一種基于Mesh網(wǎng)絡(luò)的礦區(qū)信息化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊建軍

摘 要：運(yùn)用現(xiàn)代的MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，文章建立了一種可以覆蓋某礦區(qū)企業(yè)業(yè)務(wù)的現(xiàn)代化的信息化系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)和模塊化的設(shè)計(jì)方法，簡化了設(shè)計(jì)流程，涵蓋了企業(yè)的所有業(yè)務(wù)流程，為運(yùn)輸部門的指揮、貨運(yùn)、計(jì)劃等業(yè)務(wù)提供信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了行動(dòng)指揮無聲化、運(yùn)行管理自動(dòng)化和運(yùn)輸調(diào)整智能化，提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：信息化；Mesh網(wǎng)絡(luò)；調(diào)度命令；調(diào)車作業(yè)單

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的企業(yè)意識(shí)到了信息化建設(shè)的重要性，加大了在信息化建設(shè)上的投資，一系列主流的IT技術(shù)也應(yīng)用到企業(yè)信息化建設(shè)中，特別是近幾年來，我國鐵路事業(yè)快速發(fā)展，一系列適應(yīng)我國鐵路發(fā)展的信息化系統(tǒng)快速應(yīng)用到鐵路行業(yè)之中，逐步實(shí)現(xiàn)了我國鐵路的信息化建設(shè)。但是我國企業(yè)鐵路信息化建設(shè)不能照搬國鐵的模式，應(yīng)該結(jié)合自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合自身發(fā)展運(yùn)營的鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)。鐵路信息化的根本目的是將信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于鐵路生產(chǎn)經(jīng)營與管理決策的各項(xiàng)活動(dòng)中，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)率、提升市場(chǎng)競爭力，提高鐵路運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益[1]。

無線MESH網(wǎng)絡(luò)正是基于Mesh MEA（Mesh Enabled Architecture）技術(shù)建立起來的通信系統(tǒng)。無線MESH網(wǎng)絡(luò)具有好的擴(kuò)展性和抗干擾性，在寬帶無線接入領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[2]。文章結(jié)合某礦區(qū)鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)的實(shí)際需求，主要說明了鐵路調(diào)度運(yùn)輸管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還采用了無線MESH網(wǎng)絡(luò)。

1 系統(tǒng)功能和MESH網(wǎng)絡(luò)介紹

1.1 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能

系統(tǒng)為各級(jí)調(diào)度人員和管理人員提供指揮管理平臺(tái)，整個(gè)系統(tǒng)以運(yùn)輸計(jì)劃為龍頭，強(qiáng)化調(diào)度指揮與執(zhí)行閉環(huán)，將管理貫穿控制過程，以執(zhí)行跟蹤為主線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)跟蹤與閉環(huán)，支持運(yùn)輸分析、決策，提高運(yùn)輸管理水平。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)輸局域網(wǎng)，支持系統(tǒng)檢控中心、行調(diào)中心、車站控制、車站與機(jī)車之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信；方便協(xié)調(diào)列車和調(diào)車之間的矛盾，提高運(yùn)輸效率。

1.2 MESH簡介

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)不同的技術(shù)。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種基于多跳路由、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。MESH MEA網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)如下。

1.2.1 通訊范圍較大。MESH MEA網(wǎng)絡(luò)的最大的直線通訊距離可以達(dá)到5KM，還有抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸速率較大。MESH MEA網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為6Mbps，可以滿足實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>

1.2.3 移動(dòng)性好。MESH MEA網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性非常好，該網(wǎng)絡(luò)終端可以在高速移動(dòng)狀態(tài)中保持比較好的傳輸速率。

1.2.4 兼容性好。MESH MEA網(wǎng)絡(luò)可以跟其他的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，比如WIFI、INTERNET、電話網(wǎng)等。

1.2.5 安全性。建立MESH MEA網(wǎng)絡(luò)無需建立基站和發(fā)射塔，同時(shí)又可以自動(dòng)修復(fù)，所以消除了因?yàn)閱蝹€(gè)通訊設(shè)備故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰的隱患。

