一种基于Mesh网络的矿区信息化系统的设计与实现

杨建军

摘 要：运用现代的MESH网络技术，文章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

随着计算机技术的快速发展，越来越多的企业意识到了信息化建设的重要性，加大了在信息化建设上的投资，一系列主流的IT技术也应用到企业信息化建设中，特别是近几年来，我国铁路事业快速发展，一系列适应我国铁路发展的信息化系统快速应用到铁路行业之中，逐步实现了我国铁路的信息化建设。但是我国企业铁路信息化建设不能照搬国铁的模式，应该结合自身的特点，设计出适合自身发展运营的铁路运输调度管理系统。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]。文章结合某矿区铁路运输调度管理系统的实际需求，主要说明了铁路调度运输管理系统的设计功能实现。在本系统设计中，还采用了无线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。

考虑到矿区的生产条件恶劣，采用无线和有线共同组网的方式；即使因事故或者自然灾害导致部分设备受损，MESH MEA网络也不会全部受阻，其他未受损害的网络设备仍能正常工作。

2 系统设计方案

系统采用规范化的软件开发设计方案与新兴的主流软件技术相结合。在软件体系结构设计中，为了与具体业务功能相适应，降低系统的维护成本与工作量，充分分析了B/S与C/S结构模式的优缺点，整个系统采用了B/S与C/S相结合的结构。同时为了便于系统的开发和不同数据库之间的连接和移植方便，采用“抽象工厂”模式，使系统的扩展性大大增强，大量使用ORACLE数据库的存储过程和游标来完成具体业务的数据处理，大大加快了系统的运行速度。利用WCF技术，在客户端实现其领导层的查询功能，查询信息能够实时准确的反应现场生产作业情况，为其做出合理决策提供依据。

系统设计为三层结构，分为最上层，中间层和最下层。

系统的最上层是信息系统，它获得各车站及区间行车作业数据和货运数据，建立中心数据库，在获得真实数据的基础上为领导的决策提供真实可靠的信息，实现调车指挥的现代化管理。

系统的中间层安装了行调终端、助理终端和现车显示终端以及大屏幕，为调度指挥提供指挥工具。调度中心不仅完成了基层网信息的汇总、处理和标准化，而且按照一定的要求将基层信息通过网络传输到上层数据库。

系统的最下层是基层设备，主要包括车站联锁系统、区间闭塞系统、无线车次号自动校核系统等。

系统的框架结构如图1。

2.1 系统硬件组成

矿区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。

2.2 系统网络规划

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2。

2.3 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。

2.4 系统软件组成

系统软件设计采用终端用户设计，共设计4个终端模块，分别为系统维护终端、调度终端、值班员终端和交接口终端。

3 系统各个终端模块设计与实现

3.1 系统维护终端的设计与实现

3.1.1 系统维护终端的设计

系统维护终端主要负责系统基础信息，包括铁路相关信息、车辆信息、机务信息和部门权限信息的管理。设计上采用B/S的形式，使用WCF来编程实现。

3.1.2 系统维护终端的实现

系统维护终端分为用户登录与退出子模块和基础信息维护子模块。

用户登录与退出主要实现用户登录、用户退出和用户切换。

基础信息维护包括终端状态管理、静态机车管理和用户管理。

终端状态管理包括客户端、服务器文件配置、界面显示和与客户端用户的消息传递。

客户端管理针对重点IP检测，客户端软件检测。对系统重要的客户端IP地址注册，提供方便、友好的增加、删除、修改、查询功能；服务器文件配置管理：为客户提供方便、快捷、友好的自动升级服务，提供版文章件和服务器文件目录设置功能、用户配置功能、日志配置功能；相关界面显示：在线用户显示（包括IP地址、用户名），监视客户端软硬件运行状态，通过不同颜色区分运行状态，登录用户信息，并提供显示功能；与client端用户的消息传递：现场操作指导等功能，发送、接收消息，实时显示client端界面和操作。

