CN201136528Y - 基于gprs的列车无线监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于GPRS无线网络的列车远程无线监控系统。该系统通过安装在机车中的GPRS终端从机车中采集数据，利用GPRS无线网络将数据发送到地面服务器，地面各个监控站通过共享服务器数据从而达到对远程列车的无线监控。该系统设计简单，实用性很强。

Description

基于GPRS的列车无线监控系统

技术领域

本实用新型涉及GPRS无线网络和铁路机车的远程监控和故障诊断，属于一种应用GPRS无线网络实现广域范围内对列车实施无线监控的系统。

背景技术

随着我国铁路信息化的建设，我国轨道交通快速发展，每年都有大量新的机车、地铁、轻轨、动车组投入运营，铁路相关企业投入的售后服务、技术支持的人员越来越多。由于线路上运行的列车总的数目在不断增加，出现问题的机车相对增多，因此快速、方便的故障定位、故障排除就成了摆在我们面前的一大问题。

目前主流的无线技术主要包括：蓝牙、Radio、ZigBee、WLAN、GPRS、CDMA等，显然蓝牙、ZigBee由于传输距离有限而难以满足我们的需求；而Radio虽然可以实现远距离传输，但是由于其设备相对昂贵，同时需要在铁路沿线铺设专门的基站，建设成本相当高也难满足要求；GPRS和CDMA由于有专门的网络公司经营，网络信号好，可以满足我们对高速率、远距离、低成本的要求，但考虑到我国铁路线路分布广泛，包括一些偏远地区和山区，相比较而言，GPRS的网络覆盖面显得更广一些，更适合我们的需求。

通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用分组交换技术，数据传输速率高达160Kbps。分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路由，以存储转发的接力方式送到目的端，而组装成完整的数据。分组交换可以使不同的数据传输“共用”传输带宽：有数据占用带宽，无数据时不占用，从而分享资源。采用分组交换的GPRS则可灵活运用无线信道，每一个用户可以有多个无线信道，而同一信道又可以由几个用户共享，从而极大地提高了无线资源的利用率。由于GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，不需要利用电路交换模式的网络资源；从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。GPRS具有永远在线、高速传输、按流量计费的优点。

Socket通讯主要使用的是两个协议：TCP协议和UDP协议，这两个协议都是建立在TCP/IP参考模型的传输层上的通讯协议。UDP协议是一种简单的面向数据报的传输协议，它实现的是不可靠的无连接的数据服务，通常用于不要求可靠传输的场合；TCP协议被用来在不可靠的互联网中为应用程序提供可靠的端一端的字节流服务，为了实现可靠的数据传输服务，TCP提供了对段的检查、应答、重传和排序的功能，提供了可靠的建立连接和拆除连接的方法，还提供了流量控制和拥塞控制的机制。由于我们的系统对数据的可靠性要求比较高，所以采用可靠的面向连接的TCP协议。

发明内容

本实用新型针对目前列车诊断监控中存在的问题，研发了一种兼容性高、设计新颖、灵活性强可以实现远程监控和诊断功能的系统。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种基于GPRS无线网络的列车监控系统，包括GPRS终端、GPRS天线、CGSN、防火墙、地面服务器和远程监控站，其特征在于所述的GPRS终端通过列车总线接口从列车中获取数据，经过内部主控芯片及GPRS模块的协同工作将采集到的数据发送到GPRS网络中；所述的CGSN将GPRS数据包和Internet数据包进行协议转化，保证GPRS网络和Internet网络间数据透明传输；所述的地面服务器接收GPRS终端和各个监控站的数据，同时在地面服务器和各个监控站之间建立数据转发通道，确保GPRS终端和监控站之间实现点对点通讯；所述的地面监控站提供强大的数据分析比较功能，可以通过行车数据进行远程实时故障诊断，同时发送指令给GPRS终端。

所述监控系统，在GPRS和服务器、服务器和监控终端之间都采用了TCP通讯协议，服务器和监控终端之间采用了基于C/S构架的网络模式。

所述的服务器端软件，具有数据转发功能以及同时接收GPRS终端和远程监控站的数据，并且在GPRS终端和远程监控站之间建立数据转发通道；当有多个GPRS终端和多个远程监控站同时接入服务器时，服务器能够建立多个通道同时完成数据转发的功能。

