中车大连电力牵引研发中心有限公司 孙文静 刘艳龙 杨天奇

蒙内铁路车载无线传输设备实现了将机车实时数据信息和故障等信息通过无线传输网络（Wi-Fi/4G）等链路发送到地面服务器。同时无线传输设备可以向车载主控管理设备、地面服务器发送GPS信息、网络状态信息、日志信息等，实现了无线传输设备与车载主控管理设备、地面服务器的信息交互。本文介绍了蒙内铁路车地通信系统无线传输设备软件设计和主要实现功能。

蒙内铁路车地通信系统配属的无线传输设备，主要功能是接收机车主控管理设备发来的实时运行数据、故障数据和历史数据等，并通过无线传输网络（Wi-Fi/4G等）将数据发送至地面服务器。同时地面服务器可以向无线传输设备以及通过无线传输设备向车载主控管理设备发送相关请求指令，实现机车、无线传输设备、地面服务器之间的实时通信。无线传输设备与车载主控管理设备实时通信，主要包括主控管理设备和无线传输设备互发生命信号，无线传输设备向主控管理设备发送GPS信息和网络状态信息，主控管理设备向无线传输设备发送改变设备名称、改变Wi-Fi用户名密码等信息。无线传输设备具备数据记录与自诊断功能，记录接收到的主控管理设备数据以及发送至地面服务器的数据，实时进行设备自诊断，并将自诊断结果记录到日志中。当地面服务器向无线传输设备发送数据下载请求时，无线传输设备会以文件的方式向地面服务器发送。

1 系统架构

蒙内铁路车地通信系统无线传输设备架构如图1所示。无线传输设备与车载主控管理设备、地面服务器采用以太网UDP通信。主控管理设备将地面服务器所需数据发送到无线传输设备，无线传输设备再通过无线传输网络（Wi-Fi/4G等）发送至地面服务器，同时无线传输设备发送网络状态数据和GPS数据给主控管理设备。Windows电脑也可以通过无线网络与无线传输设备进行通信，实现对无线传输设备的远程程序更新与参数设置等操作。

图1 车地通信系统无线传输设备架构

2 无线通信线路切换

数据通过无线传输设备发送至地面服务器的通信线路选择优先级为：Wi-Fi线路＞4G线路。

当Wi-Fi信号和4G信号同时存在时，优先选择Wi-Fi线路进行通信；当检测不到Wi-Fi信号或Wi-Fi信号强度弱、有4G信号时，优先选择4G线路进行通信；当4G线路进行通信时检测到Wi-Fi信号强度强时，则切换到Wi-Fi线路进行通信。

3 主要实现功能

3.1 生命信号连接

无线传输设备与车载主控管理设备生命信号连接的过程为：当主控管理设备上电启动后，首先向无线传输设备发送生命信号。无线传输设备若在3 min内收到主控管理设备发来的生命信号，则认为通信正常，同时无线传输设备向主控管理设备发送生命信号。如果3 min内未收到主控管理设备发来的生命信号，则无线传输设备停止生命信号发送。直到主控管理设备重新向无线传输设备发送生命信号，重复上述过程，直到通信建立。

3.2 改变设备名称

生命信号连接建立后，无线传输设备接收车载主控管理设备发来的数据。车载主控管理设备根据当前机车设置的车型、车号，向无线传输设备发送改变设备名称指令，无线传输设备对接收的数据进行校验无误后，根据当前车型、车号对设备名称进行更改。在无线传输设备的名称完成更新后，无线传输设备的名称为机车车型-机车车号，便于地面服务器进行管理。

3.3 改变Wi-Fi信息

在地面服务器与无线传输设备建立起4G连接后，地面服务器向无线传输设备发送消息，无线传输设备每次收到一条消息，都会向地面服务器回应一条消息，地面服务器端可以由此判断无线用户名和密码更新是否成功。无线传输设备每次更新用户名和密码采用全部覆盖的方式，所有消息都采用ASCII字符，最多支持100个Wi-Fi用户名，Wi-Fi密码至少8个字符最多50个字符。无线传输设备Wi-Fi用户名密码更新后，无线传输设备将连接到地面服务器指定无线局域网。

3.4 校时功能

生命信号连接建立后，车载主控管理设备根据当前机车设置时区、日期和时间，向无线传输设备发送校时指令，无线传输设备对接收的数据进行校验无误后，进行校时，便于国内服务器对国外机车时间上的同步。

