一、概述

   鐵路機車遙控系統(tǒng) (Remote Control Locomotive)是指機車司機通過無線電遙控操作機車的系統(tǒng)。司機不在機車駕駛室內就可以完成操作，它大大提高了操作的安全和生產率。美國鐵路在2002年開始在調車場推廣機車遙控（ RCL）系統(tǒng)的應用，雖然這項推廣比加拿大鐵路晚了十年，但是由於采用了數字電臺技術，參考加拿大鐵路的實踐經驗，美國鐵路的鐵路機車遙控系統(tǒng)（鐵路機車站場調度）的推廣，獲得了各個方面的支持和認可。GE GE MDS entraNET網絡電臺是美國機車遙控電臺的首選產品。它為用戶提供了一個專業(yè)級的無線網絡數據系統(tǒng)解決方案，該產品使用802.11協(xié)議和 BSP簡單串口通信協(xié)議，可以很容易的構成一個跨越幾十公里，上百臺控制器和機車組成的多點對多點網絡系統(tǒng)。本文對這一系統(tǒng)和應用進行詳細介紹。

二、美國GE MDS公司介紹

美國GE MDS公司是世界公認的提供無線數據采集系統(tǒng)的先鋒，七十多萬臺MDS數字電臺在世界各地安裝使用。GE MDS數字電臺的性能樹立了無線數據通信行業(yè)的標準。
       MDS公司成立于1985年，位于紐約州北部羅徹斯特市，專門研制生產專業(yè)無線數據通信設備。26年來，MDS公司一直在工業(yè)專網通信領域的前沿獨領風騷，成為這一行業(yè)最大生產廠商。 MDS公司現有員工280人，占有美國70%同類 產品市場。   
       MDS擁有世界級的廠房和自動化生產設施。它的生產管理系統(tǒng)采用柔性制造生產。它有兩條表面焊接技術生產線，所有的部件、半成品及成品的試驗和檢測都是自動控制完成的。工廠依據客戶的訂單進行生產，每天可以生產多種不同的機型，日產可達1,000臺。 56,000平方英尺的廠房，ISO-9001質量認證體系， 先進的管理系統(tǒng)， 造就了一流的產品，一流的企業(yè)。         
       MDS一方面不斷創(chuàng)新，加強技術儲備，另一方面下大力量保持產品的兼容性，使已安裝的產品與新產品可以兼容并升級換代。MDS為了無線數傳電臺的安裝調試和使用維護方便，開發(fā)了許多專用工具和軟件，深受用戶喜愛。MDS數傳電臺已成為了行業(yè)的標準。                                                

2007年3月 美國通用電器公司（GE）收購了MDS公司，更名為GE MDS公司。

三、GE MDS entraNET網絡電臺系統(tǒng)的結構

GE MDS entraNET電臺網絡系統(tǒng)由中心接入點 和遠端電臺構成。接入點就是一個系統(tǒng)的主站電臺，用于控制調整整個無線網絡的數據傳輸，該設備有兩個串口和一個以太網口，能夠實現IP到串口數據轉發(fā)的功能，實現兩個不同網絡之間網關的功能。使得應用數據可以從以太網口入，從串口出，反之亦然。接入點也為所有的相關子站提供中心管理和配置功能，整個系統(tǒng)的IP到串口，接入點到子站，串口到串口的配置信息都存儲在接入點。接入點最多可以支持1024個子站。

子站電臺有一個RJ-45端口，可通過軟件設置為：EIA-232標準串口或者以太網口，還有一個RJ-12本地串口，用于配置管理，也可用來傳輸數據。子站的以太網口只缺省情況下只能支持一個MAC地址，可以連接一臺PC或PLC設備。如果需要連接多個以太網設備，則需要MDS的授權。

GE MDS entraNET通過接入點的串口，與遠端的串口電臺實現串口對串口連接，也可以通過接入點的以太網口，與遠端的串口電臺實現以太網對串口連接，支持TCP和UDP傳輸。

GE MDS還提供OEM串口子站模塊。是一個專門設計的模塊，與串口子站基本一樣。

子站電臺與子站電臺通過接入點建立通信聯(lián)系的系統(tǒng)是集中控制系統(tǒng)。子站電臺與子站電臺不通過接入點建立聯(lián)系的系統(tǒng)是直通系統(tǒng)。直通系統(tǒng)可以實現兩個子站電臺之間的串口對串口通訊，不需要接入點的參與，特別適合子站電臺脫網時使用。GE MDS entraNET 電臺在上述兩種方式下都可以工作，而且可以切換。直通系統(tǒng)模式在機車遙控應用中經常用到。

四、GE MDS entraNET網絡電臺的特點

跳頻擴頻電臺

調制方式為CPFSK調制，空中速率106kbps，發(fā)射功率100毫瓦至1瓦可調，接收靈敏度-108dBm，工作使用溫度-40度，+70度。堅固耐用的工業(yè)級包裝，支持省電和休眠模式。頻率是900兆或2.4Ghz，也計劃提供340兆的產品。跳頻時間可設為7ms, 14ms, 28ms。

媒體接入控制功能(MAC)

這是它有別于常規(guī)數傳電臺主要特點。可以支持主動上報，電臺信道的竟爭管理，有限度的支持以太網。每個子站只有一個以太網端口，IP地址，MAC地址與子站無關。

