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圖1 鶴煤集團(tuán)鐵路運(yùn)輸組織結(jié)構(gòu)

    從圖1可知，從行政組織上，鶴礦運(yùn)輸部由三層結(jié)構(gòu)組成，運(yùn)輸部調(diào)度中心、三個(gè)大站作為管理站（集配站、東選站、興安站），每個(gè)管理站管轄數(shù)個(gè)小站。機(jī)車28臺(tái)（其中運(yùn)用機(jī)車16臺(tái)，12臺(tái)備用），有12臺(tái)機(jī)車在集配站待命，4臺(tái)機(jī)車在興安站待命。

    從業(yè)務(wù)上，運(yùn)輸部調(diào)度中心直接向各車站下達(dá)行車日計(jì)劃，每個(gè)車站收到計(jì)劃后，組織進(jìn)入本站作業(yè)的機(jī)車進(jìn)行調(diào)車作業(yè)，辦理調(diào)車進(jìn)路，下達(dá)調(diào)車作業(yè)計(jì)劃。

2 鐵路運(yùn)輸無線行車指揮系統(tǒng)方案

    根據(jù)以上業(yè)務(wù)和組織機(jī)構(gòu)，鶴礦集團(tuán)范圍內(nèi)有16臺(tái)機(jī)車在22個(gè)車站進(jìn)行調(diào)車作業(yè)和運(yùn)輸作業(yè)。每個(gè)車站對(duì)每個(gè)機(jī)車的控制指揮是調(diào)度指揮系統(tǒng)的關(guān)鍵。如何建成車站與機(jī)車之間、機(jī)車與機(jī)車之間、機(jī)車與調(diào)車人員之間的指揮平臺(tái)，是這個(gè)方案需要解決的問題。

    在這個(gè)系統(tǒng)中，車站是固定的，機(jī)車是移動(dòng)的，因此，該通信通道的建立是最主要的問題。因?yàn)樵撓到y(tǒng)中有移動(dòng)信息傳送，因此，用有線方式搭建該網(wǎng)絡(luò)是不行的。

    傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)是采用模擬電臺(tái)或數(shù)字電臺(tái)組成無線網(wǎng)絡(luò)，但是，在運(yùn)輸部的調(diào)度指揮系統(tǒng)中無法采用傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的無線平臺(tái)。

    2.1 采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的分析

    考慮到鐵路的行業(yè)特性，新的鐵路綜合信息平臺(tái)要滿足很多新的要求:

    ●   需要可靠的無線技術(shù)滿足列車在高速移動(dòng)中與車站和外界互聯(lián)；

    ●   需要在鐵路沿線架設(shè)安裝簡(jiǎn)便、易于維護(hù)、性能可靠的無線網(wǎng)絡(luò)；

    ●   需要有線技術(shù)與無線技術(shù)結(jié)合滿足列車高速移動(dòng)中的信息需求；

    ●   需要足夠的無線帶寬滿足視頻、數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的傳輸；

    ●   設(shè)備能夠耐受惡劣環(huán)境保證信息系統(tǒng)正常工作等。

    在寬帶無線接入領(lǐng)域，各種無線通信技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，一種新的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——無線mesh網(wǎng)絡(luò)也逐漸發(fā)展起來，引起了人們廣泛的注意。 

    MESH無線網(wǎng)絡(luò)方案，為用戶提供自組網(wǎng)、高帶寬、高速漫游等先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，產(chǎn)品經(jīng)受了嚴(yán)寒等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，是建設(shè)中國(guó)鐵路車站與列車間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最佳選擇之一。

    2.2 MESH無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn) 

    MESH采用當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)的編碼和無線組網(wǎng)技術(shù)。按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，多層概念設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)。并且基于多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來完成對(duì)外應(yīng)用接口。系統(tǒng)具有技術(shù)領(lǐng)先性，架構(gòu)合理性，并且對(duì)應(yīng)用和無線網(wǎng)絡(luò)具有無限的擴(kuò)展和延伸能力。

    該無線網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：

    （1)多跳設(shè)計(jì)：無線網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的目標(biāo)是在不犧牲信道容量的情況下，擴(kuò)展現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。另一個(gè)目標(biāo)是在不具有直接視距無線鏈路的用戶之間，提供非視距連接。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，不可避免的要采用多跳mesh網(wǎng)絡(luò)。多跳mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，無線鏈路間更短、發(fā)射功率更小、節(jié)點(diǎn)間干擾更少和頻率重用效率更高,這樣可以在不犧牲信道容量的前提下獲得更高的系統(tǒng)容量。適合大面積廠外部署，無盲區(qū)特點(diǎn)，覆蓋大面積開放區(qū)域。

    （2）支持adhoc方式網(wǎng)絡(luò)互連,具有自組織、自管理、自愈能力。無線mesh網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、易于部署和配置、容錯(cuò)以及網(wǎng)狀連接多點(diǎn)到多點(diǎn)通信等特點(diǎn),使得無線mesh網(wǎng)的初始部署成本相當(dāng)?shù)?并且可以根據(jù)需要逐步擴(kuò)容。自組織自愈能力使得無線meh網(wǎng)不需要網(wǎng)絡(luò)管理員來手工配置網(wǎng)絡(luò),而可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn),自動(dòng)完成配置過程,自動(dòng)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行,在出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)/鏈路故障時(shí)也可自動(dòng)調(diào)整完成網(wǎng)絡(luò)自愈，節(jié)點(diǎn)之間切換速度快，適合音頻視頻的數(shù)據(jù)傳輸。