3.5 状态信息发送

生命信号连接建立后，无线传输设备以1sec周期向主控管理设备发送状态信息。包括Wi-Fi可用性、4G可用性、Wi-Fi信号强度、4G信号强度等网络状态信息，经度、维度、海拔、速度等GPS信息。

3.6 数据转发

当成功建立网络连接后，方可进行数据转发。无线传输设备接收主控管理设备发来的实时数据、故障数据、历史数据等信息，通过无线传输网络（Wi-Fi/4G等）发送至地面服务器。数据无线传输如图2所示。

3.7 数据记录

（1）无线传输设备具备数据记录功能。当主控管理设备通过无线传输设备向地面服务器发送数据时，无线传输设备会将收到的主控管理设备数据以文件的方式进行记录。当无线传输设备向地面服务器转发数据时，无线传输设备也会将发送的数据以文件的方式进行记录。

图2 数据无线传输

（2）无线传输设备具备自诊断功能。系统开机后，每2 min对Wi-Fi设备进行一次自诊断，并把自诊断结果写到日志里。每2 min对4G设备进行一次自诊断，并把自诊断结果写到日志里。每2 min对GPS设备进行自诊断，并把自诊断结果写到日志里。每2 min对有线网络（及交换芯片）进行自诊断，并把自诊断结果写到日志里。每2 min检测一次连接外网情况，并把检测结果写到日志里。

3.8 端口映射

车载主控管理设备与无线传输设备通过以太网口连接，如果需要通过无线传输设备来访问主控管理设备,对主控管理设备程序和文件进行上传和下载，通过无线传输设备添加端口映射功能实现。

3.9 文件日志下载

地面服务器根据各个机车的设备名称监测机车入库之后，将根据机车停放位置、Wi-Fi信号强度情况等因素对无线传输设备文件日志下载可行性进行判断，并向无线传输设备发送文件日志下载请求。如果下载请求符合要求，则开始下载文件给地面服务器，并基于FTP协议，无线传输设备作为客户端向地面服务器端发送文件日志，直到发送完成后，反馈下载完成。

3.10 远程更新程序

地面服务器根据各个机车的设备名称监测机车入库之后，将根据机车停放位置、Wi-Fi信号强度情况等因素对远程运维可行性进行判断，并向无线传输设备发起程序更新请求。

（1）地面服务器向无线传输设备发送软件下载请求消息帧。（2）无线传输设备收到软件更新请求后，自动向地面服务器发送软件更新反馈消息帧。（3）地面服务器收到软件更新反馈后，系统等待ftp软件传输。（4）地面服务器在确认通过ftp传输完需要更新的软件后，向无线传输设备发送更新完成确认消息帧。无线传输设备在5 min内等待接收更新完成确认消息帧，如超过5 min未收到退出远程更新程序流程，并将该异常状态记录并上报地面服务器。（5）无线传输设备在收到地面服务器发送的更新完成确认数据后，对相应类型的文件名进行搜索，并对该文件进行循环完整性确认。完整性确认方式采用md5校验码对比方式。如确认完整，则对软件进行更新，同时向地面服务器发送更新内容成功消息帧。如完整性验证均不通过，则退出软件更新流程，返回等待新的软件更新请求，记录该异常状况发生的时刻及内容，并向地面服务器反馈更新异常状况。（6）地面服务器在收到无线传输设备发送的更新成功消息帧后，可进行其他类型软件更新流程。如无需进行其他类型文件的更新，可根据需要选择是否对无线传输设备进行重启操作。（7）发送无线传输设备重启请求消息帧，无线传输设备在固定时间内收到重启请求消息帧后，对系统进行重启。如超过固定时间，则向地面服务器反馈该异常状态并进行记录，退出软件更新流程。

结束语：截至目前，车载无线传输设备已配属肯尼亚蒙内铁路48列内燃机车车地通信系统，设备运行稳定，实现了地面服务器与车载设备的实时稳定通信。

通过对蒙内铁路车载无线传输设备不断的完善与改进，为进一步研究车地无线通信系统提供了大量稳定、可靠的无线通信数据积累。对日后提高机车无线数据传输稳定性、高效性、以及无线传输设备自诊断等起到了关键作用。