一種基于Mesh網絡的礦區信息化系統的設計與實現

楊建軍

摘 要：運用現代的MESH網絡技術，文章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

隨著計算機技術的快速發展，越來越多的企業意識到了信息化建設的重要性，加大了在信息化建設上的投資，一系列主流的IT技術也應用到企業信息化建設中，特別是近幾年來，我國鐵路事業快速發展，一系列適應我國鐵路發展的信息化系統快速應用到鐵路行業之中，逐步實現了我國鐵路的信息化建設。但是我國企業鐵路信息化建設不能照搬國鐵的模式，應該結合自身的特點，設計出適合自身發展運營的鐵路運輸調度管理系統。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]。文章結合某礦區鐵路運輸調度管理系統的實際需求，主要說明了鐵路調度運輸管理系統的設計功能實現。在本系統設計中，還采用了無線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。

考慮到礦區的生產條件惡劣，采用無線和有線共同組網的方式；即使因事故或者自然災害導致部分設備受損，MESH MEA網絡也不會全部受阻，其他未受損害的網絡設備仍能正常工作。

2 系統設計方案

系統采用規范化的軟件開發設計方案與新興的主流軟件技術相結合。在軟件體系結構設計中，為了與具體業務功能相適應，降低系統的維護成本與工作量，充分分析了B/S與C/S結構模式的優缺點，整個系統采用了B/S與C/S相結合的結構。同時為了便于系統的開發和不同數據庫之間的連接和移植方便，采用“抽象工廠”模式，使系統的擴展性大大增強，大量使用ORACLE數據庫的存儲過程和游標來完成具體業務的數據處理，大大加快了系統的運行速度。利用WCF技術，在客戶端實現其領導層的查詢功能，查詢信息能夠實時準確的反應現場生產作業情況，為其做出合理決策提供依據。

系統設計為三層結構，分為最上層，中間層和最下層。

系統的最上層是信息系統，它獲得各車站及區間行車作業數據和貨運數據，建立中心數據庫，在獲得真實數據的基礎上為領導的決策提供真實可靠的信息，實現調車指揮的現代化管理。

系統的中間層安裝了行調終端、助理終端和現車顯示終端以及大屏幕，為調度指揮提供指揮工具。調度中心不僅完成了基層網信息的匯總、處理和標準化，而且按照一定的要求將基層信息通過網絡傳輸到上層數據庫。

系統的最下層是基層設備，主要包括車站聯鎖系統、區間閉塞系統、無線車次號自動校核系統等。

系統的框架結構如圖1。

2.1 系統硬件組成

礦區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。

2.2 系統網絡規劃

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2。

2.3 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。

2.4 系統軟件組成

系統軟件設計采用終端用戶設計，共設計4個終端模塊，分別為系統維護終端、調度終端、值班員終端和交接口終端。

3 系統各個終端模塊設計與實現

3.1 系統維護終端的設計與實現

3.1.1 系統維護終端的設計

系統維護終端主要負責系統基礎信息，包括鐵路相關信息、車輛信息、機務信息和部門權限信息的管理。設計上采用B/S的形式，使用WCF來編程實現。

3.1.2 系統維護終端的實現

系統維護終端分為用戶登錄與退出子模塊和基礎信息維護子模塊。

用戶登錄與退出主要實現用戶登錄、用戶退出和用戶切換。

基礎信息維護包括終端狀態管理、靜態機車管理和用戶管理。

終端狀態管理包括客戶端、服務器文件配置、界面顯示和與客戶端用戶的消息傳遞。

客戶端管理針對重點IP檢測，客戶端軟件檢測。對系統重要的客戶端IP地址注冊，提供方便、友好的增加、刪除、修改、查詢功能；服務器文件配置管理：為客戶提供方便、快捷、友好的自動升級服務，提供版文章件和服務器文件目錄設置功能、用戶配置功能、日志配置功能；相關界面顯示：在線用戶顯示（包括IP地址、用戶名），監視客戶端軟硬件運行狀態，通過不同顏色區分運行狀態，登錄用戶信息，并提供顯示功能；與client端用戶的消息傳遞：現場操作指導等功能，發送、接收消息，實時顯示client端界面和操作。

