随着科技的发展,铁路行业规模和时速都在不断提升,高速列车通信已经成为了移动通信系统应用的重要组成部分,受到越来越多的关注,但这也给通信行业带来了更多的挑战。高速列车车地通信场景下的业务对低时延和可靠性需求高,而且节点移动速度快,不同类业务传输需求不同,对传输时延以及信息交互频次需求的差异,给低时延高可靠通信带来了巨大挑战。国内外对于低时延传输研究开展较早,但多见于低速或高速低动态场景,已有架构和方案无法同时满足可靠性需要。同时,高速列车通信需要传输安全信息,也对节点间安全认证传输提出了更高要求,当前的通信协议设计尚不完善,仍需要深入研究。针对研究中存在的节点业务传输性能需求,本文首先调研了高速列车车地通信协议研究背景,分析了不同应用系统中节点间通信研究现状,对基于时分双工的列车通信网络的通信协议框架进行了简要阐述;然后,开展了高速列车通信协议设计,分别从低时延组网机制和通信鉴权认证机制两方面进行设计,通过对协议调度流程进行优化,满足高速列车通信业务需求;最后,通过论证通信业务指标,将优化前后的协议性能进行对比,并搭建验证平台,验证了优化后协议的适用性和可靠性。协议设计层面,在低时延调度协议部分,本文通过简化网络信息维护和资源申请授权流程,减少消息碰撞,降低了消息交互时延。为满足通信安全性和可靠性需求,本文设计通信鉴权认证机制,优化了鉴权流程,降低了鉴权入网流程中信息交互次数,更快速实现节点间鉴权入网功能,使其更适用于高速移动通信场景。工程实现层面,本文搭建了基于Visual Studio开发环境的软件验证平台和基于Xilinx Zynq-7035+AD9361开发板的硬件平台,在两套平台上设计通信机制,实现协议功能,验证了优化后协议的适用性和可靠性。本文在理论分析和工程实践两方面对高速列车通信进行了研究,提出了具有针对性的解决思路,设计了提升网络性能的协议优化机制,并在软件和硬件平台进行功能实现和性能验证,对于高速列车通信的性能提升具有一定的参考价值。