無線通信技術在駝峰遠程運維中的應用

張維華，劉 偉

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 問題的提出

駝峰自動化控制系統（以下簡稱駝峰系統）廣泛應用在國內鐵路編組站，用來控制貨物列車的解體和編組作業。駝峰系統的實時性控制要求高，通過7×24 h不間斷運行來確保貨物列車的安全和暢通。目前，國內在軌運行的駝峰系統分布相對比較分散，且其專業性較強，駝峰系統故障時一般需要系統技術人員進行指導處理。一般通過電話技術指導處理，在電話技術指導處理無法恢復的情況下，則需要技術人員前往現場指導處理。此種維護過程和方法通常使得現場設備的維護和處理的及時性不夠，電務維護部門進行故障處理、維護指導過程不便，同時增加了技術人員的工作勞動強度。因此，研究對現場駝峰系統進行實時遠程運維顯得極為重要。通過遠程運維分析查看數據和記錄，能在最快時間內定位故障點、查找問題原因，及時恢復設備正常使用，同時能節約大量的人工成本。因此研究一種通用性強、安全性高的遠程維護手段是必要的。

2 需求分析

2.1 接口的安全性選擇

基于駝峰系統的實時性和安全性要求高、組網方式要求獨立隔離的特點，通常情況下，為了提高駝峰系統的網絡安全等級保護能力，預防病毒侵入、網絡外部攻擊等，駝峰系統都是獨立組網，不與外界的任何系統通過網絡方式接口。在確保安全的前提下，為實現駝峰系統的遠程運維需求，計劃通過串口連接方式實現遠程連接。串口通信是指兩個有串口通信協議的設備間以串行的方式點對點的互相傳輸數據，通過串口通信可有效避免因網絡通信產生的對駝峰系統安全性的影響，在現場駝峰系統上通過串口方式實現遠程的通信連接。

2.2 遠程傳輸通道的確定

通常情況下，遠程傳輸通道采用的是鐵通專用通道，鐵通專用通道傳輸造價成本高，并且為了保證安全，必須專網專用。加之在軌運行的駝峰系統比較分散，單獨敷設鐵通專網專用的光纜也不太現實，并且為了聯網還需要協調當地的鐵通運營商來進行通道建設的配合。因此，基于公網蜂窩網絡數據技術，可直接在已搭建完成的網絡承載平臺上，通過串口方式接入駝峰系統，無論在通道建設上還是在現場實施上都較為方便，且無需在現場駝峰樓接入專門的網絡通道。

2.3 無線遠程通信的比選

通過對傳輸通道的比選，選擇基于SIM卡的無線網絡通信技術實現遠程連接，目前公網運行中的無線有3G、4G、5G等制式。其中3G和4G的應用更加成熟和廣泛，但是從傳輸效率和傳輸能力來講，5G傳輸的速率更勝一籌。并且在遠程運維過程中除查詢和分析文字記錄外，還需要對圖形回放、數據統計表等查詢和分析，并且必須確保數據傳輸的可靠性，不允許丟包和誤碼的情況存在。如果在數據傳輸的過程中存在丟包，將會導致通過遠程維護和查詢過程中記錄分析不準確，無法定位故障點，對現場的維護帶來影響。

2.4 軟件維護查詢的實現

駝峰系統的數據包含作業過程的報警數據、設備操作記錄數據、設備運行狀態數據、接口交互數據等內容。通過遠程維護采用的是串口連接方式接入駝峰系統，不同于常規的遠程桌面連接方式或者FTP連接方式，可直接對現場的記錄和數據進行拷貝至遠程的本地進行分析，因此需要在遠程本地端和現場端部署專門的軟件維護查詢程序。這樣當通過遠程5G通道采用串口方式接入駝峰系統時，可實現根據時間段查詢現場的數據記錄進行分析。

3 實現過程

通過對接口安全性、通道選擇和實現的角度分析，通過無線數據終端（Data Terminal unit，DTU）產品，以無線蜂窩網絡為承載網，為維護中心的主機提供 TCP/IP 之上的無線數據傳輸通道，從而在功能上完成對現場遠程設備通過串口設備和維護中心間的無線數據通信，實現遠程數據的訪問和分析。

3.1 網絡架構

網絡架構由兩部分組成，分別為運維中心和現場維護機房。運維中心包含駝峰系統廠家的綜合運維中心以及路局-電務段-車間運維中心，駝峰系統廠家的綜合運維中心可實現對全路分布的所有駝峰系統的運維聯網，路局級的運維中心實現對路局管內的駝峰系統的遠程運維聯網，電務段和車間運維中心針對所屬管內的駝峰系統進行遠程運維。網絡架構如圖1所示。

圖1 網絡設備架構Fig.1 Architecture of network equipment

運維中心機房的查詢分析終端運行本地端的查詢分析軟件，同時具備Internet網絡接入的條件，通過撥號方式連接至遠端的DTU設備。

現場維護機房的維護終端上存儲駝峰系統運行過程中的各種數據、操作及報警信息。當需要遠程連接訪問時，將DTU設備上的串口連接至現場維護終端的串口上，從而實現數據的連接傳輸。