考慮到礦區(qū)的生產(chǎn)條件惡劣，采用無線和有線共同組網(wǎng)的方式；即使因事故或者自然災(zāi)害導(dǎo)致部分設(shè)備受損，MESH MEA網(wǎng)絡(luò)也不會(huì)全部受阻，其他未受損害的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍能正常工作。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)采用規(guī)范化的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)方案與新興的主流軟件技術(shù)相結(jié)合。在軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了與具體業(yè)務(wù)功能相適應(yīng)，降低系統(tǒng)的維護(hù)成本與工作量，充分分析了B/S與C/S結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)缺點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)采用了B/S與C/S相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了便于系統(tǒng)的開發(fā)和不同數(shù)據(jù)庫之間的連接和移植方便，采用“抽象工廠”模式，使系統(tǒng)的擴(kuò)展性大大增強(qiáng)，大量使用ORACLE數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)過程和游標(biāo)來完成具體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)處理，大大加快了系統(tǒng)的運(yùn)行速度。利用WCF技術(shù)，在客戶端實(shí)現(xiàn)其領(lǐng)導(dǎo)層的查詢功能，查詢信息能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)情況，為其做出合理決策提供依據(jù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三層結(jié)構(gòu)，分為最上層，中間層和最下層。

系統(tǒng)的最上層是信息系統(tǒng)，它獲得各車站及區(qū)間行車作業(yè)數(shù)據(jù)和貨運(yùn)數(shù)據(jù)，建立中心數(shù)據(jù)庫，在獲得真實(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上為領(lǐng)導(dǎo)的決策提供真實(shí)可靠的信息，實(shí)現(xiàn)調(diào)車指揮的現(xiàn)代化管理。

系統(tǒng)的中間層安裝了行調(diào)終端、助理終端和現(xiàn)車顯示終端以及大屏幕，為調(diào)度指揮提供指揮工具。調(diào)度中心不僅完成了基層網(wǎng)信息的匯總、處理和標(biāo)準(zhǔn)化，而且按照一定的要求將基層信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴蠈訑?shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)的最下層是基層設(shè)備，主要包括車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、區(qū)間閉塞系統(tǒng)、無線車次號(hào)自動(dòng)校核系統(tǒng)等。

系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖1。

2.1 系統(tǒng)硬件組成

礦區(qū)鐵路綜合信息化硬件系統(tǒng)由服務(wù)器和若干終端組成，可完成鐵路運(yùn)輸貨運(yùn)綜合信息系統(tǒng)管理功能、實(shí)現(xiàn)大屏幕監(jiān)控系統(tǒng)、建立安全可靠的聯(lián)鎖信息采集接口與車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的信息共享。各站場(chǎng)信號(hào)通過網(wǎng)關(guān)機(jī)與鐵科接口發(fā)送到值班員終端再通過網(wǎng)絡(luò)（光纖和Mesh無線設(shè)備）傳送到中心服務(wù)器，然后大屏以及各終端通過訪問中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)大屏幕監(jiān)控系統(tǒng)、鐵路運(yùn)輸貨運(yùn)綜合信息系統(tǒng)管理功能，建立信息共享。

服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器系統(tǒng)、Web服務(wù)器和Firtide controller服務(wù)器。

Web服務(wù)器上面安裝IBM WebSphere軟件提供web服務(wù)，稱為WAS（WebSphere Application Server），應(yīng)用程序包部署于WAS上。

Firtide controller服務(wù)器，用于管理全線mesh子網(wǎng)和機(jī)車移動(dòng)mesh節(jié)點(diǎn)。

工控機(jī)終端設(shè)備和打印機(jī)等設(shè)備放在各個(gè)車站，作為各個(gè)車站的硬件設(shè)備。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

挑選其中一個(gè)站作為主mesh節(jié)點(diǎn)，各站布置一個(gè)固定mesh節(jié)點(diǎn)和NGI mesh節(jié)點(diǎn)，通過光纖與集配站中心交換機(jī)相連接。NGI通過超五類網(wǎng)線與站內(nèi)mesh節(jié)點(diǎn)連接，其作用是把站內(nèi)mesh節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)優(yōu)先通過光纖傳輸?shù)街行慕粨Q機(jī)。站與站的區(qū)間架設(shè)mesh節(jié)點(diǎn)作為中繼點(diǎn)，同時(shí)覆蓋沿線區(qū)間。Controller服務(wù)器安放在集配站中心機(jī)房，Controller服務(wù)器為移動(dòng)點(diǎn)（機(jī)車）管理軟件。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖如圖2。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全措施

系統(tǒng)為了確保網(wǎng)絡(luò)的安全，采取了以下措施。實(shí)踐證明，這些措施可以保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全。

（1）貨運(yùn)調(diào)度指揮系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)接口，采用雙分區(qū)的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，實(shí)行聯(lián)鎖向網(wǎng)關(guān)單向送數(shù)方式。

（2）對(duì)系統(tǒng)終端建立身份認(rèn)證和權(quán)限管理，采用S-DES密鑰用于終端登錄，在應(yīng)用層進(jìn)行加解密處理，防止非法用戶訪問和登錄。

