运用移动通信系统远程监测通信信号设备
【摘 要】 为满足通信信号设备远程维护和监测的需要，开发基于移动通信通用分组无线业务（GPRS）的远程维护平台，为管理用户提供及时的数据和故障信息，提高铁路运输安全，降低运行维护费用。系统具有自动登录GPRS网络、自动发送报警信息、定时发送数据变化曲线及报警信息统计、接收服务器命令并按命令要求回传历史或实时数据等功能。系统采用C/S、B/S混合结构体系，系统由移动通信网络、现场数据终端、数据服务器和web服务器等组成，利用数据库方式保存监测数据。用户通过IE浏览器访问监测系统。
【关键词】 通用分组无线业务 数据库 IE浏览器 远程维护与监测
移动通信网络为用户提供了语音、数据、图像及视频等多种通信业务。运用移动通信网络可以为铁路运输提供很多服务和便利，确保铁路运输设备的运用安全。
基于移动通信通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）的远程维护平台，可以作为即时交互式的信息平台[1]。通过这个平台，将监测设备采集的信息快捷、方便地展现给设备供应商和设备管理者。可以通过数据服务器，收集设备的信息，建立设备维护管理网站，利用数据库和网络技术将这些信息整合，最终以网页的形式展现给用户。无论何时何地，只要有一台可以接入互联网的普通计算机，即可访问平台，并应用平台对数据进行分析[2]，[3]。
在铁路运输中运用的信号主体设备及与行车有关的信息采集通信设备均需配套相应的监测设备，以实时纪录主体设备的运用状况，发现异常及时向用户报警，提示用户及时处理故障，为主体设备的正常运用提供保障。一般情况下，监测设备所提供的信息可以直接反馈给现场的专业维护人员，但作为通信信号设备的供应商和上级管理者，及时了解设备的有关运用信息，不但可以及时发现排除设备的安全隐患，为今后的设备改造升级提供技术依据。还可以在出现故障时指导基层维护人员处理故障，缩短故障延迟时间。因此，运用移动通信系统的通用分组无线业务的数据通信能力，对铁路通信信号设备进行实时监测，发挥通信系统的效能，为铁路的运输生产保驾护航。
1 GPRS通信网络的结构
GPRS是一种叠加在GSM网络上，用于分组交换传输数据的高效率数据通信方式。GPRS最显著的优点是：充分利用现有的GSM网络；接入速率达115KB/S；用户总是在线；资费比较合理，按数据流量付费。
GPRS的网络结构如图1所示，其主要设备有GGSN、SGSN、BSC、BTS和终端MS等。GGSN负责业务的接入，SGSN具有路由功能。利用基站控制器BSC和基站收发信台BTS与移动数据终端相连接。SMS是短消息中心。移动终端通过BTS、BSC、SGSN、GGSN至互联网络。GPRS网络为监测系统提供无线链路。
1.1 监测系统的结构
监测系统的结构如图2所示，系统由移动通信网络、现场数据终端、数据服务器和web服务器等组成。其中，现场数据终端集成在自诊断监测设备中，由自诊断监测设备实时将主体设备的运行状态以数据形式存储在计算机中，并对这些数据进行分析判断。每个数据终端配置一台无线数据传输设备（DTU），由其自动向数据服务器注册，通过GPRS通信网络构成无线通信链路，并保持永远在线。当自诊断监测设备发现主体设备异常时，除通过报警或预警等手段通知现场维护人员外，同时通过数据终端主动将其分析的结果发送给数据服务器。另外，每到整点，由数据终端将统计的过去一小时主设备运用信息统一发送给数据服务器。
Web服务器向用户以及相关技术服务人员提供www访问服务，提取、分析数据服务器中的数据。用户可通过浏览器向数据终端下达传输数据命令，使其上传特定时间段的数据。
数据服务器实时接收数据终端上传的信息，并保存在数据库中。当接收到主设备运用异常信息时，向相关人员即时发送短消息提示，并给出处理意见。
2 监测系统的软件结构
系统采用C/S、B/S混合模式，利用C/S、B/S模式不同的优点来构架平台应用系统。即利用C/S模式的高可靠性来构架数据采集通信，利用B/S模式的广泛性来构架访问服务或延伸应用。
2.1 数据服务器
数据服务器收集被监测数据终端状态信息。考虑到数据终端安装在各个被监测车站，对数据采集、传输的实时性和安全性要求较高，数据服务器和数据终端的软件采用C/S构架。
