1、立項(xiàng)依據(jù)1 研究意義目前，世界已經(jīng)超過 65 億，隨著發(fā)展中國家城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市越來越多，城市的規(guī)模也越來越大也城市的交通問題這一項(xiàng)世界性的難題，而以地鐵，輕軌，磁懸浮列車為代表的城市軌道交通有效緩解城市的公共交通壓力，成為大城市居要出行方式。截至 2015 年 12 月，我國共有軌道交通運(yùn)營城市 26 個(gè)，總計(jì)軌道交通運(yùn)營線路達(dá) 116條，運(yùn)營長度總里程 3612 公里中國獲得國家批準(zhǔn)建設(shè)軌道交通的城市達(dá) 40 余個(gè)，市場投資規(guī)模約為 3000 億元，高居世界第一。未來 3 年，至少還有 10 多個(gè)以上城市將獲得批準(zhǔn)。至此，我國城市軌道交通引來有史以來最好最快的發(fā)展時(shí)期，未來的城市軌道交

2、通必定成為我國高度后居民最主要的出行方式。在軌道交通高速發(fā)展的同時(shí)，相應(yīng)地關(guān)于軌道交通安全事故和安全隱患也逐漸增多，尤其在控制系統(tǒng)安全方面，引起人們極大重視。2012 年 11 月 1 日，乘客手持便攜式 WIFI 信號影響正?？刂菩盘?，誤；2014 年，地鐵蛇口線多趟列車暫停運(yùn)行，造成大量乘客被迫換乘，交通延組織長期對韓國首爾地鐵系統(tǒng)進(jìn)行，據(jù)推測，運(yùn)營首爾地鐵 1-后，服務(wù)器至少被掌握了 5 個(gè)4 號線的首爾地鐵電腦服務(wù)器在被網(wǎng)絡(luò)組織月以上；2015 年 10 月，公司 IOActive 發(fā)布了一份的，其中稱，如今的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠輕松并操控城市交通信號系統(tǒng)以及其他道路系統(tǒng)，涉及范圍涵大城市。蓋

3、紐約、洛杉磯、等目前國內(nèi)城市軌道交通信號系統(tǒng)大多采用基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（Communication Based Train Control System ，CBTC），其工程投資少，列車運(yùn)行間隔短，軌道交通能力高，滿足了大客流和運(yùn)能的需求。由于軌道交通的特點(diǎn)，CBTC 系統(tǒng)為半封閉式系統(tǒng)，對其安全性和可靠性有著極高的要求，但是 CBTC 信號系統(tǒng)的車-地雙向通信有感應(yīng)環(huán)線、無線 WiFi、裂縫波導(dǎo)管等多種傳輸方式，其網(wǎng)絡(luò)模式眾多，連續(xù)性強(qiáng)，種類繁多，設(shè)備眾多，屬于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)極為嚴(yán)峻的今天，極大的。尤其是實(shí)際應(yīng)用中由于 CBTC 車-地?zé)o線通信采用 TCP/IP 協(xié)議并使用 2.4

4、 GHz 公共頻段，易受外界干擾，同時(shí)，軌道交通的控制系統(tǒng)很多物理設(shè)施（例如交換器，AP 接入點(diǎn)和傳感器）都是在隧道和戶外，缺乏有效的管理，容易遭到分子對設(shè)備進(jìn)行竊密，分析，甚至在，篡改設(shè)備的信息使之產(chǎn)生錯(cuò)誤的控制信息，從系統(tǒng)進(jìn)行破壞，從而造成嚴(yán)重的。新型、蠕蟲等的大量出現(xiàn)，使信號系統(tǒng)也在越來越多的中。本課題研究的目的針對目前多網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，根據(jù)軌道交通系統(tǒng)自身半封閉式，對實(shí)時(shí)、安全、可靠有極高要求的特點(diǎn)，分析目前軌道交通控制系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸方式和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能，在此基礎(chǔ)上，提出基于現(xiàn)有系統(tǒng)和成熟技術(shù)的一整套方案。方案在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程方面，結(jié)合 LTE 構(gòu)建符合城市軌道交通應(yīng)用環(huán)境的輔助網(wǎng)絡(luò)，能夠

