列车运行的安全性受到威胁，仅应用TRDP协议并不能在根本上将这些问题进行解决，而安全数据传输协议（SDTv2）的加入恰好弥补了这方面的不足，确保了地铁列车能够实时可靠的传输重要数据。

1 TRDP协议概述

  TRDP协议，即Train Real-Time Data Protocol，又叫列车实时数据通信协议，属于列车数据实时传输的协议，摘录自IEC61375-2-3的附录A中，主要位于TCP/UDP的传输层中。列车实时数据通信协议利用FCS-32产生多项式来CRC（循环冗余校验）校验TRDP头，产生头部校验码，然而该协议并没有校验用户的数据段。列车数据实时传输的协议的PD（过程数据）主要有2种方式，即PUSH与PULL，其中前者是最常应用的方式。列车实时数据通信协议简述了一个超时判断机制，却没有具体要求数据接收与发送的实时性[1]。

2安全数据传输协议（SDTv2）

SDTv2 协议，即Safe Data Transmission version 2的缩写，也叫安全数据传输协议，通常被用在轨道列车网络以太网通信上，摘录自IEC61375-2-3的附录B中。安全数据传输协议给予了一个比较重要SDSRC与若干SDSINK之间的安全通信渠道，也被叫做SDTv2通道。安全数据源侧SDTv2层旨在用来对协议信息的添加，在开始发送前，形成数据安全传输层所具备的安全数据报文（VDP）。安全数据宿侧SDTv2层对已接收的安全数据报文进行确认，若成功，就会将已包含的关键数据呈现在SDTv2的应用接口上。

2.1 SID(安全标示符)

涉及的任意SDSRC均要有一个安全标示符。安全标示符主要根据数据结构（如表一所示），利用循环冗余校验计算出UINT32 值。

2.2 VDP（安全数据报文）

  安全数据报文主要位于列车实时数据通信协议PD报文的部分用户数据内，安全数据源应用上文中获得的SID值当成初始值，通过CRC计算重要PD、用户数据、安全序列计数器获得安全码，产生安全数据报文进行发送。安全数据宿在收到安全数据报文后，利用TRDP定义的源IP、目的IP、ComId发现对应发送方，针对发送方的预定义信息获取SMI等数据，同时对SID值实施SC-32计算，并将其当成初始值，针对获取的重要PD等信息，重新进行SC-32计算获取安全码，并对比实际获取的安全码，由此来判断安全数据报文的正确与否[2]。

3安全数据传输协议的应用

某城市2号线的地铁列车网络引入了实时以太网展开通信，其应用的通信协议是TRDP过程数据的安全数据传输协议。本次研究把地铁车辆网络系统和所有子系统分成不同系统编号，按照系统、列车、设备等的编号来对设备IP地址、通信组播地址、通信标识符、安全消息标识符等信息进行分配，同时对安全数据传输协议的时间参数进行配置。网络系统和子系统之间利用以上信息与参数彼此传输数据，根据安全数据传输协议对数据的实时性与可靠性进行验证，确保了轨道列车数据安全传输的目的。

3.1 通信标识符（ComID）

TRDP协议对ComID进行了定义，将其作为协议数据单元的独特标识符。本次研究的通信标识符根据表二展开分配（abcde,其中a代表PD流向）。

表二

3.2安全消息标识符（SMI）

TRDP协议对ComID进行了定义，将其作为用户定义的安全数据传输标示符。本次研究的安全消息标识符根据表三展开分配（abcdef,其中a代表PD流向）。

表三

3.3时间参数配置

Ttx_period：本次研究规定的 CPU 执行周期和TRDP协议发送周期相同，但是要注意Ttx_period必须为该值的整数倍；Trx_safe：本此研究规定是 Ttx_period 的五倍；Tguard：本此研究规定是Trx_safe的十倍[3]。

4结束语

综上所述，安全数据传输协议以列车实时数据通信协议为基础，对数据接收和发送的实时性与可靠性有了更高的要求。利用双重的CRC校验、安全数据报文的有效检查等诸多方式，安全数据传输协议保证了数据传输的可靠性与实时性。

参考文献

[1]程艳丽,尤新,乔长亮.TRDP协议在列车控制管理系统中的应用[J].通讯世界,2017(12):213-214.

[2]王栋,岳泽轮.基于多变量密码的车载网络安全数据传输协议[J]. 指挥与控制学报,2019(02):128-129.

[3]赵辰阳,王立德,简捷,等.基于列车实时数据协议的以太网高速通信技术[J].城市轨道交通研究,2019(03):85-86.