張大勇，熊昱凱

（1. 中國鐵路總公司 運輸局，北京 100844；2. 株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412001）

中國機車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)(CMD系統(tǒng))車載子系統(tǒng)

張大勇1，熊昱凱2

（1. 中國鐵路總公司 運輸局，北京 100844；2. 株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412001）

中國機車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）車載子系統(tǒng)是CMD系統(tǒng)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著對機車車載應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和傳輸?shù)墓δ埽俏磥順?gòu)建機車大數(shù)據(jù)不可或缺的一個環(huán)節(jié)。對CMD系統(tǒng)車載子系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成、設(shè)計原理、功能實現(xiàn)、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用狀況等進(jìn)行闡述，并對其應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

機車；CMD系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)測；診斷；數(shù)據(jù)采集

0 引言

中國機車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）是鐵路機務(wù)信息系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，其整合機車LKJ、TCMS、6A等運行記錄信息及故障信息，實現(xiàn)車對地、地對車的數(shù)據(jù)采集處理傳輸，為中國鐵路總公司（簡稱總公司）、鐵路局、機務(wù)段/檢修段、機車制造及修理廠提供機車定位、實時狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、實時故障報警、遠(yuǎn)程診斷、視頻點播、統(tǒng)計分析、機車車載電子履歷管理、專家支持系統(tǒng)、信息共享和功能接口等功能。CMD系統(tǒng)由車載子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)和地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)組成，其采用先進(jìn)的車載信息技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)，將實時和歷史車載信息數(shù)據(jù)傳至地面，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理應(yīng)用[1]。其中，車載子系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著對包括機車車載信息數(shù)據(jù)、地面控制命令等各類數(shù)據(jù)的采集、處理、記錄、傳輸與轉(zhuǎn)儲，對機車統(tǒng)一授時，提供精確的機車定位信息，存儲機車電子履歷等重要功能，是CMD系統(tǒng)不可缺少的一部分。

1 設(shè)計目標(biāo)

1.1 需求分析

從滿足用戶實際應(yīng)用需求角度出發(fā)，考慮車載子系統(tǒng)在CMD系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的重要功能及機車在途運行會遇到的惡劣環(huán)境，對車載子系統(tǒng)的設(shè)計提出了以下需求。

（1）用戶對車載子系統(tǒng)的應(yīng)用需求包括：統(tǒng)一平臺的綜合信息監(jiān)測裝置開發(fā)，能滿足對機車狀態(tài)、監(jiān)測、安全信息采集、處理、記錄與傳輸?shù)囊螅还收?、事件?shù)據(jù)下發(fā)，能滿足用戶對在途機車故障遠(yuǎn)程處理支持及整備檢修數(shù)據(jù)支持的要求；機車定位信息的獲取與下發(fā)，能滿足用戶對機車實時動態(tài)跟蹤及機車救援的要求；斷電無火數(shù)據(jù)回送，能滿足用戶對24 h機車數(shù)據(jù)不間斷下發(fā)的要求；WLAN連接與WLAN環(huán)境下的文件下載，能滿足用戶自動文件轉(zhuǎn)儲的要求等。

（2）功能實現(xiàn)上，車載子系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能模塊與接口：

①標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集接口，包括以太網(wǎng)、HDLC、RS485/RS422等通信接口；

②高安全、高可靠性的存儲介質(zhì)；

③3G/4G、WLAN模塊實現(xiàn)車地互聯(lián)互通；

④BD/GPS模塊實現(xiàn)機車實時定位，并與北斗短報文通信；

⑤中央信息處理模塊實現(xiàn)車載數(shù)據(jù)的采集、分類、分發(fā)、記錄等功能；

⑥人機交互接口以便相應(yīng)故障診斷。

（3）環(huán)境適應(yīng)上，應(yīng)充分考慮將要面對的高低溫、會受到的沖擊與振動力度及風(fēng)、沙、雨、雪等天氣的侵襲，重點研究其在以上環(huán)境中的硬件可靠性、功能完整性，以提高車載子系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，延長裝置整體壽命。

