蔺湘然
（陕西交通职业技术学院，陕西西安，710018）
轨道交通信号系统脆弱性的定义与可靠性、风险性的研究范围不同，存在着一定的差距，脆弱性的研究在于研究对象自身含有的属性，脆弱性研究应从系统内部出发，将故障原因从头到尾详细梳理，对于此过程中所存在管理问题以及不完善之处应重新审视设计，为系统后期维护、维修、系统完善提供安全的理论支持。针对信号系统脆弱性的研究方法应具备本体安全以及设备功能逻辑分析的特点。
脆弱性的定义最早起源于自然灾害研究领域，Timmerman，Peter在早期将脆弱性定义用于地质方面并展开了研究，迄今为止脆弱性的发展已不再是一个单独的定义，而是用来描述功能损害难易程度以及系统结构的属性、隔离外界干扰、保持系统运行等，脆弱性的具体定义会随着研究对象的改变而逐一变化[1-2]。
基于面向对象软件开发方法的Prtr网与多种Petri网的通信消息所组成的二元组被称为OOCPN；
模型是在设计的过程当中所建立的集成Petri网，而Petri网相对来说较为封闭，彼此间只留有通信接口。以Petri网内部和互相之间的数据通信关系以及信号系统的各方面功能为主要依据，来构建信号系统网络模型，如图1所示。
图1 信号系统网络模型
城市轨道交通信号系统Petri网结构中还包含了四个对象子网：控制中心类、车载类、正线轨旁类以及车辆段类，对象Petri网中消息变迁的含义，如表1所示。
表1 对象 Petri 网中消息变迁的含义
G7 进路控制信息 G15 轨道数据G8 设备状态数据 G16 移动授权
3.1 脆弱性节点失效传递路径遍历算法
Petri网结构下所建立的模型中不仅包含了静态信息，还包含了动态一系列的模拟，其模拟过程中主要的运行规则是经过间断触发，使系统的库所状态切换得以实现，数据信息的传递效率更高。因此，通过分析变化的运动过程与变化之间的传播关系，可以精准掌控系统整体的动态变化，根据Petri网结构中每个节点之间的关系，可针对Petri网来提出变迁实效传递的搜索算法，如下：（1）从Petri网结构中所得出的模型输入矩阵Imxn和输出矩阵Omxn，并令计数变量i=0，路径Route={ti}。（2）判断i≤是否为真，如果为真，将跳转至第三步；
不然，系统内部所包含的节点遍历将全部结束，Route={ti}，程序结束。（3）搜索变迁ti在输出矩阵Om×n中所对应的列，若Opi=1(p=1,2,3,…,m)存在，转入第4步；
否则，i=i+1，转入第2步。（4）搜索库所pp在输入矩阵Im×n中所对应的行，若Ipq=1(p=1,2,3,…,n)存在，则转入第5步；
否则，p=p+1，转入第3步。（5）判断变迁ti与tq之间的结构关系，若彐pi∈t·i^|·pj|＞1^(彐to∈ pj^pj ∈·to)^pj ∈|·tq^Ijq=1，则 Route={ti}，系统内所有节点遍历结束，退出程序；
否则，Route={ti}∪{tq}，转入第2步。其中Route表示动作节点ti受干扰后无法使能，后续动作相继失效的节点路径。
3.2 脆弱性影响因素攻击威胁程度计算
在网络脆弱性关系模型当中，攻击威胁所代表的是脆弱性影响因素对网络节点的危害程度，其与节点攻击危害度相关，与对象子网的库所节点也有密切的关系。系统在正常运行过程中，如遭受到外界因素影响后，系统的各节点功能会受到影响，可能会导致系统所有功能受到危害，在Petri网结构中，如果节点中某一个环节失效后对模型中别的节点影响程度会加大。不同节点之间关系越紧密，影响程度越大，那么也就表明，某节点失效后对整个系统影响的范围也就越广，系统在正常运行过程中受到的危害也就越大。攻击程度也可以按照式（1）来计算，网络关联度可以按照式（2）计算，脆弱性影响因素的攻击危害度会按照式（3）计算。
定义1：假设脆弱性攻击威胁度为T。
式（1）中：库所节点网络关联度为NCi；
库所节点攻击危害程度为εij；
脆弱性影响因素的攻击威胁度为T。
如果节点所影响的范围不仅是一个对象子网，那么由于节点所造成的其它子系统的起点开始来计算危害度，对于不同危害度总和用于脆弱性影响因素的供给危害度。
3.3 网络效率计算
网络特性在研究过程中拓扑参数作为最基本的工具，其主要作用是将所有节点对间加权的最短路径的长度平均值得以计算，也被称为网络有效效能。虽说网络效能的定义在大多数情况是适用无向网络。文篇文章对于信号设备之间的传输逻辑关系，信号系统状态中状态库所与动作变迁之间的关系可以通过Petri网结构来直观反映。
定义4：信号系统网络拓扑效率。
式（4）中，A作为网络效率，Np和 Nt定义作为库所P以及变迁t的数量，定义作为网络模型中不同的节点相互间的最小路径，定义作为节点之间相互权重。如果某节点的实际传输方向为1，传输弧赋值反向为M，即将节点间的有向弧转换为无向弧。如果节点受到干扰以后，此结点的正向与反向权重均为0.
本文用信号系统功能的损失表示网络效率的折损程度，记为 ΔA"，则 ：
式（5）中：网络效率损失度为ΔA；
系统正常运行过程中的网络效率为A；
脆弱节点干扰后的网络效率为ΔA’。
3.4 信号系统脆弱性量化分析方法
定义信号系统的脆弱性计算公式为：
式（6）中：研究节点的脆弱性为Vsig；
脆弱性因素攻击威胁度为T；
节点失效后造成的系统折损率为ΔA。
据上述所提出的公式得知，对于车载类对象子网与正线轨旁类对象子网开展详细脆弱性计算，联锁主机与车载计算机分别代表的最大节点为TrNet与TSNet。利用本文所讲述的方法可以对故障表现合理推出脆弱性节点，对于不同的脆弱性节点还可以对此大小进行比较。
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