基于移动通信网络的非固定调车机车安全防护系统的制作方法

本实用新型涉及一种非固定调车机车安全防护系统，尤其是涉及一种基于移动通信网络的非固定调车机车安全防护系统。

背景技术：

无线调车机车信号和监控系统(以下简称stp系统)是一种智能化的、可配置的、适用于不同站场的调车安全防护系统，灵活应用于国内各铁路局有固定的调车机车作业的车站。stp系统组成包括地面设备、车载设备以及外部设备，系统通过无线数传电台实现地面设备与车载设备间的通信，对站场内多台机车的调车作业实现无线监控和安全防护。

现有技术中，安装stp系统的车站在地面机房配置机柜、电台基站、无源应答器等地面设备，机车上配置车载主机、数传电台天线等车载设备，地面设备与车载设备采用无线数传电台通信，由于数传电台通信传输的距离有限，该方案只适用于作业区域固定的专用调机及其车站，不适合非固定调车机的调车安全防护，限制了系统的灵活性和扩展性。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于移动通信网络的非固定调车机车安全防护系统，地面设备与车载设备之间的通信方式采用双4g冗余通信替代数传电台，不仅扩大了通信范围，通过双路4g冗余通信方式也增强了单路4g通信的安全性和稳定性。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于移动通信网络的非固定调车机车安全防护系统，包括中心调车安全防护子系统、移动通信网络以及非固定调车机车车载设备，所述的非固定调车机车车载设备通过移动通信网络与中心调车安全防护子系统连接；所述的移动通信网络采用双网冗余通信网络。

优选地，所述的移动通信网络为双4g通信网络。

优选地，所述的中心调车安全防护子系统的局域网通过gre通信隧道与移动通信网络连接。

优选地，所述的gre通信隧道与移动通信网络之间设有防火墙。

优选地，所述的非固定调车机车车载设备上装有双4g异模通信模块。

优选地，所述的双4g异模通信模块为移动4g和联通4g的异模通信模块。

优选地，所述的双4g异模通信模块中的其中一个4g通信模块为主用通信模块，另外一个4g通信模块为备用通信模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型取消了各车站机柜等设备，在路局调度中心机房配置中心调车安全防护系统，极大地减少了设备的安装使用，降低了设备方面的成本消耗。

2、中心调车安全防护系统采用3层网络设计，接入层环路组网，汇聚层搭建gretunnel，核心层进行ipsecvpn加密，确保了数据信息的安全性。

3、车载终端采用基于apn专网的双4g通信技术来提升车地通信的安全性、可靠性及灵活性。

4、本实用新型采用双4g冗余通信替代数传电台，解决了数传电台传输区域小的问题，更加适合非固定调车机车的调车安全防护。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的地面原始数据封装过程示意图；

图3为本实用新型中心系统与机车数据交互过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

本实用新型主要针对非固定调车机车作业范围广、作业方式灵活等特点，提出一种融合双4g冗余通信、gre隧道及ipsec加密、apn网络接入等技术的车地通信方案。该方案采用双4g冗余通信替代数传电台，既解决了数传电台覆盖面积有限的问题，又增加了4g通信的稳定性；地面中心网络采用gre隧道及加密技术与运营商网络对接，实现了公网专用，保证车载设备与地面设备通信信息的完整性和安全性；车载设备采用基于专用apn技术的双4g异模通信，增强了4g通信信息的稳定性和安全性。

如图1所示，一种基于移动通信网络的非固定调车机车安全防护系统，包括中心调车安全防护子系统1、移动通信网络2以及非固定调车机车车载设备31，所述的非固定调车机车车载设备31通过移动通信网络2与中心调车安全防护子系统1连接；所述的移动通信网络2采用双网冗余通信网络，所述的车载设备31安装在每一台非固定调车机车3上。

所述的移动通信网络为双4g通信网络，分别为移动通信网络21和联通通信网络22。

所述的中心调车安全防护子系统的局域网11通过gre通信隧道1与移动通信网络2连接，用于对中心调车安全防护子系统内部原始数据进行gre封装。

所述的gre通信隧道12与移动通信网络2之间设有防火墙13，使用ipsecvpn加密技术对系统数据进行封装加密，与专用移动通信网络进行数据传输与交互。

本实用新型在路局调度中心机房配置中心调车安全防护子系统，系统内部配置防火墙、路由器及交换机与运营商4g网络连接。交换机作为接入层网络设备，与系统内部各服务器和路由器连接，通过划分vlan实现地面中心设备的环路组网；路由器作为汇聚层网络设备，与交换机和防火墙连接，路由器与交换机之间实现双路链路冗余，过路由器搭建中心调车安全防护子系统与运营商通信网络之间的gre通信隧道并对系统内部原始数据进行gre封装；防火墙作为核心层网络设备，与路由器和运营商网络连接，使用ipsecvpn加密技术对系统数据进行封装加密，与专用4g通信网络进行数据传输与交互。