5、實(shí)時(shí)無縫切換，保證整個(gè)傳輸過程不會(huì)因某一網(wǎng)絡(luò)頻段干擾而傳輸受阻，保證信息在整個(gè)傳輸過程安全穩(wěn)定防止來自外部威脅。在自身網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面，對關(guān)鍵物理設(shè)備 IP 化，在應(yīng)用層上，在每個(gè) IP 化設(shè)備上建立動(dòng)態(tài)更新安全信任表，其周圍同類型設(shè)備信任信息，是設(shè)備做到相互輔助認(rèn)證防止自身設(shè)備的。以上外部和安全保護(hù)措施應(yīng)用在規(guī)模龐大，設(shè)備繁多的軌道交通控制系統(tǒng)必然產(chǎn)生很多信息，在此基礎(chǔ)上結(jié)合本地軌道交通歷史運(yùn)營調(diào)度數(shù)據(jù)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，大數(shù)據(jù)，建立一套符合于本地交通實(shí)情安全評估模型，主動(dòng)防御，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)給出軌道交通控制系統(tǒng)安全性程度，給管理部門作為參考，采用對應(yīng)的安全措施。本項(xiàng)目擬研究內(nèi)容涉及網(wǎng)絡(luò)共存，信息融合，安

6、全認(rèn)證，大數(shù)據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器學(xué)習(xí)等方面，屬于多學(xué)科交叉融合項(xiàng)目，針對軌道交通控制系統(tǒng)特點(diǎn)，有效應(yīng)對目前軌道交通面臨的。 軌道交通系統(tǒng)屬于工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）的一種，工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用在核能，電力，煤炭，等國家基礎(chǔ)性行業(yè)，對安全性，穩(wěn)定性要求極高，一旦入侵或者網(wǎng)絡(luò)，會(huì)產(chǎn)極其嚴(yán)重的安全事故，之前著名的“Stuxnet”，就曾破壞伊朗，保護(hù)系統(tǒng)核試驗(yàn)離心機(jī)，導(dǎo)致大量離心機(jī)轉(zhuǎn)速失常而被毀，導(dǎo)致國家安全?？刂菩畔⒌乃矫苄?、真實(shí)性和可靠性，提供一個(gè)門最優(yōu)先的需求之一。賴的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境已經(jīng)成為軌道交通管理部2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析及存在問題軌道交通控制系統(tǒng)計(jì)規(guī)劃完善，國外列車很少出現(xiàn)領(lǐng)域，由于實(shí)際國情不一樣，國

7、外列車密度小，工業(yè)設(shè)的情況，同時(shí)在設(shè)計(jì)之初沒有預(yù)料到民用網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，采用了與其相同的 TCP/IP 協(xié)議，并且使用與之相同的以太網(wǎng)還有無線網(wǎng)頻段，雖然有調(diào)頻等處理方式避免干擾，但是調(diào)頻會(huì)限制傳輸速度和效率。在國內(nèi)，列車密集，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，國內(nèi)地鐵建設(shè)為了趕工期，大多城市的軌道交通直接套用國外的技術(shù)?！玖信e國內(nèi)外關(guān)于軌道交通的研究】在任物理設(shè)備研究方面，其主要是在各種終端（包含個(gè)人電腦、以及其它移動(dòng)智能終端等）硬件上引入分布式信任模型框架，通過其提供的安全特性來提高終端系統(tǒng)的安全性。但是無論國內(nèi)還是過外的軌道交通控制系統(tǒng)，都有大量的設(shè)備在隧道，戶外，郊區(qū)等管理不便的地區(qū)

8、，容易遭到，破壞，甚至被劫持，篡改其信息。目前軌道交通系統(tǒng)對于物理設(shè)備大多停留在損壞檢測，維修保養(yǎng)等方面，其基本的措施大多只是簡單認(rèn)證?！緡鴥?nèi)外的設(shè)備 安全的研究的文章和一些出臺的技術(shù)】在安全評估模型領(lǐng)域，之前都是靜態(tài)評估， 防御，目前國際上主流的發(fā)展趨勢是引 入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器學(xué)習(xí)的內(nèi)容，建立主動(dòng)防御的安全評估體系，尤其在電力系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)上，取得很大進(jìn)展?！娟P(guān)于電力系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的進(jìn)展】縱觀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，目前關(guān)于軌道交通在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，加密算法等等方面已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且得到實(shí)踐，取得不錯(cuò)的效果，但是在輔助網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備依然有不少問題需待解決，尤其是近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器學(xué)習(xí)的興起，將軌道交通評估模

