一種Mesh網絡的礦區信息化系統的設計與實現

喬鐘緯

【摘要】運用現代的MESH網絡技術，本文建立了一種可以覆蓋某礦區企業業務的現代化的信息化系統。系統采用分層設計和模塊化的設計方法，簡化了設計流程，涵蓋了企業的所有業務流程，為運輸部門的指揮、貨運、計劃等業務提供信息管理平臺，實現了行動指揮無聲化、運行管理自動化和運輸調整智能化，提高了生產效率。

【關鍵詞】信息化;Mesh網絡;調度命令;調車作業單

鐵路信息化的根本目的是將信息技術廣泛應用于鐵路生產經營與管理決策的各項活動中，改造傳統產業，提高鐵路運輸生產率、提升市場競爭力，提高鐵路運輸經濟效益[1]。無線MESH網絡正是基于Mesh MEA（Mesh Enabled Architecture）技術建立起來的通信系統。無線MESH網絡具有好的擴展性和抗干擾性，在寬帶無線接入領域獲得了廣泛應用[2]。本文結合某礦區鐵路運輸調度管理系統的實際需求，設計出了一種鐵路調度運輸管理系統，通信網絡采用了無線MESH網絡。

1.系統功能和MESH網絡介紹

1.1 系統要實現的功能

系統為各級調度人員和管理人員提供指揮管理平臺，整個系統以運輸計劃為龍頭，強化調度指揮與執行閉環，將管理貫穿控制過程，以執行跟蹤為主線，實現數據實時跟蹤與閉環，支持運輸分析、決策，提高運輸管理水平。系統實現高速運輸局域網，支持系統檢控中心、行調中心、車站控制、車站與機車之間的實時數據通信;方便協調列車和調車之間的矛盾，提高運輸效率。

1.2 MESH簡介

無線Mesh網絡是一種與傳統的無線網絡不同的技術。無線Mesh網絡是一種基于多跳路由、對等網絡技術的新型網絡結構。MESH MEA網絡的優點如下。

1.2.1 通訊范圍較大

MESH MEA網絡的最大的直線通訊距離可以達到5KM，還有抗干擾能力強等優點。

1.2.2 數據傳輸速率較大

MESH MEA網絡的最大數據傳輸速率為6Mbps，可以滿足實時視頻傳輸的需求。

1.2.3 移動性好

MESH MEA網絡的移動性非常好，該網絡終端可以在高速移動狀態中保持比較好的傳輸速率。

1.2.4 兼容性好

MESH MEA網絡可以跟其他的網絡進行連接，比如WIFI、INTERNET、電話網等。

1.2.5 安全性

建立MESH MEA網絡無需建立基站和發射塔，同時又可以自動修復，所以消除了因為單個通訊設備故障而導致整個系統崩潰的隱患。

2.系統設計

2.1 系統總體結構設計

圖1 調度系統總體結構

調度系統采用C/S+B/S架構實現，系統業務邏輯以C/S架構實現，基礎數據維護與信息查詢采用B/S結構實現。系統采用四層結構來實現。數據庫及應用服務器組成系統核心層，實現數據的存取管理、核心業務邏輯的實現及各C/S結構終端與服務器的數據通信的實現;Web服務器組成系統Web服務層，主要實現B/S結構終端訪問數據庫及核心應用邏輯;各調度工作站和車間終端組成系統應用邏輯層，主要完成和實現相關應用的業務邏輯;車站聯鎖系統、無線安全調車系統、車號識別系統和軌道衡計量系統組成基礎數據層，主要實現各種運行過程中產生的基礎數據的采集和相關命令的傳遞。

系統根據設備所處的物理位置不同，將設備劃分為信息中心設備、調度室設備、工業站信號機械室設備、各車間等遠程終端設備和其它終端設備構成。各物理位置處局域網都由100/1000M交換以太網組成，各車間終端與中心之間通過Web服務器訪問數據庫。聯鎖系統、無線安全調車系統、車號識別系統通過車站分機接入鐵路調度綜合運輸系統。

系統設數據庫服務器、應用及WEB服務器，各種業務邏輯工作站、車站分機。應用服務器應用邏輯主要實現進出廠列車的邏輯跟蹤、調車作業邏輯的實時跟蹤。WEB服務器實現各種數據查詢與基礎數據維護邏輯管理、自備車管理邏輯。車站分機實現與聯鎖系統、無線安全調車系統的接口、車號員終端實現與車號識別系統的接口。

