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图1 鹤煤集团铁路运输组织结构

    从图1可知，从行政组织上，鹤矿运输部由三层结构组成，运输部调度中心、三个大站作为管理站（集配站、东选站、兴安站），每个管理站管辖数个小站。机车28台（其中运用机车16台，12台备用），有12台机车在集配站待命，4台机车在兴安站待命。

    从业务上，运输部调度中心直接向各车站下达行车日计划，每个车站收到计划后，组织进入本站作业的机车进行调车作业，办理调车进路，下达调车作业计划。

2 铁路运输无线行车指挥系统方案

    根据以上业务和组织机构，鹤矿集团范围内有16台机车在22个车站进行调车作业和运输作业。每个车站对每个机车的控制指挥是调度指挥系统的关键。如何建成车站与机车之间、机车与机车之间、机车与调车人员之间的指挥平台，是这个方案需要解决的问题。

    在这个系统中，车站是固定的，机车是移动的，因此，该通信通道的建立是最主要的问题。因为该系统中有移动信息传送，因此，用有线方式搭建该网络是不行的。

    传统的无线网络是采用模拟电台或数字电台组成无线网络，但是，在运输部的调度指挥系统中无法采用传统的点对点方式的无线平台。

    2.1 采用无线网络传输系统的分析

    考虑到铁路的行业特性，新的铁路综合信息平台要满足很多新的要求:

    ●   需要可靠的无线技术满足列车在高速移动中与车站和外界互联；

    ●   需要在铁路沿线架设安装简便、易于维护、性能可靠的无线网络；

    ●   需要有线技术与无线技术结合满足列车高速移动中的信息需求；

    ●   需要足够的无线带宽满足视频、数据和语音的传输；

    ●   设备能够耐受恶劣环境保证信息系统正常工作等。

    在宽带无线接入领域，各种无线通信技术蓬勃发展的同时，一种新的无线网络技术——无线mesh网络也逐渐发展起来，引起了人们广泛的注意。 

    MESH无线网络方案，为用户提供自组网、高带宽、高速漫游等先进的无线网络应用，产品经受了严寒等恶劣环境的考验，是建设中国铁路车站与列车间网络系统的最佳选择之一。

    2.2 MESH无线网络系统的特点 

    MESH采用当前国际先进的编码和无线组网技术。按照工业标准，多层概念设计整个系统架构。并且基于多种工业标准来完成对外应用接口。系统具有技术领先性，架构合理性，并且对应用和无线网络具有无限的扩展和延伸能力。

    该无线网络具有以下特点：

    （1)多跳设计：无线网技术开发的目标是在不牺牲信道容量的情况下，扩展现有无线网络的覆盖范围。另一个目标是在不具有直接视距无线链路的用户之间，提供非视距连接。为了实现这些目标，不可避免的要采用多跳mesh网络。多跳mesh网络架构中，无线链路间更短、发射功率更小、节点间干扰更少和频率重用效率更高,这样可以在不牺牲信道容量的前提下获得更高的系统容量。适合大面积厂外部署，无盲区特点，覆盖大面积开放区域。

    （2）支持adhoc方式网络互连,具有自组织、自管理、自愈能力。无线mesh网具有网络结构灵活、易于部署和配置、容错以及网状连接多点到多点通信等特点,使得无线mesh网的初始部署成本相当低,并且可以根据需要逐步扩容。自组织自愈能力使得无线meh网不需要网络管理员来手工配置网络,而可以自动发现新节点,自动完成配置过程,自动维护网络正常运行,在出现节点/链路故障时也可自动调整完成网络自愈，节点之间切换速度快，适合音频视频的数据传输。

    （3）网状网： 不依赖于任何一个节点，具有更大的冗余机制和通信负载平衡功能，结构像一张大的渔网，纵横交错，不会因为某一个节点的故障而使整个网络无法运作。任意点都可以是中心点，也就是无中心点。各点互通，随时作瞬间通路切换。具有自组网功能，可随时随地组网，支持高带宽的高速移动，有流量和负载平衡功能，简便易用，无需复杂的设置。

    （4）高带宽：支持54Mbps 带宽组网，用户可用带宽达27Mbps。

    （5)  易于安装：为室内室外任意地点提供以太网连接，无需复杂的专业设置。

    （6）具有无线中继和漫游能力，可以非视距传输。

    2.3 无线组网

    在铁路运输无线调度指挥系统中，组网要求：采用mesh无线网络组网，实现车载台、调度室、调车组手持机之间语音通信和信息传送。实现各站设备间的信息共享。

    在调度中心（各车站调度室）安装mesh节点，在机车和区间适当位置安装mesh设备，组成无线调度指挥网络。

    在车站和车站之间要实现无线连接。在车站甲调度室安装mesh设备，外接一个全向天线，在车站乙、丙、丁等安装mesh设备，外接定向天线和车站甲相对，使车站甲和车站乙、丙、丁等之间建立无线连接。

    通过以上组网，形成各车站间相互叠加覆盖的无线网络，使在此网络中移动的机车台和手持机，实现范围内的移动连接。

    调度室行调台、机车台、手持机都是一个单独的计算机终端，通过语音卡实现语音通信（网络电话对讲）；通过网卡实现数据通信（调车单信息传送）。在机车台、行调台、手持机上都有显示屏，通过显示屏显示调车单内容。

    在这个网络中，他们可以通过拨号或固定按键，实现点呼、群呼。网络中通信是双工方式，各自有独一无二的地址和名称，相互之间没有干扰。

    2.4 鹤矿集团无线调度指挥网络系统结构

    从图2可知，系统由以下几部分组成：集配站、东选站、兴安站与相关的车站之间建成无线网络，完成各车站与调车组，机车司机与车站之间，机车相互之间的语音、指令传输、调车单传递、语音录音等功能。

    机车在不断的行进中，建立无线网络链路，构成车载无线局域网网络。然而，由于机车行进中有许多特殊情况，使得一般的网络架构和建设选型难以满足应用的需要。

    （1）机车行进中，环境条件恶劣，对设备的稳定性要求很高。

    （2）机车相对位置不断变化，无法使用高增益定向天线。

    （3）行进的速度不同，机车行进的位置顺序不同，28台机车在4个车站内交替运行，所对应的调度室不同，无法建立对某一个调度室的连接。

    （4）在机车运行过程中有可能超出网络连接空间，当重新进入网络时，需要有自动建立连接的功能。

    由于鹤矿集团运输部车站多，机车分散，对无线调度指挥系统的可靠性和带宽要求很强，针对这样的系统需求，我们选用了MESH的无线网络解决方案。该解决方案不仅可靠性高，而且具有较宽的带宽，带宽可以达到54M。该产品采用2.4G频段，不需要申请频点，2.4G频段是世界公开的数据频段。同时该设备具有从零下40℃到零上55℃超宽温度范围。所有设备是全密封的，防尘、防水性能极佳，对于各种恶劣气候条件完全适应。基本做到免维护。

    由于机车在行进过程中，各车的相对位置难以确定，无法选用高增益的定向天线，而只能使用全向天线，为此我们选用8dBi全向天线，完全保证了车辆行驶过程中链路的稳定连接。

    系统防雷、防各种环境干扰是必不可少的考虑因素，因此，对于车载系统设备和附件的选择也统一考虑。

    在站间适当位置安装无线mesh和定向天线，使无线网络覆盖整个矿区铁路线路。可以覆盖的位置如图3所示。