綜合以上需求，車載子系統(tǒng)設(shè)計由車載綜合信息監(jiān)測裝置（LDP）、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通信天線、WLAN/3G/定位天線及配套線纜組成，綜合信息監(jiān)測裝置提供上述的功能模塊與接口，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通信天線與WLAN/3G/定位天線實現(xiàn)車地互聯(lián)互通。

1.2 設(shè)計原則

車載子系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循鐵路信息化總體規(guī)劃的要求，依據(jù)鐵路行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用要求[2]；同時具備可擴展性、可維護性、可復(fù)用性，既能按具體的應(yīng)用要求對功能進(jìn)行裁剪與擴展，又具有簡單易看的人機接口以便日后維護，而且內(nèi)部功能模塊也能進(jìn)行一定程度的復(fù)用，減少日后開發(fā)成本；設(shè)計上應(yīng)充分考慮穩(wěn)定性與安全性，即遵循通用設(shè)計準(zhǔn)則，借鑒成熟的產(chǎn)品設(shè)計方案，選用大批量應(yīng)用的元器件，以GB 26860—2011《電力安全工作規(guī)程發(fā)電廠和變電站電氣部分》中防靜電、接地保護、過壓、過流保護等來指導(dǎo)設(shè)計。

2 系統(tǒng)構(gòu)架與關(guān)鍵技術(shù)特點

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

整個CMD系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 CMD系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

車載子系統(tǒng)是CMD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，負(fù)責(zé)機車動態(tài)信息的采集、處理與傳輸，對CMD系統(tǒng)的運行起著強大的數(shù)據(jù)支撐作用。車載子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 車載子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

車載子系統(tǒng)的核心裝置是LDP，LDP由8塊基本功能單板構(gòu)成，同時為方便功能擴展，機箱預(yù)留擴展槽位（如圖2中的I/O板與MVB板），北斗通信天線、WLAN/3G/定位天線為實現(xiàn)LDP與地面互聯(lián)互通的配套線纜，LDP對機車信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、綜合處理，再通過配套天線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。

2.2 LDP

為方便安裝、卸載，LDP采用插箱式解決方案，機箱為標(biāo)準(zhǔn)5U，插件為標(biāo)準(zhǔn)4U，各插件間的通信與供電通過機箱背板總線實現(xiàn)。機箱對外接口均布置在前面板，即各單板前面板，以減少內(nèi)部走線，同時提高裝置的可維護性。各單板在功能獨立的基礎(chǔ)上協(xié)同工作，實現(xiàn)裝置的綜合應(yīng)用功能。

電源板對整個機箱供電，采用寬范圍電壓等級設(shè)計，能輸入DC 48 V～DC 137.5 V的電壓，輸出DC 5 V與DC 12 V兩路電源，滿足各功能插件的電源需求。主處理器板是整個裝置的核心部件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收聚合、分類處理與轉(zhuǎn)發(fā)交互，并完成裝置的內(nèi)部自檢。無線通信板主要負(fù)責(zé)車地間的無線通信，該板內(nèi)置WLAN、3G/4G無線通信模塊，通過局域網(wǎng)連接功能與上網(wǎng)卡互聯(lián)功能實現(xiàn)車地數(shù)據(jù)交互。BD/GPS板主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星短報文通信，并提供精確的定位服務(wù)，此功能主要是作為3G/4G無線通信方式的補充，在無信號偏遠(yuǎn)區(qū)使用衛(wèi)星短報文通信實現(xiàn)機車信息發(fā)送，同時該板前面板設(shè)有1路電源接口，直接由機車蓄電池供電，實現(xiàn)機車數(shù)據(jù)無火回送功能，即在機車斷電情況下仍能提供北斗短報文通信及機車定位服務(wù)。防護記錄器板主要負(fù)責(zé)信息存儲，通過背板以太網(wǎng)接收來自主處理器板的信息，按照相應(yīng)格式及機制完成信息記錄。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)特點