靜態機車管理包括機車基本信息管理、機車型號信息管理；對信息增加、刪除、修改、查詢、打印。

用戶管理包括賬戶管理、密碼重置、角色定義、操作定義、權限管理和部門管理。

賬戶管理提供對用戶名稱、權限、崗位的增加、刪除、修改、查詢功能；密碼重置提供對用戶密碼的重新設置；角色定義為系統管理員提供角色的增加、刪除、修改、查詢以及角色包含操作，角色可以由原子組成，也可以包含角色；操作定義為系統管理員提供原子操作的增加、刪除、修改、查詢和歸類；權限管理由系統管理員根據用戶崗位，對用戶所屬的角色進行增加、刪除、修改、查詢，一個用戶可以有多個角色（崗位）；部門管理由系統管理員針對用戶基本部門信息的增加、刪除、修改、查詢，包括各個部門的相互關系以及所屬關系。

3.2 調度終端的設計與實現

3.2.1 調度終端的設計

調度終端主要用于調度員。調度終端主要包括六個子模塊，分別是系統登錄、站場顯示、現貨統計、現車管理、調度命令和調度單模塊。設計上采用C/S的形式，使用C#來編程實現。

3.2.2 調度終端的實現

系統登錄模塊與系統維護終端的系統用戶登錄模塊功能實現一樣。

站場顯示模塊主要用于顯示各個站場的界面，和線路管理。

現貨統計模塊主要用于系統顯示當前站場相應軌道的車輛物資信息（空/重車、重車的物資名稱、數量、到站）的顯示，根據需要可以實時刷新。

現車管理模塊主要用于當前站場線路上車輛的信息顯示，并可進行信息導出。

調度命令模塊可以實現調度命令的增加、刪除、修改、下發車站、下發機車、回執查看和查詢，其中回執查看和確認的工作界面如圖3。

3.3 值班員終端的設計與實現

3.3.1 值班員終端的設計

值班員終端主要用于值班員，主要包括五個子模塊，分別是系統登錄、站場顯示、現貨統計、現車管理、調車作業單。設計上采用C/S的形式，使用VC++6.0來編程實現。

3.3.2 值班員終端的實現

系統登錄、站場顯示、現貨統計和現車管理這四個子模塊均與調度終端的對應部分相同。

調車作業單模塊是本部分設計的中心部分。調車作業單模塊主要實現調車作業單的新建、修改、刪除、打印預覽、打印、發送和查詢。

調車單模塊提供新增、修改、取消調車作業單等功能，用戶可以通過點擊站場股道列表編制調車作業單，還可以通過直接輸入的方式編制調車作業單，新增完畢或修改完畢進行保存。新增調車作業單是新建一個調車作業計劃；修改調車作業單是對編制好的作業單進行修改，對于調車作業單的修改，系統只允許用戶修改沒有完成的鉤計劃信息，對于已經完成的鉤計劃不能進行任何改動。

調車計劃單可根據用戶定義格式進行打印。在配置了車載終端的情況下，點擊發送命令，可以把選中的作業單發送到機車上。包括新增作業單的發送、修改后作業單的發送和取消作業單命令的發送，發送命令是否成功以是否收到機車臺相應的回執為準。機車收到數據包后會給出回執信息。

調度單模塊界面如圖4。

裝卸作業模塊實時跟蹤現場裝卸作業情況，自動記錄調車作業過程，記錄信息有品名、進出裝卸點時間等信息，裝卸車送裝時間、完成時間可以由人工錄入。提供查詢、修改、維護等功能。

裝卸模塊如圖5。

3.4 交接口終端的設計與實現

交接口終端模塊用于局車的進出廠交接，可以記錄進出廠與路局的交接時間，將到達列車的編組信息錄入系統，車輛出廠記錄貨物信息，并提供對信息的修改、刪除、查詢功能。設計上采用C/S的形式，使用VC++6.0來編程實現。

交接口終端功能設計上分為進廠和出廠兩部分。進廠的主要功能是列車進廠信息錄入、修改、刪除和查詢。出廠的主要功能是列車出廠信息錄入、修改、刪除和查詢。

4 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.