2.2 系統軟件總體結構

系統實現的軟件部分主要包括五塊：數據庫系統、應用服務器應用邏輯、WEB網站、客戶端業務邏輯、車站分機應用軟件。系統軟件結構如圖2所示。

2.3 系統硬件組成

鐵路綜合信息化硬件系統由服務器和若干終端組成，可完成鐵路運輸貨運綜合信息系統管理功能、實現大屏幕監控系統、建立安全可靠的聯鎖信息采集接口與車號自動識別系統的信息共享。各站場信號通過網關機與鐵科接口發送到值班員終端再通過網絡（光纖和Mesh無線設備）傳送到中心服務器，然后大屏以及各終端通過訪問中心服務器實現大屏幕監控系統、鐵路運輸貨運綜合信息系統管理功能，建立信息共享。服務器包括數據庫服務器系統、Web服務器和Firtide controller服務器。Web服務器上面安裝IBM WebSphere軟件提供web服務，稱為WAS（WebSphere Application Server），應用程序包部署于WAS上。Firtide controller服務器，用于管理全線mesh子網和機車移動mesh節點。工控機終端設備和打印機等設備放在各個車站，作為各個車站的硬件設備。

圖2 軟件總體結構

2.4 接口設計

系統與計算機所聯鎖系統、無線安全調車系統、車號識別系統、軌道衡計量系統等存在接口。因此需要實現接口和系統的功能要求、滿足系統保證的要求和滿足質量管理要求。

2.4.1 與微機聯鎖接口設計

為了保證微機聯鎖系統的獨立性和安全性，通過車站分機實現與微機聯鎖系統接口，并向運輸管理系統轉發實時站場數據。信息內容包括軌道占用信息、信號開放狀態、道岔狀態等信息。車站分機利用422串口通訊接口實現與聯鎖系統的單向通信，保證聯鎖系統的獨立性和安全性。

2.4.2 無線安全調車系統接口設計

為了保證與無線安全調車系統之間的獨立性和安全性，通過車站分機實現與無線安全調車系統接口，通過車站分機將調車作業計劃下達到無線安全調車系統，同時接收無線安全調車系統的會址信息和機車動態信息。車站分機利用232串口通訊接口實現與無線安全調車系統的通信，保證與無線安全調車系統的獨立性和安全性。

2.4.3 車號識別設備的接口

車號識別系統與調度系統之間采用網絡文件共享的方式實現接口。車號識別系統將識別出的車號文件通過以太網上傳至車號員終端，車號員終端識別文件并分析車號信息。

2.4.4 軌道衡計量系統的接口

鐵路運輸調度系統與軌道衡系統通過數據庫共享的方式實現接口。調度系統將傳衡過衡單、車輛定站單信息寫至指定表中供軌道衡系統使用;軌道衡系統也將車輛過衡后的裝卸信息寫至指定表中供調度系統使用。

3.系統網絡規劃和安全控制

3.1 系統網絡規劃

圖3 系統網絡架構

挑選其中一個站作為主mesh節點，各站布置一個固定mesh節點和NGI mesh節點，通過光纖與集配站中心交換機相連接。NGI通過超五類網線與站內mesh節點連接，其作用是把站內mesh節點收到的數據優先通過光纖傳輸到中心交換機。站與站的區間架設mesh節點作為中繼點，同時覆蓋沿線區間。Controller服務器安放在集配站中心機房，Controller服務器為移動點（機車）管理軟件。系統網絡規劃圖如圖3所示。

3.2 系統網絡安全措施

系統為了確保網絡的安全，采取了以下措施。實踐證明，這些措施可以保證系統網絡的安全。

1）貨運調度指揮系統與計算機聯鎖系統接口，采用雙分區的網關進行連接，實行聯鎖向網關單向送數方式。

2）對系統終端建立身份認證和權限管理，采用S-DES密鑰用于終端登錄，在應用層進行加解密處理，防止非法用戶訪問和登錄。

3）與公司網相連接處通過核心交換機連接，在核心交換機上建立訪問控制表，對訪問的路徑進行控制。對流入或流出接口的訪問進行控制;同時在系統中心服務器上通過加密算法驗證訪問的合法性，防止外來攻擊。