2.3.1 多網(wǎng)絡(luò)接入通用技術(shù)

由于不同車型采用不同網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信協(xié)議，LDP需要具備接入多種網(wǎng)絡(luò)的能力，具有通用性。LDP在機車網(wǎng)絡(luò)接入能力上集成RS485/RS422串口及以太網(wǎng)接口，這樣LDP既能滿足串口通信網(wǎng)絡(luò)的接入，也能滿足以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的接入，同時通過預(yù)留I/O板及MVB板實現(xiàn)功能擴展，方便功能升級或接入其他通信模式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.3.2 多元數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)

LDP采集、匯總機車安全信息、機車監(jiān)測信息、機車狀態(tài)信息、機車定位信息、地面點播命令等，完成不同系統(tǒng)間的信息共享和統(tǒng)一傳輸。如何有效分辨以上各類信息，再按需求分類、重組，這是個技術(shù)難點，LDP采用設(shè)備編碼、數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化及其統(tǒng)一編碼的方式解決此問題。例如，設(shè)備上：0x0D編碼LDP、0x30編碼TCMS、0x60與0x61編碼6A主機；信息類別上：0x01編碼實時數(shù)據(jù)、0x02編碼故障數(shù)據(jù)、0x03編碼事件數(shù)據(jù)等。LDP對不同編碼信息采用不同傳輸策略，以滿足地面各類信息的需求。

2.3.3 數(shù)據(jù)特種防護技術(shù)

機車遇到重大事故時，為防止機車存儲數(shù)據(jù)的損壞，防護記錄板采用特種防護技術(shù)對機車存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行防護，數(shù)據(jù)特種防護技術(shù)體現(xiàn)在數(shù)據(jù)管理單元與數(shù)據(jù)存儲單元分開設(shè)計的理念，數(shù)據(jù)管理單元為防護記錄板的核心，由CPU、以太網(wǎng)接口電路組成，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收并寫入本地文件，數(shù)據(jù)存儲單元主要為數(shù)據(jù)存儲器，負(fù)責(zé)對文件的存儲，該存儲器固定在具有特種防護功能的封閉金屬殼內(nèi)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的可靠存儲和特種防護，并通過金屬外殼底部的連接線實現(xiàn)與數(shù)據(jù)管理單元的通信。

2.3.4 BD/GPS定位技術(shù)

為實現(xiàn)機車全方位定位跟蹤，車載子系統(tǒng)采用BD/GPS雙定位定向技術(shù)。GPS即全球定位系統(tǒng)，具有全球地面連續(xù)覆蓋、全天候、功能多、抗干擾性強等特點，其采用單點定位與差分定位技術(shù)提供全球定位服務(wù)，已在測繪、交通、搜救、探險等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；BD是一種全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的雙星定位區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，服務(wù)區(qū)域為中國及周邊國家和地區(qū)，可在任何時間、任何地點為在其服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供精確的地理經(jīng)緯度信息，并可提供雙向短報文通信與精確授時服務(wù)[3-6]。車載子系統(tǒng)將GPS與BD定位技術(shù)結(jié)合使用，實現(xiàn)雙定位定向，其中一個不能正常工作時，另外一個補充工作，實現(xiàn)機車全方位定位跟蹤。

3 工作原理與功能實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)工作原理

車載子系統(tǒng)工作原理見圖3。LDP通過RS485和以太網(wǎng)接口對TCMS機車狀態(tài)信息數(shù)據(jù)、6A機車監(jiān)測信息數(shù)據(jù)、LKJ機車安全信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時通過3G通道、北斗通道對地面點播、響應(yīng)信息進(jìn)行采集，經(jīng)過內(nèi)部處理后，將授時信息分發(fā)給TCMS與6A，實現(xiàn)車載裝置統(tǒng)一授時，并將機車狀態(tài)、故障、事件等信息數(shù)據(jù)通過3G、北斗通道發(fā)送給CMD系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，以支持地面一系列工作的進(jìn)行。LDP內(nèi)部處理機制是車載子系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵。

