3G無(wú)線數(shù)傳在廠礦企業(yè)中的應(yīng)用

黃　新　　章建國(guó)（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東　湛江　524000）

3G無(wú)線數(shù)傳在廠礦企業(yè)中的應(yīng)用

黃新章建國(guó)
（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東湛江524000）

摘要：隨著廠礦企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各種數(shù)據(jù)信號(hào)的采集及傳輸有了更高的要求，特別對(duì)于終端數(shù)據(jù)采集及傳輸，從有線到無(wú)線、從有人值守到無(wú)人操作的轉(zhuǎn)變已成趨勢(shì)。利用無(wú)線數(shù)傳系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)或者各種物理量進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸?shù)胶蠓竭M(jìn)行集中處理，已經(jīng)得到十分廣泛的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳輸?shù)姆绞揭苍诓粩嘧兓?。本文通過(guò)對(duì)3G無(wú)線數(shù)傳技術(shù)在鐵水運(yùn)輸調(diào)度跟蹤系統(tǒng)中應(yīng)用的介紹，探討了3G通信技術(shù)在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用的可行性，為今后3G無(wú)線數(shù)傳在廠礦企業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：信號(hào)采集；無(wú)線數(shù)傳；3G；VPDN

一、無(wú)線數(shù)傳系統(tǒng)介紹

無(wú)線數(shù)傳系統(tǒng)是分布式數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制系統(tǒng)，目前常見無(wú)線數(shù)傳系統(tǒng)大多采用自建基站或者M(jìn)DS無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)的方式，利用WiFi、ZigBee或者RFID射頻識(shí)別等無(wú)線通信技術(shù)，進(jìn)行終端數(shù)據(jù)的接入與傳輸。

二、VPDN技術(shù)

VPDN（VirtualPrivateDial－up Networks）又稱為虛擬專用撥號(hào)網(wǎng)，是VPN業(yè)務(wù)的一種，指利用公共網(wǎng)絡(luò)的撥號(hào)及接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的虛擬專用網(wǎng)，為企業(yè)、移動(dòng)辦公人員提供快速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

VPDN接入原理：

（1）概念介紹

①遠(yuǎn)端用戶

用戶終端（手持終端、車載終端）。

②LAC（L2TPAccessConcentrator）

LAC是指網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器，即附屬在網(wǎng)絡(luò)上的具有PPP端系統(tǒng)和L2TP協(xié)議處理能力的設(shè)備，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

③LNS（L2TPNetworkServer）

LNS是指L2TP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，也是L2TP隧道的終點(diǎn)。在VPDN中的LNS，一般指企業(yè)客戶端的路由器，用來(lái)終結(jié)L2TP協(xié)議。

④隧道（tunnel）

圖1

“隧道”是指封裝的數(shù)據(jù)包在互聯(lián)網(wǎng)上傳遞時(shí)所經(jīng)過(guò)的邏輯路徑，通常一個(gè)LAC和LNS以及連接二者之間的邏輯數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)成一個(gè)“隧道”。

⑤會(huì)話（session）

復(fù)用在隧道連接之上，用于表示承載在隧道連接中的每個(gè)PPP會(huì)話過(guò)程。

⑥AAA（Authenticationg、Authorizationg andAccountiong）

具有認(rèn)證、授權(quán)、與計(jì)費(fèi)服務(wù)器，在VPDN業(yè)務(wù)中完成域名的認(rèn)證以及企業(yè)接入用戶名和密鑰的認(rèn)證。

（2）VPDN接入流程

①?gòu)S區(qū)3G用戶終端（手持終端、車載終端），通過(guò)已分配的帳號(hào)和密碼，撥號(hào)接入運(yùn)營(yíng)商公共網(wǎng)絡(luò)（即用戶發(fā)起與LAC之間的PPP連接）。

②LAC通過(guò)Radius對(duì)終端用戶進(jìn)行第一層Radius認(rèn)證，對(duì)域名進(jìn)行認(rèn)證。

③Radius根據(jù)域名返回對(duì)應(yīng)的隧道屬性，包括LNSIP、隧道類型、隧道密碼等。

④LAC根據(jù)隧道屬性向LNS發(fā)起建立隧道請(qǐng)求。

⑤LAC與LNS間建立L2TP隧道。

⑥在隧道中為用戶建立Session，LAC把和用戶協(xié)商得到的LCP選項(xiàng)和驗(yàn)證信息送給LNS。

⑦LNS向二層Radius發(fā)起對(duì)用戶帳號(hào)/密碼的認(rèn)證，并為用戶分配IP地址。

⑧Radius認(rèn)證通過(guò)返回相關(guān)信息給LNS。

⑨LNS為終端用戶反饋IP地址及相關(guān)信息。

圖2

三、3G無(wú)線數(shù)傳在鐵水運(yùn)輸調(diào)度跟蹤系統(tǒng)中的應(yīng)用

鐵水運(yùn)輸調(diào)度跟蹤系統(tǒng)介紹

鐵水運(yùn)輸調(diào)度跟蹤系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)重要的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)鐵水運(yùn)輸及調(diào)度管理有至關(guān)重要的作用，該系統(tǒng)由終端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、無(wú)線數(shù)傳子系統(tǒng)、接口子系統(tǒng)以及后臺(tái)服務(wù)器組成。

