شماره ركورد
31622
پديد آورنده
فرزاد سليماني
عنوان
طراحي سيستم سيگنالينگ پايدار مبتني بر اينترنت اشياء و صحتسنجي آن با استفاده از روشهاي صوري
مقطع تحصيلي
دكتراي تخصصي
رشته تحصيلي
مهندسي راهآهن - كنترل و علائم
سال تحصيل
1395
تاريخ دفاع
1403/8/26
استاد راهنما
دكتر محمدعلي صنديدزاده
استاد مشاور
استاد مشاور براي اين رساله تعيين نشده است.
دانشكده
مهندسي راهآهن
چكيده
امروزه با توجه به گسترش استفاده از مفهوم اينترنت اشياء، كلان داده، و شبكههاي حسگر بيسيم، تغييرات شگرفي در صنعت حمل و نقل رخ داده است و سيستمهاي حمل و نقل هوشمند توسعه يافتهاند. با توجه به اهميت بالاي سيستمهاي حمل و نقل ريلي و نقش مهم آنها در جابهجايي مسافر و بار، روشهاي گوناگوني براي اتصال آنها به سيستم حمل و نقل هوشمند ارائه شده است. يكي از سيستمهايي كه نقشي اساسي را در خطوط حمل و نقل ريلي ايفا ميكند، سيستم سيگنالينگ است كه وظيفه تضمين ايمني حركت قطارها را بر عهده دارد و با ارائه مفاهيم اينترنت اشياء، كلان داده، و شبكههاي حسگر بيسيم، دستخوش تغييرات زيادي شده است و توجه شركتهاي توليدكننده و بسياري از محققان، به اين مفهوم معطوف شده است. در زمينه ارائه سيستمهاي حمل و نقل هوشمند، تاكنون يك روش قطعي براي تضمين همزمان ايمني، امنيت و پايداري اين سيستمها طراحي نشده است و در نتيجه تا زماني كه اين مسائل برطرف نشوند، نميتوان در صنعت از اين سيستم استفاده كرد. در اين رساله، ابتدا نحوه تخمين سرعت و موقعيت قطارها از طريق فيلترهاي كالمن و اجماع، و نيز طراحي پروفيل سرعت حركت قطارها شرح داده شده و پايداري اين روش، بررسي و تحليل شده است. براي تحليل پايداري از مفاهيم روش لياپانوف استفاده شده و شرايط پايداري در شرايط عادي و نيز در صورت از دست دادن بستههاي اطلاعاتي دريافت شده از شبكههاي حسگر بيسيم بررسي شده است. در ادامه، يك سيستم سيگنالينگ مبتني بر اينترنت اشياء پيشنهاد شده است. با پيادهسازي سيستم پيشنهادي، تمامي خطوط ريلي يك شهر و يا يك كشور ميتوانند در يك مركز داده، تجميع شده و كنترل تمامي خطوط توسط اين مركز انجام شود. با توجه به دسترسي به اطلاعات تمامي خطوط، ميتوان ضمن كنترل ايمن تردد قطارها در خطوط، با بهينهسازي زمان سفر مسافران، هزينههاي بهرهبرداري و استهلاك قطارها، استراتژي بهينه را براي تعيين استراتژي حركت و نيز تعداد قطارهاي مورد نياز در هر خط در زمانهاي متفاوت اتخاذ نمود. در ادامه، براي صحتسنجي سيستم پيشنهادي، با توجه به استانداردهاي ايمني مربوط به سيستم سيگنالينگ (CENELEC EN-5012x)، از روش¬هاي صوري براي ارزيابي استفاده شده است. يكي از روش¬هايي كه در استاندارد EN-50128 پيشنهاد شده است، روش صوري Event-B مي¬باشد. با توجه به اين كه اين روش مورد تأييد استانداردهاي ايمني مذكور است، روشي مناسب براي استفاده در سيستمهاي سيگنالينگ طراحي شده به حساب ميآيد. در اين رساله، مدلسازي و صحتسنجي سيستم سيگنالينگ پيشنهادي مبتني بر اينترنت اشياء، با روش صوري Event-B انجام پذيرفته و همچنين از ProB براي ارزيابي اين فرايند استفاده شده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/09/11
عنوان به انگليسي
Designing the Stable Signalling System Based on the Internet of Things (IoT) and Verifying it Using the Formal Methods
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فرزاد سليماني
چكيده به لاتين
Today, tremendous changes have been occurred in the transportation industry due to the expansion of the Internet of Things, big data, and wireless sensor networks. As a result, intelligent transportation systems have been developed. Considering the high importance of the railway transportation systems and their important role in passenger and cargo transportation, various methods have been presented to connect them to the intelligent transportation system. One of the systems that play an essential role in rail transport lines is the signalling system, which is responsible for ensuring the safety of train movement, and has undergone many changes with the introduction of the concepts of the Internet of Things, big data, and wireless sensor networks. The attention of the companies producing these systems and many researchers in this field has been directed to this concept. In the field of providing intelligent transportation systems, a definitive method has not been designed to guarantee the safety, security, and stability of these systems at the same time, and as a result, until these issues are resolved, these systems cannot be used in the rail industry. In this dissertation, firstly, a method of estimating the speed and position of the trains through Kalman and Consensus filters, as well as the design of speed and position profiles, is described and the stability of this method has been investigated. The concept of Lyapunov method is used for the stability analysis in normal conditions, and also, in the case of the loss of the information packets received from the wireless sensor networks have been investigated. In the following, a railway control and signalling system based on the Internet of Things has been proposed. By using the proposed system, all rail lines of a city or a country can be gathered in a centralized control center and all lines can be controlled by this center. Due to the access to the information on all the railway lines, it is possible to safely control the movement of trains on the lines, by optimizing the travel time of the passengers, operating costs, and wear and tear of the trains, and adopting the optimal strategy to determine the movement strategy and the number of the trains needed on each line at different times. In the following, to verify the proposed system, according to the safety standards related to signalling systems (CENELEC EN-5012x), the formal methods have been used. One of these methods recommended in the EN-50128 standard is the Event-B method, and as a result, this method is suitable to determine the accuracy of system’s performance. In this dissertation, the proposed IoT-based signalling system has been modeled and verified using the Event-B method. Also, the ProB model checker has been used to evaluate the modeling and verification process of the proposed system.
كليدواژه هاي فارسي
اينترنت اشياء , شبكههاي حسگر بيسيم , سيستم حمل و نقل هوشمند , سيستم سيگنالينگ , پروفيلهاي سرعت و موقعيت قطارها , روشهاي صوري
كليدواژه هاي لاتين
Internet of Things , Wireless Sensor Networks , Intelligent Transportation , Signalling System , Speed and Position Profiles , Formal Methods
Author
Farzaad Soleymaani
SuperVisor
Dr. Mohammad Ali Sandidzadeh