3.2 硬件設備及安全性分析

實現遠程運維的硬件設備主要包含維護中心的查詢分析終端、現場維護機房的現場維護終端、實現遠程連接的DTU設備。DTU設備可支持全網通的移動蜂窩數據SIM卡的使用，可同時支持3G、4G、5G的連接通信功能。本文采用4G無線網絡實現。

基于4G無線網絡，可充分利用現有的公網網絡覆蓋，而不用考慮遠程運維連接時的通道問題。運維中心通過Internet網絡實現與現場維護機房的DTU設備的聯網，現場維護機房的DTU與維護終端通過串口連接，從而建立起運維中心和現場維護終端之間串口的點對點方式連接，避免通過網絡連接引起的網絡安全風險。同時，在現場維護機房的現場維護終端設置操作訪問權限，讓遠程運維分析軟件只能查詢相關記錄、報警和軟、硬件狀態信息，不能修改現場的信息，確保遠程運維過程中的連接安全和數據安全。

3.3 軟件應用及實現

基于無線蜂窩網絡數據的遠程運維軟件主要包含兩大部分，分別是遠程連接控制軟件和查詢分析記錄軟件。

遠程連接控制軟件包含運維中心軟件和現場維護機房連接軟件。主要是用來建立實現運維中心和現場維護機房的串口通道連接。分別運行部署在運維中心的終端和維護機房的終端上。

運維中心軟件的主要功能流程如圖2所示。

圖2 運維軟件流程Fig.2 Flow chart of operation and maintenance software

運維中心連接軟件的工作過程：軟件運行后，判斷網絡連接狀態，網絡連接成功后嘗試遠端的DTU設備連接，DTU設備連接成功后，向運維中心的查詢分析軟件發送連接成功狀態、具體軟件查詢條件。軟件執行上述流程后運行狀態如圖3所示。

圖3 運維中心軟件運行狀態Fig.3 Software operation state diagram of operation and maintenance center

現場維護機房連接軟件的主要流程如圖4所示。

圖4 現場維護機房連接軟件流程Fig.4 Connection software flow chart of field maintenance computer room

現場維護機房連接軟件的遠程診斷軟件運行后，判斷本地端的物理串口是否可用并處于打開狀態，判斷DTU設備的網絡狀態是否已激活，并將其狀態置于待命狀態中，等待運維中心的連接申請，在得到遠程運維中心的連接呼叫申請后，嘗試連接，連接成功后向數據查詢軟件發送數據可發送和接收的狀態。遠程診斷軟件的運行狀態如圖5所示。

圖5 現場維護機房軟件運行狀態Fig.5 Software operation state of field maintenance computer room

運維中心終端和現場維護終端兩側通過DTU建立起連接通道后，就可以使用查詢分析軟件實現運維中心和現場維護終端的數據通信傳輸，從而更好的應用于現場的記錄分析和查詢。

運行在運維中心的分析軟件和現場維護終端的數據查詢軟件的工作流程如圖6所示。

圖6 遠程維護軟件工作流程Fig.6 Workflows of remote maintenance software

當運維中心和現場維護終端的串口鏈接建立后，查詢分析軟件具備查詢現場數據的條件，運維中心的分析軟件發送數據請求，現場維護終端的查詢軟件根據數據請求進行判斷，確定查詢的數據是實時記錄數據還是歷史數據，如果查詢的是當前數據，則將當前數據進行緩存，并按照查詢分析規則進行定義和命名，然后同意發送請求的內容。運維中心可接受數據，待要查詢的數據接收完畢后，現場維護終端的查詢軟件處于等待狀態。

4 現場驗證及應用

目前，依托實驗室運維中心的駝峰系統環境，通過運行無線連接軟件和分析軟件，建立起運維中心的遠程維護環境，在武鋼駝峰現場安裝DTU設備，同時在現場維護機房的維護終端運行無線遠程連接軟件和查詢軟件，實現了數據記錄查詢、減速器控制記錄報警分析以及日常數據統計。在系統開通后，通過遠程數據分析和維護，指導現場維護人員對減速器和道岔的參數進行調整，根據遠程分析的減速器的制動和緩解時間，指導現場對室外減速器設備的運用狀態進行檢修。

駝峰系統在使用過程中，通過遠程運維手段能在最快的時間內處理和解決現場使用和維護人員的需求，因此確認駝峰系統在現場使用穩定，可提高用戶滿意度。

5 應用效果及展望

駝峰系統中對遠程運維方式的應用，成本上主要為增加DTU設備和DTU設備所需的移動數據費用，經過一個月的數據統計，遠程維護查詢的數據流量費用遠遠小于出差現場分析數據的差旅成本，并且數據查詢和分析的時效性相比現場出差分析大幅提高。

通過遠程運維方式的應用，實現對現場駝峰系統的數據的查詢和分析，后續將優化數據查詢軟件和分析軟件，將該軟件與駝峰系統的維護軟件進一步結合，實現對駝峰的硬件板卡、網絡連接、電源連接狀態的實時監測分析，并根據相關工作狀態做出預警，將駝峰系統設備的事后故障處理改變為事前預警分析，進一步提高駝峰系統運維的智能化水平。同時，通過遠程運維的方式將全路駝峰系統進行聯網，建立駝峰系統的運維中心，使駝峰系統的運維過程更加便利、高效。