（3）與公司網(wǎng)相連接處通過核心交換機(jī)連接，在核心交換機(jī)上建立訪問控制表，對(duì)訪問的路徑進(jìn)行控制。對(duì)流入或流出接口的訪問進(jìn)行控制；同時(shí)在系統(tǒng)中心服務(wù)器上通過加密算法驗(yàn)證訪問的合法性，防止外來攻擊。

（4）實(shí)現(xiàn)沖突登記，監(jiān)視與控制用戶的每一個(gè)連接，訪問監(jiān)視和異常報(bào)警，為網(wǎng)管人員提供有用的信息。

（5）在傳輸層由通訊中間件對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行加密處理。

（6）數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)由系統(tǒng)提供專門的數(shù)據(jù)維護(hù)工具，對(duì)數(shù)據(jù)每星期進(jìn)行一次全備份?？梢詫浞莸臄?shù)據(jù)刻錄光盤，異地存儲(chǔ)，隨時(shí)恢復(fù)。

2.4 系統(tǒng)軟件組成

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用終端用戶設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)4個(gè)終端模塊，分別為系統(tǒng)維護(hù)終端、調(diào)度終端、值班員終端和交接口終端。

3 系統(tǒng)各個(gè)終端模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)維護(hù)終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1.1 系統(tǒng)維護(hù)終端的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)維護(hù)終端主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)基礎(chǔ)信息，包括鐵路相關(guān)信息、車輛信息、機(jī)務(wù)信息和部門權(quán)限信息的管理。設(shè)計(jì)上采用B/S的形式，使用WCF來編程實(shí)現(xiàn)。

3.1.2 系統(tǒng)維護(hù)終端的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)維護(hù)終端分為用戶登錄與退出子模塊和基礎(chǔ)信息維護(hù)子模塊。

用戶登錄與退出主要實(shí)現(xiàn)用戶登錄、用戶退出和用戶切換。

基礎(chǔ)信息維護(hù)包括終端狀態(tài)管理、靜態(tài)機(jī)車管理和用戶管理。

終端狀態(tài)管理包括客戶端、服務(wù)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(duì)重點(diǎn)IP檢測(cè)，客戶端軟件檢測(cè)。對(duì)系統(tǒng)重要的客戶端IP地址注冊(cè)，提供方便、友好的增加、刪除、修改、查詢功能；服務(wù)器文件配置管理：為客戶提供方便、快捷、友好的自動(dòng)升級(jí)服務(wù)，提供版文章件和服務(wù)器文件目錄設(shè)置功能、用戶配置功能、日志配置功能；相關(guān)界面顯示：在線用戶顯示（包括IP地址、用戶名），監(jiān)視客戶端軟硬件運(yùn)行狀態(tài)，通過不同顏色區(qū)分運(yùn)行狀態(tài)，登錄用戶信息，并提供顯示功能；與client端用戶的消息傳遞：現(xiàn)場(chǎng)操作指導(dǎo)等功能，發(fā)送、接收消息，實(shí)時(shí)顯示client端界面和操作。

靜態(tài)機(jī)車管理包括機(jī)車基本信息管理、機(jī)車型號(hào)信息管理；對(duì)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(quán)限管理和部門管理。

賬戶管理提供對(duì)用戶名稱、權(quán)限、崗位的增加、刪除、修改、查詢功能；密碼重置提供對(duì)用戶密碼的重新設(shè)置；角色定義為系統(tǒng)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(tǒng)管理員提供原子操作的增加、刪除、修改、查詢和歸類；權(quán)限管理由系統(tǒng)管理員根據(jù)用戶崗位，對(duì)用戶所屬的角色進(jìn)行增加、刪除、修改、查詢，一個(gè)用戶可以有多個(gè)角色（崗位）；部門管理由系統(tǒng)管理員針對(duì)用戶基本部門信息的增加、刪除、修改、查詢，包括各個(gè)部門的相互關(guān)系以及所屬關(guān)系。

3.2 調(diào)度終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2.1 調(diào)度終端的設(shè)計(jì)

調(diào)度終端主要用于調(diào)度員。調(diào)度終端主要包括六個(gè)子模塊，分別是系統(tǒng)登錄、站場(chǎng)顯示、現(xiàn)貨統(tǒng)計(jì)、現(xiàn)車管理、調(diào)度命令和調(diào)度單模塊。設(shè)計(jì)上采用C/S的形式，使用C#來編程實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 調(diào)度終端的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)登錄模塊與系統(tǒng)維護(hù)終端的系統(tǒng)用戶登錄模塊功能實(shí)現(xiàn)一樣。

站場(chǎng)顯示模塊主要用于顯示各個(gè)站場(chǎng)的界面，和線路管理。

現(xiàn)貨統(tǒng)計(jì)模塊主要用于系統(tǒng)顯示當(dāng)前站場(chǎng)相應(yīng)軌道的車輛物資信息（空/重車、重車的物資名稱、數(shù)量、到站）的顯示，根據(jù)需要可以實(shí)時(shí)刷新。