9、型與之結(jié)合，建立一套符合于本地交通實(shí)情安全評估模型，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)給出軌道交通控制系統(tǒng)安全性程度，指導(dǎo)管理部門對其采取適當(dāng)?shù)陌踩呗?，這將為絡(luò)形勢下的安全問題。帶來全新的變化以應(yīng)對新型網(wǎng)3 應(yīng)用方向或應(yīng)用前景結(jié)合 LTE 構(gòu)建輔助網(wǎng)絡(luò)達(dá)到不良電磁環(huán)境下的無縫切換；對控制系統(tǒng)內(nèi)的物理設(shè)備建立框架，保證整個(gè)系統(tǒng)的信息來源的真實(shí)性，傳輸可靠性；在上述網(wǎng)路傳輸可控，物理設(shè)備可控的基礎(chǔ)上，建立一套基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全評估體系，結(jié)合之前軌道交通運(yùn)營的大量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)當(dāng)下安全環(huán)境，給交通管理部門提供參考。未來的軌道交通環(huán)境必將更加復(fù)雜，需要針對不同場景下采取合適的安全策略方案，本項(xiàng)目研究的安全評估體系可以應(yīng)對將來

10、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和客流變化，有針對性的對其控制設(shè)備進(jìn)行安全防護(hù)，為軌道交通信息安全提供了新思路。4 參考文獻(xiàn)【暫略】研究內(nèi)容1 研究目標(biāo)（1）（2）（3）結(jié)合 LTE 為軌道交通控制系統(tǒng)建立輔助網(wǎng)絡(luò)對控制系統(tǒng)內(nèi)的物理設(shè)備建立框架結(jié)合網(wǎng)絡(luò)和物理設(shè)備的數(shù)據(jù)信息以及大量運(yùn)營數(shù)據(jù)，建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全評估體系2 主要研究內(nèi)容當(dāng)前軌道交通控制系統(tǒng)采用通用的 TCP/IP 協(xié)議和公用的網(wǎng)絡(luò)頻段，即使有但是也會(huì)影響到傳輸效率，同時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)內(nèi)的物理設(shè)備繁多，大量設(shè)備機(jī)制，在戶外，隧道，沒有得到有效管控，。在本項(xiàng)目研究的方案中，結(jié)合 LTE 的輔助網(wǎng)絡(luò)可以使得系統(tǒng)在不良電磁環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)無縫切換，保證傳輸；

11、本方案為物理設(shè)備建立動(dòng)態(tài)的分布式信任模型框架，保證信息的真實(shí)性，可靠性；本方案根據(jù)上述內(nèi)外安全措產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息，同時(shí)結(jié)合以往運(yùn)營，調(diào)控的大量數(shù)據(jù)，提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全評估體系。1 結(jié)合 LTE 為結(jié)合 LTE 為軌道交通控制系統(tǒng)建立輔助網(wǎng)絡(luò)分析目前控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的，防干擾，安全傳輸機(jī)制，并且分析當(dāng)下外來網(wǎng)絡(luò)干擾的類型，干擾方式。根據(jù)信息所占的資源量和重要程度，例如業(yè)務(wù)程序，控制數(shù)據(jù)，傳感器信息，在自身傳統(tǒng)冗余系統(tǒng)下不可用和機(jī)制效率低下的情況下，無縫切換到成LTE網(wǎng)絡(luò)，保證整個(gè)控制系統(tǒng)的信息傳輸穩(wěn)定性和可靠性。2 對控制系統(tǒng)內(nèi)的物理設(shè)備建立框架由于現(xiàn)有的軌道交控系統(tǒng)傳輸方式均采用 TCP/IP 協(xié)

12、議，可以把整個(gè)控制系統(tǒng)的物理設(shè)備 IP 化，并為之分配唯一固定的 IP 地址，并且各自建立獨(dú)立的信任列表，本設(shè)備周圍較近物理設(shè)備或者同類型設(shè)備的信任信息，建立框架。為此還需提出一種更新算法，能夠檢測到物理設(shè)備更改的痕跡，動(dòng)態(tài)更新每一個(gè)設(shè)備的列表，保證設(shè)備和設(shè)備之間的相互認(rèn)證。同時(shí)也能更具其 IP 地址識別該設(shè)備的工作情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整，和檢修。3 結(jié)合網(wǎng)絡(luò)和物理設(shè)備的數(shù)據(jù)信息以及大量運(yùn)營數(shù)據(jù)，建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全評估體系綜合內(nèi)容 1,2，可以得到控制系統(tǒng)傳輸過程和設(shè)備的信息數(shù)據(jù)，再結(jié)合以往軌道交通運(yùn)營歷史數(shù)據(jù)，調(diào)控?cái)?shù)據(jù)等等相關(guān)的大數(shù)據(jù)，運(yùn)營灰色評價(jià)法、模糊綜合評價(jià)等需確定隸屬函數(shù)、各指標(biāo)權(quán)重,明