圖3 車載子系統(tǒng)工作原理

3.2 數(shù)據(jù)采集機制

數(shù)據(jù)采集分為6A數(shù)據(jù)采集、LKJ數(shù)據(jù)采集、地面信息采集、TCMS數(shù)據(jù)采集。6A數(shù)據(jù)及地面信息通過以太網(wǎng)通信采集；LKJ數(shù)據(jù)采集分為2種：通過RS485串口從TAX箱采集或通過以太網(wǎng)從TSC采集；TCMS數(shù)據(jù)采集根據(jù)機車構(gòu)造也分2種方式：通過以太網(wǎng)采集或RS485串口通信采集。為對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效識別與獲取，數(shù)據(jù)采集時還需建立設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互協(xié)議及相應(yīng)的傳輸策略，因此數(shù)據(jù)采集分為底層數(shù)據(jù)接收及上層數(shù)據(jù)格式化，整個數(shù)據(jù)采集過程見圖4。

圖4 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)數(shù)據(jù)源設(shè)備的工作性質(zhì)及自身處理能力，各類數(shù)據(jù)的采集密度有所區(qū)分，6A數(shù)據(jù)以1s為周期、TCMS為250 ms、TAX為50 ms，對地面信息的采集采用實時監(jiān)控策略，以提高對地面需求的響應(yīng)速度。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸機制

數(shù)據(jù)傳輸包括LDP對其他車載設(shè)備及LDP對地面的數(shù)據(jù)傳輸，LDP對其他車載設(shè)備主要是授時信息的分發(fā)，即LDP將LKJ信息分發(fā)給6A與TCMS，以實現(xiàn)車載設(shè)備統(tǒng)一授時。LDP對地面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)包括：實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、事件數(shù)據(jù)、車載自檢數(shù)據(jù)等。不同數(shù)據(jù)類型根據(jù)需求不同采用不同的傳輸策略，各類數(shù)據(jù)的傳輸策略見表1。

表1 數(shù)據(jù)傳輸策略表

可見，授時信息采用固定短周期發(fā)送策略，以滿足各車載設(shè)備時鐘一致性需求；實時數(shù)據(jù)采用短周期發(fā)送機制，考慮機車速度越快狀態(tài)變化越快，為達(dá)到實時監(jiān)測目的，實時數(shù)據(jù)的發(fā)送速度需要加快，因此發(fā)送頻率采用隨機車速度自動切換的策略，在一定速度范圍內(nèi)，頻率固定不變，超過一定速度后，頻率增加，具體切換方式根據(jù)機車配置決定，此配置設(shè)為可由地面點播更改；故障與事件數(shù)據(jù)由于重要程度較高，采用觸發(fā)式發(fā)送策略，即故障、事件發(fā)生時立即將故障、事件信息發(fā)送到地面，由于故障發(fā)生時車載無線網(wǎng)絡(luò)可能異常，為避免故障、事件信息發(fā)送失敗，在無線網(wǎng)絡(luò)異常時采用延時發(fā)送策略，待無線網(wǎng)絡(luò)正常后發(fā)送；車載自檢信息由于重要程度較低，采用長周期發(fā)送策略；歷史數(shù)據(jù)根據(jù)地面的需要來發(fā)送，采用點播觸發(fā)的機制。

