一种Mesh网络的矿区信息化系统的设计与实现
【摘要】运用现代的MESH网络技术，本文建立了一种可以覆盖某矿区企业业务的现代化的信息化系统。系统采用分层设计和模块化的设计方法，简化了设计流程，涵盖了企业的所有业务流程，为运输部门的指挥、货运、计划等业务提供信息管理平台，实现了行动指挥无声化、运行管理自动化和运输调整智能化，提高了生产效率。
【关键词】信息化;Mesh网络;调度命令;调车作业单
铁路信息化的根本目的是将信息技术广泛应用于铁路生产经营与管理决策的各项活动中，改造传统产业，提高铁路运输生产率、提升市场竞争力，提高铁路运输经济效益[1]。无线MESH网络正是基于Mesh MEA（Mesh Enabled Architecture）技术建立起来的通信系统。无线MESH网络具有好的扩展性和抗干扰性，在宽带无线接入领域获得了广泛应用[2]。本文结合某矿区铁路运输调度管理系统的实际需求，设计出了一种铁路调度运输管理系统，通信网络采用了无线MESH网络。
1.系统功能和MESH网络介绍
1.1 系统要实现的功能
系统为各级调度人员和管理人员提供指挥管理平台，整个系统以运输计划为龙头，强化调度指挥与执行闭环，将管理贯穿控制过程，以执行跟踪为主线，实现数据实时跟踪与闭环，支持运输分析、决策，提高运输管理水平。系统实现高速运输局域网，支持系统检控中心、行调中心、车站控制、车站与机车之间的实时数据通信;方便协调列车和调车之间的矛盾，提高运输效率。
1.2 MESH简介
无线Mesh网络是一种与传统的无线网络不同的技术。无线Mesh网络是一种基于多跳路由、对等网络技术的新型网络结构。MESH MEA网络的优点如下。
1.2.1 通讯范围较大
MESH MEA网络的最大的直线通讯距离可以达到5KM，还有抗干扰能力强等优点。
1.2.2 数据传输速率较大
MESH MEA网络的最大数据传输速率为6Mbps，可以满足实时视频传输的需求。
1.2.3 移动性好
MESH MEA网络的移动性非常好，该网络终端可以在高速移动状态中保持比较好的传输速率。
1.2.4 兼容性好
MESH MEA网络可以跟其他的网络进行连接，比如WIFI、INTERNET、电话网等。
1.2.5 安全性
建立MESH MEA网络无需建立基站和发射塔，同时又可以自动修复，所以消除了因为单个通讯设备故障而导致整个系统崩溃的隐患。
2.系统设计
2.1 系统总体结构设计
图1 调度系统总体结构
调度系统采用C/S+B/S架构实现，系统业务逻辑以C/S架构实现，基础数据维护与信息查询采用B/S结构实现。系统采用四层结构来实现。数据库及应用服务器组成系统核心层，实现数据的存取管理、核心业务逻辑的实现及各C/S结构终端与服务器的数据通信的实现;Web服务器组成系统Web服务层，主要实现B/S结构终端访问数据库及核心应用逻辑;各调度工作站和车间终端组成系统应用逻辑层，主要完成和实现相关应用的业务逻辑;车站联锁系统、无线安全调车系统、车号识别系统和轨道衡计量系统组成基础数据层，主要实现各种运行过程中产生的基础数据的采集和相关命令的传递。
系统根据设备所处的物理位置不同，将设备划分为信息中心设备、调度室设备、工业站信号机械室设备、各车间等远程终端设备和其它终端设备构成。各物理位置处局域网都由100/1000M交换以太网组成，各车间终端与中心之间通过Web服务器访问数据库。联锁系统、无线安全调车系统、车号识别系统通过车站分机接入铁路调度综合运输系统。
系统设数据库服务器、应用及WEB服务器，各种业务逻辑工作站、车站分机。应用服务器应用逻辑主要实现进出厂列车的逻辑跟踪、调车作业逻辑的实时跟踪。WEB服务器实现各种数据查询与基础数据维护逻辑管理、自备车管理逻辑。车站分机实现与联锁系统、无线安全调车系统的接口、车号员终端实现与车号识别系统的接口。
2.2 系统软件总体结构
