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【6h】

基于信息熵的列控系统体系结构复杂性分析

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致谢

摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 复杂性研究现状

1.2.1 复杂性科学的发展历程

1.2.2 复杂性定义

1.2.3 复杂性测度

1.3 研究的方法、框架及主要内容

1.3.1 研究的方法

1.3.2 研究的技术路线

1.3.3 论文框架及主要内容

2 系统复杂性分析方法

2.1 复杂性度量流程

2.1.1 系统复杂性分析和指标数据采集

2.1.2 可测度分析与度量方法选择

2.1.3 复杂性度量与评价

2.2 系统复杂性分析方法

2.2.1 Petri网模型

2.2.2 Lempel-Ziv方法

2.2.3 有效测度复杂性(EMC)

2.2.4 耦合性与内聚性

2.2.5 系统复杂性分析方法总结

2.3 本章小结

3 基于信息熵的列控系统体系结构复杂性分析

3.1 列控系统体系结构分析

3.1.1 列控系统的结构

3.1.2 列控系统体系结构复杂性

3.2 列控系统体系结构复杂性度量

3.2.1 指标选取与数据采集

3.2.2 复杂性度量方法选择

3.2.3 基于信息熵的结构复杂性度量模型

3.2.4 基于信息熵的功能控制逻辑复杂性度量模型

3.3 武广高铁线路实例分析

3.3.1 CTCS-3级列控系统结构复杂性分析

3.3.2 CTCS-3级列控系统功能控制逻辑复杂性分析

3.3.3 度量结果评价与分析

3.4 本章小结

4 基于AADL的列控系统体系结构建模仿真

4.1 AADL介绍

4.1.1 AADL概述

4.1.2 AADL建模技术和验证技术

4.1.3 AADL建模方法

4.1.4 AADL建模工具

4.2 基于AADL的列控系统体系结构建模

4.2.1 系统方案

4.2.2 方案1的系统体系结构建模

4.2.3 方案2的系统体系结构建模

4.2.4 方案3的系统体系结构建模

4.3 仿真结果对比分析

4.3.1 架构分析

4.3.2 流延迟分析

4.3.3 可调度性分析

4.3.4 资源消耗分析

4.3.5 不同方案的系统性能比较

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集

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摘要

列控系统是保证列车运行安全、提高运输效率的核心技术装备。当今的列控系统规模越来越大、复杂性越来越高,离散计算和连续物理过程紧密耦合,运行环境从封闭静态环境延伸到了开放、动态、持续演化的分布式网络化环境,存在大量的不确定性因素和异构子系统。实际运营过程中,由于对列控系统复杂性缺乏透彻清晰的理解,造成安全环节不易把控,运营维护面临巨大压力。在对列控系统体系结构进行优化设计时,由于缺乏系统复杂性方面的定性分析和定量计算手段,不易把控其中的关键环节。因此,对列控系统体系结构复杂性进行度量分析具有重要理论意义和应用价值。
  本文针对列控系统体系结构设计与优化缺乏定量依据,运用过程中安全环节不易把控的问题,提出了一种基于信息熵理论的列控系统体系结构复杂性定量分析方法。主要的研究内容如下:
  (1)阐述了复杂性科学的研究现状、系统复杂性定义以及分析方法。在此基础上,结合列控系统的特征,深入剖析了列控系统体系结构的复杂性,从结构和功能控制逻辑两个方面对列控系统体系结构复杂性做出了诠释。
  (2)分析比较了现有系统复杂性度量方法,针对列控系统体系结构本身的特征,确定采用信息熵理论对列控系统体系结构复杂性进行度量研究,并基于信息熵,搭建了结构复杂性和功能控制逻辑复杂性度量模型。
  (3)基于提出的复杂性度量模型,对武广高铁部分线路CTCS-3列控系统体系结构复杂性进行了分析,得出了影响系统复杂性的安全关键环节,验证了其复杂性度量模型的有效性。
  (4)从降低列控系统体系结构复杂性的角度出发,针对同一段线路,提出三种系统结构优化方案,并利用AADL建模工具,对不同方案的系统体系结构进行建模仿真,从架构、流延迟、资源消耗以及可调度性四个方面,对不同方案的可行性进行了验证。
  本文的研究,对提升我国列控系统运营过程中,关键环节的安全把控能力,以及进一步优化系统的结构具有借鉴意义。

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