基于GPRS的列车无线监控系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于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。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及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。
技术介绍
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提供了对段的检査、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。
技术实现思路
本技术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。 本专利技术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，本技术的优点在于1、 监控站和地面服务器通讯使用了as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Intemet即可。附图说明图l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、 CGSN 5、 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TCPUP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釆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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔殿国，赵国平，
申请(专利权)人：谢步明，
类型：实用新型
国别省市：91[中国|大连]