随着高速铁路的发展,列车提速为人们出行带来便捷的同时,对高速环境下列车通信服务种类和服务质量也提出了更加苛刻的要求。为了满足乘客在漫长旅途中对信息服务的需求,保障铁路安全和运营管理业务的前提下开辟新的增值业务已是大势所趋。LTE(Long Term Evolution)具有更高的峰值速率,更小的系统时延,灵活的带宽配置,更高的频谱效率,因此,铁路无线通信系统由GSM-R向 LTE-R(Long Term Evolution for Railway)演进已是必然趋势。根据以往对互联网业务的测量分析结果,乘客数据业务作为聚合的互联网业务,具有长相关性和统计自相似性等特性,不满足泊松到达业务模型所假设的无记忆特性,因此本文根据自相似网络建模的理论,将乘客业务建模为分形布朗运动(FBM)模型。本文研究内容为基于随机网络演算理论对高速铁路无线网络性能进行评估,对MGF随机网络演算和CCDF随机网络演算理论进行了分析和比较,总结了两者的优势和困难,并选择合适的方法应用于理论分析。根据网络数据自相似特性,利用FBM模型构造乘客数据业务,利用有效带宽理论,建立乘客业务数据模型到达模型和随机到达曲线模型。依据当前相关文献,提出了两种带有中继的高速铁路移动中继架构模型,并对高速铁路列车的移动模型和无线网络的数据服务模型建模,分别构造两种高速铁路移动中继架构模型的随机服务曲线模型。最后根据到达模型和服务模型,利用随机网络演算理论推导求得时延等网络性能指标的理论边界,将理论结果和仿真结果进行对比分析和验证。本文创新点如下:一、根据自相似网络建模的理论,将乘客业务建模为FBM模型,对FBM的不同生成方法进行对比分析,从生成结果的增量方差和Hurst参数两个方面进行衡量,选取合适方法进行乘客数据业务到达过程的建模。二、分析并比较了 MGF随机网络演算和CCDF随机网络演算理论,指出了CCDF随机网络演算理论应用方面的困难,使用MGF随机网络演算求出乘客数据业务的积压和时延边界,并与仿真结果进行对比。三、依据当前相关文献,提出了两种带有中继的高速铁路移动中继架构模型,基于不同中继架构模型,利用随机网络演算理论推导各自的时延边界,根据时延的结果对比得出两种架构下系统性能,并对采取何种架构模型进行建议。