运营商对中心调车安全防护子系统传来的加密数据通过专用的网络通道发送给作业中的调车机车。每台非固定调车机车上配置装有双4g异模通信模块的车载终端设备，4g通信模块支持移动、联通、电信多个运营厂商4g通信。车载终端采用apn网络接入技术配置车载终端4g通信方式，使用装有基于apn技术的专用物联卡用于车载终端与中心调车安全防护子系统之间的通信。

本实用新型通过车载终端4g网络接入技术和中心地面gretunnel、ipsec加密等技术搭建专用4g虚拟网络，中心调车安全防护子系统与非固定调车机车之间采用双路4g冗余通信，既解决了数传电台传输区域小的问题，又解决了单个4g通信存在安全性和不稳定型的问题，适合非固定调车机车的调车安全防护。

图2为中心调车安全防护子系统对于地面原始数据进行封装、加密的过程，如图所示：

中心调车安全防护子系统内部服务器发出的数据经过接入层的交换机在环路组网中整合、处理后生成原始数据，传向汇聚层的路由器，经过gre虚拟专网隧道后在原始数据前增加了“ip报头”和“gre头”，进而对原始数据做了进一步封装，形成了“ip报头”+“gre头”+“原始数据”格式的中间数据。随后，封装后的中间数据由汇聚层向核心层的防护墙传输做进一步的ipsec加密封装，在中间数据的头部增加“新ip报头”和“esp头”，在中间数据尾部增加“esptrailer”和“espauth”，形成“新ip报头”+“esp头”+“ip报头”+“gre头”+“原始数据”+“esptrailer”+“espauth”格式的加密数据，随后发向专用的4g通信网络。

图3位中心调车安全防护子系统与非固定调车机车之间数据交互的过程图，如图所示：

中心调车安全防护子系统同时具备移动4g专网和联通4g专网通信，可实现双路4g专网通信同时工作和自由切换，此时机车1采用移动4g专网为主要通信网络与地面中心系统进行数据交互，机车2采用联通4g专网为主要通信网络与地面中心系统进行数据交互。机车1与机车2采用不同运营商专用4g网络与中心调车安全防护子系统进行通信，交互信息形式相同，下面以机车1为示例讲述地面中心系统与机车数据交互过程：

1、机车1进入车站控制范围，向地面中心系统发出“申请广播”信息，请求接近车站的站场、码位等广播信息，地面系统接收到机车1申请信息后根据机车申请时的位置、速度、运行方向等信息，向机车1发送接近车站的“码位广播”信息。

2、机车1接收到中心系统发送的“码位广播”信息后，根据接近车站的站场、码位状态，结合自身位置、速度及运行方向等向中心系统发送“机车入网”信息，中心系统根据机车1发送的“机车入网”信息判断机车1是否具有入网条件，如果具备入网条件则先后向机车1发送“入网回执”和“进路控制”信息，否则丢弃机车1的入网申请信息。

3、机车1接收到中心系统先后发来的准许入网的“入网回执”信息以及车站“进路控制”信息，向中心系统回发“控制回执”信息，表明机车1已接收到中心系统的有效信息，进入中心系统的控制范围，自此机车1与中心调车安全防护子系统之间的通信建立完成。

其中，非固定调车机车的“申请广播”信息优先级最高，不论机车采用哪个运营商的专用4g网络与中心系统建立联系，地面中心系统优先处理机车发来的“申请广播”信息，尽早向机车发送机车接近车站的“码位广播”信息，实现中心调车安全防护子系统对非固定调车机车的作业进行安全防护。

本实用新型已经被应用于平煤矿业集团铁路非固定调车机车安全防护系统，在平煤矿业集团铁路进行功能验证和工程实施，证明完全能满足非固定调机的调车安全防护时的通信需要，极大的减少了地面设备的安装使用，降低了各方面的成本消耗，保证了车地通信的稳定和安全性，具备良好可实施性和经济效益。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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