铁路通信功能安全符合EN50126标准的测试方法研究

1.EN50126 标准核心要求概述

EN50126 标准以 “系统生命周期” 为核心框架，强调安全、可靠性、可维护性和可用性的综合保障，为铁路系统及相关产品的全生命周期安全管理提供了全面指导。其中，针对功能安全的要求贯穿于系统设计、开发、运行等各个环节，在设计阶段需开展全面的风险评估，识别潜在的安全隐患并制定相应的防范措施；开发过程中要进行严格的安全验证，确保每一个环节都符合预设的安全目标；运行阶段则需持续进行性能监控，及时发现并处理可能影响功能安全的问题。该标准要求通过系统性的测试，证明通信系统在全生命周期内能够有效抵御内部故障与外部干扰，始终维持既定的安全功能，确保铁路运输过程中信息传输的准确性、及时性和可靠性[1]。

2.EN50126 标准下铁路通信功能安全测试框架构建

2.1 测试目标与范围界定

测试目标的设定需与 EN50126 标准的安全完整性等级相匹配，明确要验证铁路通信系统在各类场景下的功能正确性与故障容错能力，具体包括数据传输过程中的准确性和完整性、不同协议之间交互的兼容性和稳定性、设备联动时的协调性和可靠性等。测试范围需全面覆盖通信系统的各个关键组成部分，涵盖通信网络架构中的骨干网和接入网，骨干网作为数据传输的主干道，其安全性能直接影响整个通信系统的运行；接入网则连接着各类终端设备，是信息采集和指令下发的关键环节。核心设备如交换机、路由器、无线基站等也在测试范围内，这些设备是保障通信畅通的重要节点；同时，还包括列车自动监控系统接口、应急通信模块等关键功能模块，它们在列车调度和应急处理中发挥着不可替代的作用。

2.2 测试生命周期划分

参照 EN50126 标准的系统生命周期模型，将铁路通信功能安全测试过程划分为四个紧密衔接的阶段。设计阶段的重点是制定测试计划，该计划需结合前期的风险评估结果，明确测试的重点方向、资源配置和时间节点，确保测试工作能够有针对性地开展；开发阶段主要进行模块测试，对单个通信组件的功能合规性进行验证，检查其是否满足设计要求和标准规范，及时发现并修正组件自身存在的问题；集成阶段着重进行接口测试，验证系统各部分之间的协同工作安全性，确保不同组件、设备和模块之间能够实现无缝对接和高效通信，避免因接口不兼容而引发安全隐患；运维阶段则开展现场测试，持续监测系统在实际运行环境中的安全性能衰减情况，根据监测结果及时调整维护策略，保障系统长期稳定运行 [2]。

2.3 测试依据与评价指标

以 EN50126 标准中的 “安全计划”“风险分析”“验证与确认” 条款为核心依据，结合铁路通信系统的实际特点，制定科学合理的量化评价指标。功能正确性方面，主要包括数据传输准确率，即正确传输的数据量与总传输数据量的比值，以及指令响应时间，即从发出指令到系统做出响应的时间间隔，这些指标直接反映系统的基本功能实现能力；故障处理能力指标包括冗余切换时间，即系统从主用设备切换到备用设备所需的时间，和错误恢复成功率，即系统在出现错误后成功恢复正常运行的概率，体现系统应对故障的能力；环境适应性指标主要关注电磁干扰下的通信稳定性，即在强电磁环境中系统保持正常通信的能力，确保系统在复杂环境下能够稳定工作，这些指标的设定确保了测试结果可直接映射至 EN50126 标准的要求。

