近年来,我国处在高速铁路建设的高潮阶段。随着客运专线的密集化部署,虽然很大程度上减轻了铁路运力的紧张并且以运营里程位居世界首列,但是其行车安全的重要性日渐凸显并且颇受人们的关注。当前我国大部分高速铁路的列车速度已经达到350km/h,这对高速铁路运行的安全性与可靠性有了更高的要求,而作为一种列车安全保障机制的高铁应急D2D(Device-to-device,终端直通)通信也成为了时下的研究热点之一。本文从高速铁路的特殊场景对于无线通信系统性能影响的角度提出运用随机网络演算对高铁应急场景下D2D通信的无线网络性能进行评估。首先分析比较了基于MGF(Moment Generating Function,矩母函数)、基于 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function,互补累积分布函数)的随机网络演算理论,总结了两者的优缺点,并针对不同的研究对象选择合适的理论方法。将高铁D2D应急通信系统根据列控业务的信息传递顺序分为两部分:车-地无线通信系统与基站-基站无线多跳通信系统。依据列控数据业务传输周期特性,依据车-地通信时列控数据业务具有传输周期的属性,建立与之相对应的周期性信源模型和随机到达曲线模型。根据高速铁路移动过程和数据速率过程,再结合多维度的有限状态马尔科夫信道模型,建立车-地无线通信信道服务模型和随机服务曲线模型。基于CCDF的随机网络演算中的节点串联特性,建立基站-基站无线多跳通信信道模型,并求出随机服务曲线模型。最后依据已经建立的业务到达模型和信道服务模型,采用基于MGF、CCDF的随机网络演算理论分别求解出车-地无线通信和基站-基站无线多跳通信时延等网络性能的理论边界,并通过仿真结果对理论结果进行分析和验证。结果也证明了随机网络演算可以很好的对高铁D2D应急通信网络进行性能评估。