与现有技术相比较，本实用新型的优点在于：

1、监控站和地面服务器通讯使用了C\S模式的构架，确保数据安全可靠；

2、服务器端软件具备心跳数据检测功能，可能根据GPRS终端的心跳数据判断其工作状态；

3、监控站软件强大的数据分析，可以直接对控制系统进行诊断；

4、借助现有的GPRS网络，不需建设专门的无线网络，没有基础建设费用，项目实施快速，效果良好；

5、不需要购置昂贵的设备、运营成本低廉；

6、数据传输速度快、信号稳定、不受地域和天气的限制；

7、地面监控站的位置也不受地域影响，只要能够接入Internet即可。

附图说明

图1无线监控系统工作原理图；

图2无线监控方案示意图。

在图中：1、远程监控站2、防火墙3、地面服务器4、CGSN5、GPRS无线6、GPRS终端。

具体实施方式

如图1-图2所示的一种基于GPRS无线网络的列车监控系统，其特征是：

A、将GPRS终端接入机车的网络控制系统，直接从网络中获取数据，然后将数据以GPRS分组数据包的形式发送到GPRS网络中，GPRS网络数据经过CGSN进行协议转化，将数据包转化为TCP\IP数据包，该数据包达到地面服务器。各个远程监控站通过从地面服务器获取数据，从而可以达到数据分析、远程监控、故障诊断的目的。该GPRS无线监控系统在服务器和监控站的通讯过程中采用了基于C/S的网络模式，这种模式可以很大程度上提高监控系统的安全性，同时由于C/S模式传输的数据量比较小，使得系统的实时性更好。

B、其数据的传输途径为：机车控制网络<->GPRS终端<->地面服务器<->远程监控站。机车控制网络为原诊断系统所有，因此这里只要考虑GPRS终端、地面服务器、远程监控站三部分就可以了。

GPRS终端要完成机车行车数据采集和通讯协议转换工作，在整个无线监控系统中处于核心地位，该终端性能的好坏直接影响到整个网络的性能。在硬件的设计选型中，我们使用的GPRS模块为Siemens的MC35，这是Siemens公司推出的新一代定位于工业级的无线通信GSM模块，该模块可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据传输。由于最终数据要通过Internet传输，为此必须使用到TCP/IP协议栈，考虑到我们实际的使用情况，只用到TCP、UDP、IP、APR等几个很少的TCP/IP协议就可以满足我们的需求，为此我们将TCP/IP协议栈裁减后直接内嵌到硬件中，而没有使用现成的网络控制芯片，这样在简化电路、减少干扰的情况下也提高了系统的执行效率。CPU对GPRS的操作完全通过使用AT指令来实现。

地面服务器主要是起到数据转发的功能，同时实现对网络连接的管理。当然数据转发是建立在对网络连接管理的基础上的。当有多个列车GPRS终端和客户端即远程监控站接入服务器时，如何在某一客户端或多个客户端和某一指定列车GPRS终端建立数据转发通道就显得尤为重要。这里采用动态表形式对所有的链接进行管理。在客户端接入服务器时，客户端需要提交所要监控列车的编号，根据该编号，服务器将为该客户端和该列车建立起一条透明的链路，双方可以进行数据传输。当该客户端要退出监控或中断连接时该链路自动拆除。依靠这个动态表可以方便的实现对所有动车组和客户端接入的管理。同时，通过GPRS终端的心跳数据，服务器可以获取当前GPRS终端的工作状态，便于进行网络管理。

远程监控站有两方面的功能，一方面和地面服务器使用TCP协议进行数据交互，另一方面要对从GPRS终端接收过来的数据进行分析和提供人机接口供用户发送监控指令到GPRS终端。与地面服务器的通讯是采用基于C\S构架的网络模型，借助TCP协议完成和服务器的数据交互。对数据的分析功能主要是通过曲线分析、比较分析、数据记录、报表输出等模块实现的。

Claims (1)

1、一种基于GPRS无线网络的列车监控系统，包括GPRS终端(6)、GPRS天线(5)、CGSN(4)、防火墙(2)、地面服务器(3)和远程监控站(1)，其特征在于所述的GPRS终端通过列车总线接口从列车中获取数据，经过内部主控芯片及GPRS模块的协同工作将采集到的数据发送到GPRS网络中；所述的地面服务器接收GPRS终端和各个监控站的数据，同时在地面服务器和各个监控站之间建立数据转发通道，同时发送指令给GPRS终端。

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