基于通信的列车控制(Communications-Based Train Control,CBTC)系统在我国城市轨道交通的发展中占据着越来越重要的地位。国内CBTC系统的应用研究还处于起步阶段,进行相关的理论研究是非常有必要的。CBTC的数据通信系统(Data Communicate System,DCS)不仅包含有线局域网通信,而且包含车地之间的无线局域网(Wireless LAN,WLAN)通信。列车在WLAN中经常发生的越区切换等问题会增加信息的延迟时间。在通信量增加的情况下,基于以太网的事件触发机制的DCS会带来通信的不确定性。相比之下,时间触发(Time-triggered,TT)机制能够增加系统通信的确定性,提高系统的实时性。松散时间触发(Loosely time-triggered,LTT)机制是TT的一种弱化形式,适用于带有WLAN的实时分布式控制系统。本文主要针对CBTC系统通信的不确定性问题,设计了一个时间触发层协议,并对其进行了验证。首先,根据标准的TCP/IP四层协议模型,论文确立了时间触发层协议在标准的TCP/IP四层协议模型中的位置。同时,结合CBTC系统的车地通信的特点,分析并给出了时间触发层协议所要实现的功能需求。其次,论文对LTT机制进行了深入的研究。从研究LTT机制的原理出发,以车地通信中车载控制器(Vehicle On Board Controller,VOBC)与区域控制中心(Zone Controller,ZC)之间的通信为研究对象,设计了CBTC系统的时间触发层协议,给出了时间触发层协议的实现流程。根据VOBC与ZC之间通信的特点,选用了主从式的架构,设计了可以进行时间窗动态分配的调度表。在此基础上,论文进一步从定性的角度分析了时间触发层协议的性能。然后,论文按照从上至下的分层思想建立了车地通信、时间触发层协议以及无线信道的赋时层次有色Petri网(Hierarchical Timed Colored Petri Net,HTCPN)模型。为了记录消息的延迟时间,方便于系统性能的分析,利用建模工具的赋时特性,在消息中加入了时间戳。最后,论文利用时间触发层协议建立了车地通信的多车模型。分别对ET机制和LTT机制下的车地通信模型进行了仿真。仿真结果表明,在通信列车数量增加的情况下,相比ET机制,LTT机制能够增加系统通信的确定性,提高系统通信的实时性。