静态机车管理包括机车基本信息管理、机车型号信息管理；对信息增加、删除、修改、查询、打印。

用户管理包括账户管理、密码重置、角色定义、操作定义、权限管理和部门管理。

账户管理提供对用户名称、权限、岗位的增加、删除、修改、查询功能；密码重置提供对用户密码的重新设置；角色定义为系统管理员提供角色的增加、删除、修改、查询以及角色包含操作，角色可以由原子组成，也可以包含角色；操作定义为系统管理员提供原子操作的增加、删除、修改、查询和归类；权限管理由系统管理员根据用户岗位，对用户所属的角色进行增加、删除、修改、查询，一个用户可以有多个角色（岗位）；部门管理由系统管理员针对用户基本部门信息的增加、删除、修改、查询，包括各个部门的相互关系以及所属关系。

3.2 调度终端的设计与实现

3.2.1 调度终端的设计

调度终端主要用于调度员。调度终端主要包括六个子模块，分别是系统登录、站场显示、现货统计、现车管理、调度命令和调度单模块。设计上采用C/S的形式，使用C#来编程实现。

3.2.2 调度终端的实现

系统登录模块与系统维护终端的系统用户登录模块功能实现一样。

站场显示模块主要用于显示各个站场的界面，和线路管理。

现货统计模块主要用于系统显示当前站场相应轨道的车辆物资信息（空/重车、重车的物资名称、数量、到站）的显示，根据需要可以实时刷新。

现车管理模块主要用于当前站场线路上车辆的信息显示，并可进行信息导出。

调度命令模块可以实现调度命令的增加、删除、修改、下发车站、下发机车、回执查看和查询，其中回执查看和确认的工作界面如图3。

3.3 值班员终端的设计与实现

3.3.1 值班员终端的设计

值班员终端主要用于值班员，主要包括五个子模块，分别是系统登录、站场显示、现货统计、现车管理、调车作业单。设计上采用C/S的形式，使用VC++6.0来编程实现。

3.3.2 值班员终端的实现

系统登录、站场显示、现货统计和现车管理这四个子模块均与调度终端的对应部分相同。

调车作业单模块是本部分设计的中心部分。调车作业单模块主要实现调车作业单的新建、修改、删除、打印预览、打印、发送和查询。

调车单模块提供新增、修改、取消调车作业单等功能，用户可以通过点击站场股道列表编制调车作业单，还可以通过直接输入的方式编制调车作业单，新增完毕或修改完毕进行保存。新增调车作业单是新建一个调车作业计划；修改调车作业单是对编制好的作业单进行修改，对于调车作业单的修改，系统只允许用户修改没有完成的钩计划信息，对于已经完成的钩计划不能进行任何改动。

调车计划单可根据用户定义格式进行打印。在配置了车载终端的情况下，点击发送命令，可以把选中的作业单发送到机车上。包括新增作业单的发送、修改后作业单的发送和取消作业单命令的发送，发送命令是否成功以是否收到机车台相应的回执为准。机车收到数据包后会给出回执信息。

调度单模块界面如图4。

装卸作业模块实时跟踪现场装卸作业情况，自动记录调车作业过程，记录信息有品名、进出装卸点时间等信息，装卸车送装时间、完成时间可以由人工录入。提供查询、修改、维护等功能。

装卸模块如图5。

3.4 交接口终端的设计与实现

交接口终端模块用于局车的进出厂交接，可以记录进出厂与路局的交接时间，将到达列车的编组信息录入系统，车辆出厂记录货物信息，并提供对信息的修改、删除、查询功能。设计上采用C/S的形式，使用VC++6.0来编程实现。

交接口终端功能设计上分为进厂和出厂两部分。进厂的主要功能是列车进厂信息录入、修改、删除和查询。出厂的主要功能是列车出厂信息录入、修改、删除和查询。

4 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.