3.4 數(shù)據(jù)記錄機制

數(shù)據(jù)記錄分為防護記錄器數(shù)據(jù)記錄和主處理器本地數(shù)據(jù)記錄。

3.4.1 防護記錄器數(shù)據(jù)記錄

防護記錄器數(shù)據(jù)記錄目的在于當(dāng)機車發(fā)生嚴(yán)重事故時能追溯到事故發(fā)生前一段時間的機車狀態(tài)變化，因此防護記錄器需記錄機車狀態(tài)信息數(shù)據(jù)及視頻信息數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)的完整性，機車狀態(tài)信息數(shù)據(jù)記錄周期與數(shù)據(jù)的采集周期一致，并以源數(shù)據(jù)形式記錄。由于視頻數(shù)據(jù)量較大，視頻數(shù)據(jù)只記錄機車占用端司機室、占用端機械間、占用端前方路況的視頻，并以一個通道15 min生成一個視頻數(shù)據(jù)文件的方式記錄。為避免存儲空間用完影響數(shù)據(jù)記錄，視頻數(shù)據(jù)記錄與狀態(tài)信息數(shù)據(jù)記錄采用固定最大文件數(shù)的方式循環(huán)覆蓋，即達(dá)到文件最大數(shù)目后刪除老文件再創(chuàng)建新文件。為方便管理，視頻數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息數(shù)據(jù)分開存儲，同時均與系統(tǒng)軟件分開，三者按2∶1∶1的比例分配空間。

3.4.2 主處理器本地數(shù)據(jù)記錄

主處理器本地數(shù)據(jù)記錄是機車日常運用數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲及地面對機車特定時間內(nèi)歷史數(shù)據(jù)點播的需要，為方便記錄文件及數(shù)據(jù)內(nèi)容的查找，主處理器數(shù)據(jù)記錄按固定規(guī)律生成文件并按固定格式命名文件夾與文件，如采用每天生成一個文件夾、每小時生成一個記錄文件，各類數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的格式封裝存放在記錄文件中，同時文件夾及文件按照統(tǒng)一的規(guī)則命名等策略。文件夾以“廠家_LDPDATA_年月日”的形式命名，文件以“廠家_車型_車號_年月日_時”的形式命名。

3.5 數(shù)據(jù)點播機制

數(shù)據(jù)點播共有2種：歷史數(shù)據(jù)點播和視頻點播。

3.5.1 歷史數(shù)據(jù)點播

實時數(shù)據(jù)發(fā)送中，考慮到通信費用成本及地面系統(tǒng)負(fù)荷能力，數(shù)據(jù)發(fā)生最快為10 s一次，但當(dāng)故障或事件發(fā)生時，由于10 s一幀的數(shù)據(jù)量太少，很難通過這些實時數(shù)據(jù)分析機車發(fā)生故障或事件的原因，因此需要使用數(shù)據(jù)點播機制獲取高密度、較豐富的歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)點播采用UDP通信方案，LDP接收到地面點播命令后，根據(jù)點播參數(shù)在本地記錄文件中查找相應(yīng)數(shù)據(jù)，并以實時數(shù)據(jù)的組包方式以50 ms一包數(shù)據(jù)的頻率發(fā)送給地面，以加快數(shù)據(jù)傳輸并方便地面解析展示。歷史數(shù)據(jù)點播的車地交互流程見圖5。

圖5 歷史數(shù)據(jù)點播交互過程

3.5.2 視頻點播

視頻點播同樣以UDP通信方式實現(xiàn)，LDP作為UDP客戶端，地面視頻/文件服務(wù)器作為UDP服務(wù)器，LDP接收到地面視頻點播命令后，調(diào)用封裝好的視頻取流庫從6A視頻插件獲取視頻數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)發(fā)給地面，車地間采用心跳機制建立連接、報文響應(yīng)機制實現(xiàn)視頻點播控制命令與視頻流數(shù)據(jù)傳輸，同時以優(yōu)先級機制控制實時視頻點播與歷史視頻點播的響應(yīng)順序。視頻點播交互過程見圖6。