    （3）網(wǎng)狀網(wǎng)： 不依賴于任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，具有更大的冗余機(jī)制和通信負(fù)載平衡功能，結(jié)構(gòu)像一張大的漁網(wǎng)，縱橫交錯(cuò)，不會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的故障而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無法運(yùn)作。任意點(diǎn)都可以是中心點(diǎn)，也就是無中心點(diǎn)。各點(diǎn)互通，隨時(shí)作瞬間通路切換。具有自組網(wǎng)功能，可隨時(shí)隨地組網(wǎng)，支持高帶寬的高速移動(dòng)，有流量和負(fù)載平衡功能，簡(jiǎn)便易用，無需復(fù)雜的設(shè)置。

    （4）高帶寬：支持54Mbps 帶寬組網(wǎng)，用戶可用帶寬達(dá)27Mbps。

    （5)  易于安裝：為室內(nèi)室外任意地點(diǎn)提供以太網(wǎng)連接，無需復(fù)雜的專業(yè)設(shè)置。

    （6）具有無線中繼和漫游能力，可以非視距傳輸。

    2.3 無線組網(wǎng)

    在鐵路運(yùn)輸無線調(diào)度指揮系統(tǒng)中，組網(wǎng)要求：采用mesh無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)車載臺(tái)、調(diào)度室、調(diào)車組手持機(jī)之間語(yǔ)音通信和信息傳送。實(shí)現(xiàn)各站設(shè)備間的信息共享。

    在調(diào)度中心（各車站調(diào)度室）安裝mesh節(jié)點(diǎn)，在機(jī)車和區(qū)間適當(dāng)位置安裝mesh設(shè)備，組成無線調(diào)度指揮網(wǎng)絡(luò)。

    在車站和車站之間要實(shí)現(xiàn)無線連接。在車站甲調(diào)度室安裝mesh設(shè)備，外接一個(gè)全向天線，在車站乙、丙、丁等安裝mesh設(shè)備，外接定向天線和車站甲相對(duì)，使車站甲和車站乙、丙、丁等之間建立無線連接。

    通過以上組網(wǎng)，形成各車站間相互疊加覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)，使在此網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)的機(jī)車臺(tái)和手持機(jī)，實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)的移動(dòng)連接。

    調(diào)度室行調(diào)臺(tái)、機(jī)車臺(tái)、手持機(jī)都是一個(gè)單獨(dú)的計(jì)算機(jī)終端，通過語(yǔ)音卡實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信（網(wǎng)絡(luò)電話對(duì)講）；通過網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信（調(diào)車單信息傳送）。在機(jī)車臺(tái)、行調(diào)臺(tái)、手持機(jī)上都有顯示屏，通過顯示屏顯示調(diào)車單內(nèi)容。

    在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，他們可以通過撥號(hào)或固定按鍵，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)呼、群呼。網(wǎng)絡(luò)中通信是雙工方式，各自有獨(dú)一無二的地址和名稱，相互之間沒有干擾。

    2.4 鶴礦集團(tuán)無線調(diào)度指揮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    從圖2可知，系統(tǒng)由以下幾部分組成：集配站、東選站、興安站與相關(guān)的車站之間建成無線網(wǎng)絡(luò)，完成各車站與調(diào)車組，機(jī)車司機(jī)與車站之間，機(jī)車相互之間的語(yǔ)音、指令傳輸、調(diào)車單傳遞、語(yǔ)音錄音等功能。

    機(jī)車在不斷的行進(jìn)中，建立無線網(wǎng)絡(luò)鏈路，構(gòu)成車載無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。然而，由于機(jī)車行進(jìn)中有許多特殊情況，使得一般的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和建設(shè)選型難以滿足應(yīng)用的需要。

    （1）機(jī)車行進(jìn)中，環(huán)境條件惡劣，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性要求很高。

    （2）機(jī)車相對(duì)位置不斷變化，無法使用高增益定向天線。

    （3）行進(jìn)的速度不同，機(jī)車行進(jìn)的位置順序不同，28臺(tái)機(jī)車在4個(gè)車站內(nèi)交替運(yùn)行，所對(duì)應(yīng)的調(diào)度室不同，無法建立對(duì)某一個(gè)調(diào)度室的連接。

    （4）在機(jī)車運(yùn)行過程中有可能超出網(wǎng)絡(luò)連接空間，當(dāng)重新進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要有自動(dòng)建立連接的功能。

    由于鶴礦集團(tuán)運(yùn)輸部車站多，機(jī)車分散，對(duì)無線調(diào)度指揮系統(tǒng)的可靠性和帶寬要求很強(qiáng)，針對(duì)這樣的系統(tǒng)需求，我們選用了MESH的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案。該解決方案不僅可靠性高，而且具有較寬的帶寬，帶寬可以達(dá)到54M。該產(chǎn)品采用2.4G頻段，不需要申請(qǐng)頻點(diǎn)，2.4G頻段是世界公開的數(shù)據(jù)頻段。同時(shí)該設(shè)備具有從零下40℃到零上55℃超寬溫度范圍。所有設(shè)備是全密封的，防塵、防水性能極佳，對(duì)于各種惡劣氣候條件完全適應(yīng)。基本做到免維護(hù)。

    由于機(jī)車在行進(jìn)過程中，各車的相對(duì)位置難以確定，無法選用高增益的定向天線，而只能使用全向天線，為此我們選用8dBi全向天線，完全保證了車輛行駛過程中鏈路的穩(wěn)定連接。

    系統(tǒng)防雷、防各種環(huán)境干擾是必不可少的考慮因素，因此，對(duì)于車載系統(tǒng)設(shè)備和附件的選擇也統(tǒng)一考慮。

    在站間適當(dāng)位置安裝無線mesh和定向天線，使無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個(gè)礦區(qū)鐵路線路。可以覆蓋的位置如圖3所示。