4）實現沖突登記，監視與控制用戶的每一個連接，訪問監視和異常報警，為網管人員提供有用的信息。

5）在傳輸層由通訊中間件對傳輸的數據包進行加密處理。

6）數據的備份和恢復由系統提供專門的數據維護工具，對數據每星期進行一次全備份。可以將備份的數據刻錄光盤，異地存儲，隨時恢復。

4.系統模塊

系統功能的劃分以鐵路運輸部各個生產單位的需求和原調度系統的功能為依據，主要分為①用戶登錄、②貨運調度、③車輛管理、④行車調度、⑤自備車管理、⑥統計管理、⑦歷史查詢這幾個大的功能。

4.1 用戶登錄

用戶登錄模塊主要功能：用戶登錄、密碼修改、注銷、系統退出。

4.2 現場顯示

主要功能有三個，分別是現車顯示：顯示現場股道車輛信息;大屏顯示：顯示現場股道車輛信息、調監信息;調監顯示：顯示現場調監信息。

4.3 車輛管理

4.3.1 車號錄入

進廠或出廠車列的車種、車型、車號、換長、入場時間、股道、過期等信息進行錄入。正常情況下可進行自動錄入，故障時可進行人工錄入，并且可以對錄入的信息進行修改，確認之后提交編組。

4.3.2 車輛信息錄入

按場、股道、現場/預現場、到/發站將進廠或出廠車列的車種、車型、車號、品名、到/發站、收/發貨人等信息錄入。

4.3.3 接發車輛

對于股道上已編組的車輛進行發車處理。

4.4 貨運調度

4.4.1 定站單管理

功能包括生成和修改。生成功能是根據品名生成定站單;修改功能是修改或刪除已經生成的定站單。

4.4.2 洗車單管理

主要包括制定，修改和返回。制定功能是制定和保存洗車通知單。修改功能是修改或刪除洗車通知單。返回功能是進行洗車通知單返單處理。

4.4.3 裝車單管理

主要包括制定，修改和返回。制定功能是制定和保存裝車通知單。修改功能是修改或刪除裝車通知單。返回功能是進行裝車通知單返單處理。

4.4.4 卸車單管理

主要包括制定，修改和返回。制定功能是制定和保存卸車通知單。修改功能是修改或刪除卸車通知單。返回功能是進行卸車通知單返單處理。

4.4.5 消點時間錄入

選擇消點單進行消點。

4.5 行車調度

本部分功能主要有調車計劃制定，根據需求及現場車輛信息制定調車計劃;調車計劃修改，對已制定的調車計劃進行修改或刪除;調車計劃下達，下達已制定的調車計劃;調車計劃人工執行，對已制定的調車計劃人工執行;調車計劃預執行，對已制定的調車計劃預執行;調車計劃預現場預執行，對已制定的調車計劃在預現場進行預執行;車號修改，接到股道里的車號有可能輸入不正確，輸入有錯誤時，對車號、車種進行修改。

4.6 自備車管理

本部分功能主要是自備車信息查看，查看廠內所有自備車信息;自備車費用統計，統計入廠或出廠的自備車費用。

4.7 統計管理

4.7.1 月計劃錄入

錄入生產計劃和相應的車輛計劃。

4.7.2 生產報表

統計生成生產日報、周報、旬報、月報、季報、年報和其他一些報表信息;還進行貨車使用費管理、貨車使用費校核、貨車使用費統計、現場車輛統計、統計廠內現在車輛的信息、自備車輛統計等。

4.8 歷史查詢

包括歷史車號查詢，查詢某一車號分別在現場、最后一次入廠、一年以內、三年以內的進出廠信息和調車信息;定站單查詢，查詢并打印某一天的定站單信息及某一定站單的詳細信息;通知單查詢，查詢并打印某一天裝/卸/洗通知單及某一通知單的詳細信息;鉛封號查詢，按特定類型對某一鉛封號進行查詢;過衡單查詢;調車計劃查詢;歷史計劃查詢;過衡車輛查詢。

5.結束語

按照客戶的需求計劃，系統的實施達到了預期的目標，利用計算機技術、通訊技術和交通運輸理論知識建立起一套在保證行車安全的基礎上，實現企業運輸調度管理現代化、自動化和智能化，提高企業運輸生產效率、改善運輸作業的條件，使生產作業從計劃的制定、下達、執行到反饋、監督、評估、分析等環節做到了無縫鏈接，實現企業鐵路運輸過程中的管理控制一體化。

參考文獻

[1]王一文.企業鐵路運輸調度管理系統的設計與實現[D].蘭州交通大學，2012.

[2]李志杰，方旭明.無線Mesh網絡中一種QoS保證的跨層調度方法[J].鐵道學報，2012，34（10）：61-67.