13、顯受人為的影響。嘗試應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行的綜合評價(jià),并通過在單指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)隨機(jī)取值方法,生成建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型所需的訓(xùn)練樣本、檢驗(yàn)樣本和測試樣本,在遵循 BP 網(wǎng)絡(luò)建模基本原則和步驟的情況下,建立了可靠、有效的網(wǎng)絡(luò)安全綜合評價(jià)模型。在此安全評估體系，能夠估計(jì)當(dāng)下整個(gè)系統(tǒng)的安全程度和重點(diǎn)安全區(qū)域，重點(diǎn)等信息，提供給管理部門作為參考。3 擬解決的關(guān)鍵問題本項(xiàng)目方案，主要解決近年來民用網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速對軌道交通控制系統(tǒng)傳輸過程中的干擾，結(jié)合 LTE 構(gòu)建輔助網(wǎng)絡(luò)，能夠有效防止普通乘客或者用戶對網(wǎng)絡(luò)的干擾。在此過程中，需要結(jié)合軌道交通的基本特點(diǎn)，蜂窩網(wǎng)絡(luò) LTE建設(shè)，對于選址問題還需研究解決。對于網(wǎng)絡(luò)

14、干擾中，在傳統(tǒng)冗余系統(tǒng)和機(jī)制作用有限的時(shí)候，如何根據(jù)信息重要程度，資源占有程度，做到無縫切換到輔助網(wǎng)絡(luò)傳輸，這是需要解決的關(guān)鍵問題。對于系統(tǒng)內(nèi)物理設(shè)備 IP 化，沒有難度，但是對于分布式信任模型框架建立，尤其是本設(shè)備的列表建立。列表設(shè)備，內(nèi)容，實(shí)時(shí)更新過程，異常檢測的算法。同時(shí)由于很多設(shè)備在戶外環(huán)境下，如何檢測設(shè)備是否被更改，關(guān)鍵問題。，這些都是本項(xiàng)目你解決的對于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全評價(jià)體系建立，需要建立正確合理的安全指標(biāo)模型，大量的實(shí)際數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如何獲取，在實(shí)驗(yàn)過程中還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，降噪，異常數(shù)據(jù)剔除。這些過程都會(huì)比較耗時(shí)耗力，同時(shí)還要找到正確的數(shù)據(jù)鐵部門協(xié)助，這是本項(xiàng)目的關(guān)鍵問題。

15、關(guān)系，并且用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，需要地項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)本項(xiàng)目的主要針對當(dāng)前公用頻段網(wǎng)絡(luò)干擾，軌道控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初選用公用頻段天生缺陷，提出結(jié)合 LTE 建立輔助網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)針對系統(tǒng)中物理設(shè)備眾多，分布廣泛，管理不便，容易在戶外破壞，篡改，控制信息，提出設(shè)備與設(shè)備之間的框架保證。在以上基礎(chǔ)上，綜合傳輸過程和設(shè)備的數(shù)據(jù)新機(jī)，集合軌道交通大數(shù)據(jù)提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全評價(jià)體系。（1） 當(dāng)前軌道交通控制系統(tǒng)采用通用 TCP/IP 協(xié)議，公用頻段 2.4GHz，易受其他網(wǎng)絡(luò)干擾，本項(xiàng)目結(jié)合 LTE 建立輔助網(wǎng)絡(luò)，有效解決網(wǎng)絡(luò)干擾問題；同時(shí)本方案還提出建立系統(tǒng)內(nèi)物理設(shè)備 IP 化，在被一個(gè)物理設(shè)備上建立信任列表和信任信息，從而構(gòu)建設(shè)備與設(shè)備之間的互信架構(gòu)，保證系統(tǒng)內(nèi)大量設(shè)備不被篡改，和破壞。（2） 綜上所述，可以得到大量關(guān)于網(wǎng)絡(luò)傳輸和物理設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，在此基礎(chǔ)上結(jié)合近年來興起的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，通過大量的軌道交通歷史運(yùn)營數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)，得到一個(gè)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全評價(jià)體系，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)提供軌道交通系統(tǒng)全信息和安全程度，給管理部門作為參考。研究方案1 研究方法及實(shí)驗(yàn)首先從軌道交通控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)入手，網(wǎng)絡(luò)資源及業(yè)務(wù)分析，結(jié)合 LTE 輔助網(wǎng)絡(luò)以及應(yīng)用場景進(jìn)行構(gòu)建，涉及到針對軌道交通特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)切換，接入機(jī)制的設(shè)計(jì)。在充分了解系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)內(nèi)的物理設(shè)備