現(xiàn)車管理模塊主要用于當(dāng)前站場(chǎng)線路上車輛的信息顯示，并可進(jìn)行信息導(dǎo)出。

調(diào)度命令模塊可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令的增加、刪除、修改、下發(fā)車站、下發(fā)機(jī)車、回執(zhí)查看和查詢，其中回執(zhí)查看和確認(rèn)的工作界面如圖3。

3.3 值班員終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.3.1 值班員終端的設(shè)計(jì)

值班員終端主要用于值班員，主要包括五個(gè)子模塊，分別是系統(tǒng)登錄、站場(chǎng)顯示、現(xiàn)貨統(tǒng)計(jì)、現(xiàn)車管理、調(diào)車作業(yè)單。設(shè)計(jì)上采用C/S的形式，使用VC++6.0來編程實(shí)現(xiàn)。

3.3.2 值班員終端的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)登錄、站場(chǎng)顯示、現(xiàn)貨統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)車管理這四個(gè)子模塊均與調(diào)度終端的對(duì)應(yīng)部分相同。

調(diào)車作業(yè)單模塊是本部分設(shè)計(jì)的中心部分。調(diào)車作業(yè)單模塊主要實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)單的新建、修改、刪除、打印預(yù)覽、打印、發(fā)送和查詢。

調(diào)車單模塊提供新增、修改、取消調(diào)車作業(yè)單等功能，用戶可以通過點(diǎn)擊站場(chǎng)股道列表編制調(diào)車作業(yè)單，還可以通過直接輸入的方式編制調(diào)車作業(yè)單，新增完畢或修改完畢進(jìn)行保存。新增調(diào)車作業(yè)單是新建一個(gè)調(diào)車作業(yè)計(jì)劃；修改調(diào)車作業(yè)單是對(duì)編制好的作業(yè)單進(jìn)行修改，對(duì)于調(diào)車作業(yè)單的修改，系統(tǒng)只允許用戶修改沒有完成的鉤計(jì)劃信息，對(duì)于已經(jīng)完成的鉤計(jì)劃不能進(jìn)行任何改動(dòng)。

調(diào)車計(jì)劃單可根據(jù)用戶定義格式進(jìn)行打印。在配置了車載終端的情況下，點(diǎn)擊發(fā)送命令，可以把選中的作業(yè)單發(fā)送到機(jī)車上。包括新增作業(yè)單的發(fā)送、修改后作業(yè)單的發(fā)送和取消作業(yè)單命令的發(fā)送，發(fā)送命令是否成功以是否收到機(jī)車臺(tái)相應(yīng)的回執(zhí)為準(zhǔn)。機(jī)車收到數(shù)據(jù)包后會(huì)給出回執(zhí)信息。

調(diào)度單模塊界面如圖4。

裝卸作業(yè)模塊實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)裝卸作業(yè)情況，自動(dòng)記錄調(diào)車作業(yè)過程，記錄信息有品名、進(jìn)出裝卸點(diǎn)時(shí)間等信息，裝卸車送裝時(shí)間、完成時(shí)間可以由人工錄入。提供查詢、修改、維護(hù)等功能。

裝卸模塊如圖5。

3.4 交接口終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

交接口終端模塊用于局車的進(jìn)出廠交接，可以記錄進(jìn)出廠與路局的交接時(shí)間，將到達(dá)列車的編組信息錄入系統(tǒng)，車輛出廠記錄貨物信息，并提供對(duì)信息的修改、刪除、查詢功能。設(shè)計(jì)上采用C/S的形式，使用VC++6.0來編程實(shí)現(xiàn)。

交接口終端功能設(shè)計(jì)上分為進(jìn)廠和出廠兩部分。進(jìn)廠的主要功能是列車進(jìn)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(jié)束語

按照客戶的需求計(jì)劃，系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和交通運(yùn)輸理論知識(shí)建立起一套在保證行車安全的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)輸調(diào)度管理現(xiàn)代化、自動(dòng)化和智能化，提高企業(yè)運(yùn)輸生產(chǎn)效率、改善運(yùn)輸作業(yè)的條件，使生產(chǎn)作業(yè)從計(jì)劃的制定、下達(dá)、執(zhí)行到反饋、監(jiān)督、評(píng)估、分析等環(huán)節(jié)做到了無縫鏈接，實(shí)現(xiàn)企業(yè)鐵路運(yùn)輸過程中的管理控制一體化。

參考文獻(xiàn)

[1]王一文.企業(yè)鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].蘭州交通大學(xué)，2012.

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