圖6 視頻點播交互過程

3.6 文件轉(zhuǎn)儲機制

車載子系統(tǒng)利用WLAN連接技術(shù)實現(xiàn)局域網(wǎng)下的文件轉(zhuǎn)儲，轉(zhuǎn)儲文件包括6A、TCMS、LKJ與LDP本身記錄文件、機車電子履歷文件、各車載設(shè)備軟件升級文件等。文件轉(zhuǎn)儲分兩步實現(xiàn)，首先是LDP與各車載設(shè)備間的文件轉(zhuǎn)儲，其次是LDP與地面WLAN服務(wù)器間的文件轉(zhuǎn)儲。

3.6.1 LDP與車載設(shè)備文件轉(zhuǎn)儲

不同設(shè)備源的文件轉(zhuǎn)儲方式不同，6A、TCMS采用FTP文件轉(zhuǎn)儲方式。6A文件轉(zhuǎn)儲時，6A主機作為FTP客戶端，LDP作為FTP服務(wù)器；TCMS文件轉(zhuǎn)儲時，LDP作為FTP客戶端，TCMS作為FTP服務(wù)器。使用FTP協(xié)議進(jìn)行文件轉(zhuǎn)儲的同時使用UDP協(xié)議進(jìn)行控制，即UDP協(xié)議傳輸控制命令，F(xiàn)TP協(xié)議傳輸文件數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)文件的可靠安全傳輸[7]。走行部（AT1）文件轉(zhuǎn)儲采用TCP協(xié)議，具體采用同步TCP方式，即控制命令與文件數(shù)據(jù)按照一定順序進(jìn)行交互，若某一步失敗即代表整個過程失敗。

LDP與6A、TCMS及AT1的數(shù)據(jù)交互過程見圖7、圖8。

圖7 LDP與6A、TCMS數(shù)據(jù)交互過程

圖8 LDP與AT1數(shù)據(jù)交互過程

3.6.2 LDP與地面文件轉(zhuǎn)儲

LDP與地面WLAN服務(wù)器間的文件轉(zhuǎn)儲采用FTP方式，LDP作為FTP客戶端，地面WLAN主機作為FTP服務(wù)器，整個過程中LDP與地面WLAN服務(wù)器通過UDP通信保持連接。

文件下載時，LDP從源設(shè)備獲取文件，并向地面發(fā)送文件“準(zhǔn)備中”狀態(tài)；文件準(zhǔn)備完成后，開始FTP操作，上傳文件到轉(zhuǎn)儲服務(wù)器，并發(fā)送文件“下載中”狀態(tài)；FTP操作完成后，LDP發(fā)送轉(zhuǎn)儲完成報文到地面轉(zhuǎn)儲服務(wù)器，表示轉(zhuǎn)儲動作完成。

文件上傳時，轉(zhuǎn)儲服務(wù)器向LDP發(fā)送文件上傳命令；LDP收到文件上傳命令后，向轉(zhuǎn)儲服務(wù)器發(fā)送文件上傳應(yīng)答報文；開始進(jìn)行FTP操作，從轉(zhuǎn)儲服務(wù)器下載文件，并向轉(zhuǎn)儲服務(wù)器發(fā)送“上傳中”狀態(tài)；FTP操作完成后，LDP發(fā)送轉(zhuǎn)儲完成報文通知地面服務(wù)器。

3.7 數(shù)據(jù)安全機制

為保證數(shù)據(jù)交互過程的完整性、安全性與保密性，LDP在數(shù)據(jù)接收與發(fā)送中均采用數(shù)據(jù)校驗算法，包括累加和校驗、CRC32校驗等，同時根據(jù)需要采用AES加密技術(shù)對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。AES是一種對稱密碼算法，對稱密碼算法根據(jù)對明文消息加密方式的不同可分為兩大類，即分組密碼方式和流密碼方式，AES屬于分組密碼加密方式，其輸入分組、輸出分組及加解密過程中的中間分組均為128 bit，密鑰長度可選用128 bit、196 bit或256 bit[8]，AES算法過程見圖9。

考慮到功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化與統(tǒng)一化，后續(xù)LDP對數(shù)據(jù)的加解密采用專用模塊實現(xiàn)，如3G加密模塊對3G傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密，北斗加密模塊對北斗傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密。