2.2 Web服务器
其主要功能是对各个数据终端的通信状态、故障状态等信息进行管理。它采用B/S结构，用户工作界面通过IE浏览器实现。以保证运行维护操作比较简便，能实现不同管理层次的人员，在不同的地点，以不同的通信接入方式访问和操作共同的数据，简化客户端设计，降低维护工作量与升级成本。
2.3 系统数据保存
系统采用Microsoft SQL Server数据库，以数据库的方式保存所需的监测数据。Microsoft SQL Server是基于服务器端的中型的数据库，可以适合大容量数据的应用。在处理数据的效率，后台开发的灵活性，可扩展性等方面强大，数据库大小无极限限制，并且易于管理和维护。
数据库依据管理的内容分为：报警信息库、报表信息库、区段信息库；其中区段信息库内容包括：日期、车站代码、区段代码、主接入电压、调节入电压、功出电压、功出电流、发送通道缆入电流、发送通道缆出电流、接收通道缆入电流、接收通道缆出电流、接收报警、发送报警、轨道继电器条件；报警信息库内容包括：日期、车站代码、区段代码、预警信息代码、报警信息代码；报表信息库内容包括：包含所监测车站各个区段的主接入电压、调接入电压、功出电压、功出电流、发送缆入电流、发送缆出电流、接收缆入电流、接收缆出电流的最小值、最大值和平均值等。
3 系统的主要功能及其实现
3.1 用户登录
用户在IE浏览器地址栏输入web服务器地址即可访问平台网站，根据不同的管理用户所关注的信息各不相同，系统内部设置了不同的访问权限，通过身份验证，将用户分为不同的组别进行管理。
3.2 功能导航
登录后，用户可选择关注的车站进行数据访问。通过“功能导航”界面，用户可按需求选择相应的查询条件，如“管理关系”、“设备类型”、“ 车站名称”及“所属站段”等。选择好所要查看的车站后，点击地图下方的功能按钮，就能够进入相应的功能界面。如：数据回放再现、故障信息统计、数据传输下载、辅助分析曲线，日、月曲线绘制，日、月报表统计等。（图3、图4）
3.3 辅助分析及数据统计功能及其实现
根据数据，可生成各种统计信息的表格，供用户下载。同时，可以绘制现场区段运用中某些关键信息的曲线变化趋势，辅助判断故障。统计车站在指定时间段内发生的障碍预警信息。在故障统计图表中，可显示指定时间段内所发生的故障类型统计和位置统计饼图，并可生成这些故障所发生的时间及具体信息的报表及统计图表。如图4所示。
3.4 数据回放功能及其实现
数据回放是指管理用户可以选择指定时间段 读取现场监测数据。点击数据回放再现功能框，在载入数据后，用鼠标划过屏幕上相应的轨道时，界面上会浮现该时刻此区段的主要数据，如功出电流、功出电压等。若用户希望查看该区段的详细数据，可选中“显示详细数据”，此时点击相应轨道区段，会弹出详细数据值的显示。
在载入数据后，用户可以点击界面上轨道区段的名称，弹出故障显示界面，以查看该区段所发生的报警信息。如图5所示。
3.5 报警汇总提示
用户登录后，系统弹出其所关注车站24小时内发生的报警信息。人机界面内容包括车站名称、所属站段、管理关系、设备类型、区段代号、故障等级、故障时间、预警次数、故障信息、预警、报警等信息。
4 结语
运用移动通信和互联网络，搭建了一个即时、交互式的远程监测平台。通过数据服务器，收集数据终端监测设备的信息，建立应用设备维护管理网站，利用数据库和移动通信及互联网络技术将这些信息进行存储和传输，最终以通用的网页的形式，为各级用户提供了直接了解通信信号设备运用状态的渠道。将通信信号主体设备的信息以快捷、方便的形式展现给设备供应商和设备管理者。
系统采用无线通信技术实现了远程数据通信，以网站的方式建立了WEB服务器，实现了移动办公的目标。系统具有良好的人机界面，运行管理方便，数据准确，反应迅速，操作简便。各监控站点使用通用的GPRS调制解调器，功能扩展方便，为系统升级提供便利。
参考文献：
[1]毛勇，金伟正.基于嵌入式Web服务器的远程故障诊断系统[J].电子技术应用，2003（3）.
[2]韦惠民.移动通信技术，2006.
[3]沈永强.轨道交通自动门系统的远程维护服务技术研究与系统开发[D].南京：南京理工大学硕士学位论文，2005.
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