系统实现的软件部分主要包括五块：数据库系统、应用服务器应用逻辑、WEB网站、客户端业务逻辑、车站分机应用软件。系统软件结构如图2所示。
2.3 系统硬件组成
铁路综合信息化硬件系统由服务器和若干终端组成，可完成铁路运输货运综合信息系统管理功能、实现大屏幕监控系统、建立安全可靠的联锁信息采集接口与车号自动识别系统的信息共享。各站场信号通过网关机与铁科接口发送到值班员终端再通过网络（光纤和Mesh无线设备）传送到中心服务器，然后大屏以及各终端通过访问中心服务器实现大屏幕监控系统、铁路运输货运综合信息系统管理功能，建立信息共享。服务器包括数据库服务器系统、Web服务器和Firtide controller服务器。Web服务器上面安装IBM WebSphere软件提供web服务，称为WAS（WebSphere Application Server），应用程序包部署于WAS上。Firtide controller服务器，用于管理全线mesh子网和机车移动mesh节点。工控机终端设备和打印机等设备放在各个车站，作为各个车站的硬件设备。
图2 软件总体结构
2.4 接口设计
系统与计算机所联锁系统、无线安全调车系统、车号识别系统、轨道衡计量系统等存在接口。因此需要实现接口和系统的功能要求、满足系统保证的要求和满足质量管理要求。
2.4.1 与微机联锁接口设计
为了保证微机联锁系统的独立性和安全性，通过车站分机实现与微机联锁系统接口，并向运输管理系统转发实时站场数据。信息内容包括轨道占用信息、信号开放状态、道岔状态等信息。车站分机利用422串口通讯接口实现与联锁系统的单向通信，保证联锁系统的独立性和安全性。
2.4.2 无线安全调车系统接口设计
为了保证与无线安全调车系统之间的独立性和安全性，通过车站分机实现与无线安全调车系统接口，通过车站分机将调车作业计划下达到无线安全调车系统，同时接收无线安全调车系统的会址信息和机车动态信息。车站分机利用232串口通讯接口实现与无线安全调车系统的通信，保证与无线安全调车系统的独立性和安全性。
2.4.3 车号识别设备的接口
车号识别系统与调度系统之间采用网络文件共享的方式实现接口。车号识别系统将识别出的车号文件通过以太网上传至车号员终端，车号员终端识别文件并分析车号信息。
2.4.4 轨道衡计量系统的接口
铁路运输调度系统与轨道衡系统通过数据库共享的方式实现接口。调度系统将传衡过衡单、车辆定站单信息写至指定表中供轨道衡系统使用;轨道衡系统也将车辆过衡后的装卸信息写至指定表中供调度系统使用。
3.系统网络规划和安全控制
3.1 系统网络规划
图3 系统网络架构
挑选其中一个站作为主mesh节点，各站布置一个固定mesh节点和NGI mesh节点，通过光纤与集配站中心交换机相连接。NGI通过超五类网线与站内mesh节点连接，其作用是把站内mesh节点收到的数据优先通过光纤传输到中心交换机。站与站的区间架设mesh节点作为中继点，同时覆盖沿线区间。Controller服务器安放在集配站中心机房，Controller服务器为移动点（机车）管理软件。系统网络规划图如图3所示。
3.2 系统网络安全措施
系统为了确保网络的安全，采取了以下措施。实践证明，这些措施可以保证系统网络的安全。
1）货运调度指挥系统与计算机联锁系统接口，采用双分区的网关进行连接，实行联锁向网关单向送数方式。
2）对系统终端建立身份认证和权限管理，采用S-DES密钥用于终端登录，在应用层进行加解密处理，防止非法用户访问和登录。
3）与公司网相连接处通过核心交换机连接，在核心交换机上建立访问控制表，对访问的路径进行控制。对流入或流出接口的访问进行控制;同时在系统中心服务器上通过加密算法验证访问的合法性，防止外来攻击。
4）实现冲突登记，监视与控制用户的每一个连接，访问监视和异常报警，为网管人员提供有用的信息。
5）在传输层由通讯中间件对传输的数据包进行加密处理。