3.铁路通信功能安全的具体测试方法

3.1 静态测试方法

静态测试聚焦于通信系统的设计文档与代码层面，通过严格的合规性检查来验证其是否符合 EN50126 标准的设计规范。需求文档审查是静态测试的首要环节，需仔细核对安全目标与功能需求的一致性，确保所有安全要求都已被充分纳入功能设计中，不存在遗漏或冲突；架构设计分析则着重评估网络拓扑的合理性和冗余机制的有效性，检查网络结构是否能够满足故障容错要求，冗余设计是否能够在主系统出现故障时及时发挥作用；代码静态分析借助专业的工具进行，深入检测通信协议实现过程中的逻辑缺陷或安全漏洞，如代码中的语法错误、逻辑矛盾等，确保开发过程的规范性和代码质量，从源头降低因设计和代码问题引发的安全风险。

3.2 动态测试方法

动态测试通过模拟实际运行场景来验证系统的功能安全，能够更真实地反映系统在不同工况下的表现。采用故障注入技术，人为向系统引入通信中断、 数据丢包、 等各类故障模式，密切监测系统的响应行为，检查其是否符合预设的安全机制，如是否能够 信不中断，是否能够及时触发告警信号以便工作人员及时处理等。同时，通过压力 载下的性能稳定性，例如模拟多列车并发通信的场景，测试系统的数据处理能力、传输速度等指标，确保系统在满负荷或超负荷运行时不会超出安全阈值，始终保持稳定可靠的运行状态。

3.3 现场测试方法

现场测试在铁路实际运营环境中开展，能够全面验证通信系统在复杂场景下的安全表现。电磁兼容性测试是现场测试的重要内容，通过专业仪器测量通信设备在强电磁环境中的抗干扰能力，确保设备在列车运行产生的电磁干扰及其他外部电磁干扰下能够正常工作[3]；链路可靠性测试通过长期监测关键通信链路的通断状态与传输质量，如信号强度、误码率等参数，评估其是否符合 EN50126 标准的可用性要求；应急功能测试则模拟灾害或故障情况下的通信切换流程，如模拟铁路沿线发生自然灾害导致主通信链路中断的场景，测试应急通信通道的建立速度与稳定性，确保在紧急情况下能够实现高效的信息传递。

4.测试结果分析与安全验证

4.1 测试数据采集与处理

采用自动化测试工具对测试过程中的关键参数进行实时记录，这些参数包括故障响应时间、数据传输错误率、设备切换成功率等，确保数据的客观性和准确性。在数据处理阶段，通过专业的数据清洗技术去除环境干扰因素，如测试过程中的突发电磁干扰、设备临时故障等导致的异常数据，保证数据的真实性和有效性。随后，将处理后的数据与 EN50126 标准规定的阈值进行比对，分析系统在各项指标上的达标情况，形成量化的符合性评估报告，清晰呈现系统的功能安全状态。

4.2 安全隐患识别与改进建议

基于测试结果深入分析通信系统的安全状况，精准识别存在的安全薄弱环节，例如在某类故障下冗余机制的响应延迟过长，无法及时保障通信连续性；或者系统在特定频段的电磁干扰下表现出敏感性，影响通信质量等。结合 EN50126 标准的 “纠正措施” 要求，针对识别出的问题提出针对性的改进方案，如优化冗余切换算法以缩短响应时间，增强设备的屏蔽性能以提高抗电磁干扰能力等。并通过二次测试对改进方案的有效性进行验证，确保问题得到切实解决，提升系统的功能安全水平。

结束语：

综上，遵循 EN50126 标准构建测试框架并运用多元测试方法，可有效验证铁路通信功能安全。通过结果分析与持续改进，能提升系统可靠性，为铁路运输安全提供坚实保障，推动铁路通信安全体系完善。

参考文献：

[1]游梓良， 丁建文， 石座， 孙斌， 张鑫. 铁路通信云测试方法与评估体系研究[J]. 中国铁路， 2024， （12）：100-107.

[2]李迪识. 基于大数据的铁路通信网智能运维技术研究[D]. 中国铁道科学研究院， 2023.

[3]高扬， 罗扬帆. 高速铁路无线通信协议安全需求探讨[J]. 中国铁路， 2022， （11）： 123-128+134.