前端信號(hào)采集設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息、機(jī)車狀態(tài)信息、車載終端信號(hào)采集，進(jìn)行簡(jiǎn)單處理轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的格式，通過(guò)對(duì)應(yīng)的接口子系統(tǒng)、無(wú)線數(shù)傳子系統(tǒng)，傳送至后方管控中心服務(wù)器。管控中心管理終端、服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)車載數(shù)據(jù)采集終端、手持機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互，傳輸通道為3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，核心技術(shù)為運(yùn)營(yíng)商VPDN隧道技術(shù)。

（1）終端設(shè)備

每臺(tái)機(jī)車配置1臺(tái)機(jī)車車載終端，用于接收并顯示管控中心下發(fā)的作業(yè)計(jì)劃、鐵水調(diào)度指令，在車載終端接收到新的作業(yè)指令時(shí)，將利用聲光報(bào)警提示機(jī)車司機(jī)開始作業(yè)，當(dāng)一條作業(yè)指令執(zhí)行完成后，通過(guò)終端進(jìn)行確認(rèn)反饋。

此外，車載終端通過(guò)對(duì)機(jī)車運(yùn)行速度、狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控，結(jié)合路段信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)車速進(jìn)行監(jiān)控與預(yù)警；并且通過(guò)通訊接口接收RFIDReader的數(shù)據(jù)以及機(jī)車控制系統(tǒng)采集到的機(jī)車速度、狀態(tài)等信息，發(fā)送給管控中心服務(wù)器。同時(shí)對(duì)RFIDReader、RFIDTAG等設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)管理。

為了滿足司機(jī)在離車情況下對(duì)作業(yè)指令的瀏覽、確認(rèn)，每位司機(jī)配置一臺(tái)手持式數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，通過(guò)此手持式數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備司機(jī)可實(shí)現(xiàn)調(diào)度指令的查詢、確認(rèn)以及對(duì)講功能等。

（2）服務(wù)器

管控中心機(jī)房中配置有2臺(tái)服務(wù)器，系統(tǒng)采用兩層架構(gòu)，2臺(tái)服務(wù)器采用熱備冗余。在服務(wù)器端安裝服務(wù)器軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，根據(jù)接收到的機(jī)車位置信息以及混鐵車信息進(jìn)行處理、判斷以及保存，并且實(shí)現(xiàn)鐵水運(yùn)輸跟蹤子系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的通訊。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與外部系統(tǒng)之間的通訊均全部采用防火墻進(jìn)行預(yù)防，通過(guò)通訊中間件實(shí)現(xiàn)信息交互。

管控中心配置1臺(tái)管理終端，對(duì)操作調(diào)度人員，可以隨時(shí)查看更細(xì)致動(dòng)態(tài)的車輛運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)跟蹤鐵水生產(chǎn)過(guò)程信息。管理終端具備顯示屏，可同時(shí)顯示不同的內(nèi)容。在管理終端上安裝客戶端軟件，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)，將鐵路、機(jī)車、混鐵車等對(duì)象都以圖形化的方式在顯示屏上顯示，提供鐵路線路動(dòng)態(tài)線路信息（混鐵車和機(jī)車位置數(shù)據(jù)）。同時(shí)將采集到的鐵水生產(chǎn)信息，實(shí)時(shí)的反應(yīng)在跟蹤主畫面上，或者通過(guò)圖表列表方式進(jìn)行詳細(xì)數(shù)據(jù)的查詢。

此外，管理終端提供日常維護(hù)、歷史數(shù)據(jù)查詢、段位信息設(shè)置、機(jī)車混鐵車信息設(shè)置、報(bào)表生成等功能。

（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸

系統(tǒng)制式：CDMAEVDO

CDMA網(wǎng)的工作頻段為：

825MHz-835MHz（基站收，移動(dòng)臺(tái)發(fā)）

870MHz-880MHz（基站發(fā)，移動(dòng)臺(tái)收）

共計(jì)10MHz頻段。

3G通信模塊要求：

①標(biāo)準(zhǔn)及頻段：支持CDMA2000 1XEVDORevA800MHz單頻，可選800/1900MHz雙頻，450MHz單頻；支持IS-95A/B和CDMA20001xRTT無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；

②理論帶寬：下行速率3.1Mbps，上行速率1.8Mbps，可選EVDORev.B：下行速率14.7Mbps，上行速率5.4Mbps；

③發(fā)射功率：<23dBm；

④以太網(wǎng)接口：1個(gè)10/100M以太網(wǎng)口（RJ45插座），自適應(yīng)MDI/MDIX，內(nèi)置1.5kV電磁隔離保護(hù)；

⑤數(shù)據(jù)接口：1個(gè)RS232串口（或RS422/RS485），內(nèi)置15kVESD保護(hù)。

結(jié)語(yǔ)

作為企業(yè)用戶，只需考慮前端采集信號(hào)的無(wú)線接入，所有的應(yīng)用系統(tǒng)全部集中在后方管控中心，數(shù)據(jù)集中處理，按照權(quán)限共享，中間信息數(shù)據(jù)的傳輸都交給運(yùn)營(yíng)商在廠區(qū)范圍內(nèi)全覆蓋的3G網(wǎng)絡(luò)，大大節(jié)省了企業(yè)對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)硬件的建設(shè)及維護(hù)成本。而且，通過(guò)VPDN專線傳輸，享受和有線專網(wǎng)一樣的高速率數(shù)據(jù)交互。可以推廣到廠礦企業(yè)其他無(wú)線數(shù)傳系統(tǒng)應(yīng)用中。

參考文獻(xiàn)

[1]賀德強(qiáng)，張銳鋒，苗劍.基于3G終端機(jī)車狀態(tài)信息傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，36（05）：714-715.

中圖分類號(hào)：TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A