4 應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著CMD系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，CMD系統(tǒng)車載子系統(tǒng)已經(jīng)在和諧型機車上批量裝車應(yīng)用，目前已裝車4 000多臺。車載子系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一接口、統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸方式給CMD系統(tǒng)地面子系統(tǒng)提供了可靠的數(shù)據(jù)源，已支撐起地面各項實際應(yīng)用工作，如各類機車車載數(shù)據(jù)的實時下發(fā)支撐起地面“人車圖”跟蹤管理理念；故障、事件信息下發(fā)支撐起在途機車故障診斷與排除及機務(wù)段整備檢修工作；WLAN環(huán)境下文件下載實現(xiàn)機務(wù)段自動文件轉(zhuǎn)儲等。為CMD系統(tǒng)的進(jìn)一步建設(shè)打下了堅實基礎(chǔ)。

圖9 AES加密算法過程

5 結(jié)論與展望

CMD系統(tǒng)車載子系統(tǒng)以總公司發(fā)布的《機務(wù)信息化總體規(guī)劃》為參考依據(jù)，結(jié)合國內(nèi)外鐵路行業(yè)應(yīng)用需求，建立統(tǒng)一的車載信息系統(tǒng)平臺。車載信息系統(tǒng)平臺采用標(biāo)準(zhǔn)化硬件設(shè)計，具有高可靠性、高兼容性，既能保證在不同構(gòu)造機車上安裝使用，又能方便日后功能擴展，同時技術(shù)先進(jìn)，數(shù)據(jù)采集與處理機制優(yōu)越，能有效支撐CMD系統(tǒng)建設(shè)的功能需求。

隨著CMD系統(tǒng)建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，車載子系統(tǒng)將朝著實現(xiàn)更深層次應(yīng)用功能的方向發(fā)展，LDP采集能力將會進(jìn)一步增強，車地數(shù)據(jù)傳輸帶寬也會得到進(jìn)一步提升，同時車載子系統(tǒng)作為車載設(shè)備統(tǒng)一服務(wù)平臺、旅客商業(yè)服務(wù)平臺也將成為可能。

[1] TJ/JW 023—2014 中國機車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）總體暫行技術(shù)規(guī)范[S]．

[2] 中華人民共和國鐵道部．鐵路信息化總體規(guī)劃[S]，2004．

[3] 李金龍．北斗/GPS多頻實時精密定位理論與算法[J].測繪學(xué)報，2015(11)：1 297．

[4] 趙康寧，趙勇．面向信息融合的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用發(fā)展[J]．中國鐵路，2013(4)：1-3．

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[7] 王利霞，康洪波．基于TCP/IP協(xié)議的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J]．電源技術(shù)，2013(9)：1 682-1 683．

[8] 張金輝，郭曉彪，符鑫．AES加密算法分析及其在信息安全中的應(yīng)用[J]．信息網(wǎng)絡(luò)安全，2011(5)：31-33．

責(zé)任編輯高紅義

Onbaord Subsystem of CMD System

ZHANG Dayong1，XIONG Yukai2
（1. Transportation Bureau，CHINA RAILWAY，Beijing 100844，China；2. Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd，Zhuzhou Hunan 412001，China）

Onboard subsystem is an important part of CMD system, it performs the functions as collection, processing and transmission of locomotive onboard application data, being an indispensable link for building up the big data of locomotive in the future. In this paper, the author explains the conf guration, design principle, function, key technologies and application of the onboard subsystem and looks at the prospect.

locomotive；CMD system；remote monitoring；diagnosis；data collection

U26；TP277

A

1001-683X（2017）03-0016-07

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.03.016

2016-12-16

張大勇（1966—），男，中國鐵路總公司運輸局機務(wù)部副主任。

熊昱凱（1989—），男，工程師，碩士。E-mail：xiongyk@csrzic.com