6）数据的备份和恢复由系统提供专门的数据维护工具，对数据每星期进行一次全备份。可以将备份的数据刻录光盘，异地存储，随时恢复。
4.系统模块
系统功能的划分以铁路运输部各个生产单位的需求和原调度系统的功能为依据，主要分为①用户登录、②货运调度、③车辆管理、④行车调度、⑤自备车管理、⑥统计管理、⑦历史查询这几个大的功能。
4.1 用户登录
用户登录模块主要功能：用户登录、密码修改、注销、系统退出。
4.2 现场显示
主要功能有三个，分别是现车显示：显示现场股道车辆信息;大屏显示：显示现场股道车辆信息、调监信息;调监显示：显示现场调监信息。
4.3 车辆管理
4.3.1 车号录入
进厂或出厂车列的车种、车型、车号、换长、入场时间、股道、过期等信息进行录入。正常情况下可进行自动录入，故障时可进行人工录入，并且可以对录入的信息进行修改，确认之后提交编组。
4.3.2 车辆信息录入
按场、股道、现场/预现场、到/发站将进厂或出厂车列的车种、车型、车号、品名、到/发站、收/发货人等信息录入。
4.3.3 接发车辆
对于股道上已编组的车辆进行发车处理。
4.4 货运调度
4.4.1 定站单管理
功能包括生成和修改。生成功能是根据品名生成定站单;修改功能是修改或删除已经生成的定站单。
4.4.2 洗车单管理
主要包括制定，修改和返回。制定功能是制定和保存洗车通知单。修改功能是修改或删除洗车通知单。返回功能是进行洗车通知单返单处理。
4.4.3 装车单管理
主要包括制定，修改和返回。制定功能是制定和保存装车通知单。修改功能是修改或删除装车通知单。返回功能是进行装车通知单返单处理。
4.4.4 卸车单管理
主要包括制定，修改和返回。制定功能是制定和保存卸车通知单。修改功能是修改或删除卸车通知单。返回功能是进行卸车通知单返单处理。
4.4.5 消点时间录入
选择消点单进行消点。
4.5 行车调度
本部分功能主要有调车计划制定，根据需求及现场车辆信息制定调车计划;调车计划修改，对已制定的调车计划进行修改或删除;调车计划下达，下达已制定的调车计划;调车计划人工执行，对已制定的调车计划人工执行;调车计划预执行，对已制定的调车计划预执行;调车计划预现场预执行，对已制定的调车计划在预现场进行预执行;车号修改，接到股道里的车号有可能输入不正确，输入有错误时，对车号、车种进行修改。
4.6 自备车管理
本部分功能主要是自备车信息查看，查看厂内所有自备车信息;自备车费用统计，统计入厂或出厂的自备车费用。
4.7 统计管理
4.7.1 月计划录入
录入生产计划和相应的车辆计划。
4.7.2 生产报表
统计生成生产日报、周报、旬报、月报、季报、年报和其他一些报表信息;还进行货车使用费管理、货车使用费校核、货车使用费统计、现场车辆统计、统计厂内现在车辆的信息、自备车辆统计等。
4.8 历史查询
包括历史车号查询，查询某一车号分别在现场、最后一次入厂、一年以内、三年以内的进出厂信息和调车信息;定站单查询，查询并打印某一天的定站单信息及某一定站单的详细信息;通知单查询，查询并打印某一天装/卸/洗通知单及某一通知单的详细信息;铅封号查询，按特定类型对某一铅封号进行查询;过衡单查询;调车计划查询;历史计划查询;过衡车辆查询。
5.结束语
按照客户的需求计划，系统的实施达到了预期的目标，利用计算机技术、通讯技术和交通运输理论知识建立起一套在保证行车安全的基础上，实现企业运输调度管理现代化、自动化和智能化，提高企业运输生产效率、改善运输作业的条件，使生产作业从计划的制定、下达、执行到反馈、监督、评估、分析等环节做到了无缝链接，实现企业铁路运输过程中的管理控制一体化。
参考文献
[1]王一文.企业铁路运输调度管理系统的设计与实现[D].兰州交通大学，2012.
[2]李志杰，方旭明.无线Mesh网络中一种QoS保证的跨层调度方法[J].铁道学报，2012，34（10）：61-67.