簡單的以太網橋功能

由於帶寬低，不適合做局域網間的橋接設備。支持802.1d協(xié)議，支持以太網數據流，支持標準的EtherNET 2  和802.2，802.3幀結構。內置以太網數據幀過濾和轉發(fā)功能，減少了不必要的數據傳輸。支持的橋接模式可以設置，有四種選擇：

<!--[if !supportLists]-->l        <!--[endif]-->關閉：不傳輸以太網數據

<!--[if !supportLists]-->l        <!--[endif]-->沒有廣播和組播

<!--[if !supportLists]-->l        <!--[endif]-->只有IP和ARP

<!--[if !supportLists]-->l        <!--[endif]-->全開放：所有的以太網數據流遵從802..3協(xié)議

GE MDS entraNET網絡的帶寬有限，建議通過交換機或路由器將此無線網絡隔離出來，構成一個獨立的網段，以防止由於大量的廣播數據流涌入，造成系統(tǒng)運行困難。對於網絡規(guī)模不大、廣播數據量很小的網絡，則無此必要。如果有可能，應使用GE MDS entraNET的MAC過濾功能。

BSP簡單串口協(xié)議

BSP是子站之間點對點串口通信協(xié)議。BSP數據的路由處理由接入點實現。支持QOS優(yōu)質服務，數據流可分為不同的優(yōu)先級，有高，中，低三級。每個BSP數據包有源地址和目標地址(子站電臺的編號) ，連接電臺的數據終端必須支持BSP協(xié)議，數據終端必須識別電臺編碼，BSP啟始標識，BSP幀結構。運用IAPP接入點協(xié)議，BSP數據可以在多個接入點的系統(tǒng)中，不同子站之間傳輸，子站可以屬於不同的接入點。BSP通過接入點實現數據幀透明傳輸，在直通模式中也透明傳輸。不論是否有接入點介入，數據幀的格式是一樣的。BSP通信協(xié)議的內容和定義見附錄一。

QOS優(yōu)質服務

優(yōu)質服務保證數據的實時性，保證關鍵的命令，如：“man down下人”, “鳴笛”等命令優(yōu)先傳輸。優(yōu)質服務的方式是建立在每一個數據包的基礎上的，根據數據包的種類來提供服務。有高，中，低3種不同優(yōu)先級可選，它使系統(tǒng)的表現，反應達到最佳狀態(tài)。。

接入點協(xié)議IAPP

GE MDS entraNET接入點和其它接入點可以通過另外的有線或無線以太網連接，實現接入點間的數據通信。使用TCP/IP協(xié)議，通過路由設備轉發(fā)，靈活性好。用戶可設置組播IP地址和協(xié)議端口功能。實現多個接入點共享它們所相關的子站信息和路由表。

漫游切換功能

支持移動服務，子站可以在接入點與接入點之間切換漫游。當信號強度低于接收門限，或著與接入點失去聯(lián)系時，會進行漫游切換。目前的接入點接會關閉一段時間，時間可設，缺省值是5秒。這期間子站可以和新的接入點建立聯(lián)系。一旦建立了聯(lián)系，新的接入點會更新它的子站表，并把新的信息用UDP包，通過以太網組播方式發(fā)送出去。每個接入點有相同的網絡地址，不同的延伸地址(0-31) ，在一個網絡中最多有32個接入點。

網絡管理

所有的電臺的本地管理都通過串口COM1進行，接入點和子站可以通過多種方式遠程管理。所有的配置參數存儲在接入點，存儲配置參數的文件可以編輯修改，修改完的文件可以再下載到接入點，管理控制方便。

網絡安全

MDS eantraNET 采用了下列措施來保證網絡的安全。

加密，設定接入點清單，設定子站清單，設定網絡地址，設定跳頻模式

如果打開加密功能，所有的串口數據，所有以太網數據幀的內容在空中的傳輸中都會加密。加密使用128位對稱密匙算法。在接入點打開加密匙功能時，可以輸入長達40個字母數字字符串。同樣的加密匙必須輸入到相關的每個子站中。

五、GE MDS entraNET鐵路機車遙控系統(tǒng)

鐵路機車遙控系統(tǒng)（鐵路機車站場調度）利用entraNET網絡電臺的上述特點，根據鐵路系統(tǒng)的應用要求構成了一個多點對多點的專業(yè)無線數據系統(tǒng)。它有兩種運行模式。

5.1 集中控制系統(tǒng)模式

場站集中控制模式可以將40多臺機車構成一個場站內跨越多個交叉口的集中控制通信系統(tǒng)。機車遙控器(OCU)和機車控制器(LCU)的數據包通過多個接入點組成的集中控制系統(tǒng)來傳輸。每一個接入點為系統(tǒng)提供大約100kbps的帶寬。系統(tǒng)有一個配置服務器，如果QOS優(yōu)質服務啟用, 可以保證遙控機車的數據包比配置數據包優(yōu)先發(fā)送。

集中控制模式能使分布在場站的多個接入點構成覆蓋大面積區(qū)域的系統(tǒng)，機車遙控主要的系統(tǒng)要求如下：

<!--[if !supportLists]-->l        <!--[endif]-->0.5秒漫游切換時間

<!--[if !supportLists]-->l        <!--[endif]-->兩個子站電臺之間的連接可通過不同的接入點

<!--[if !supportLists]-->l        <!--[endif]-->數據時延小于100毫秒

子站電臺實時監(jiān)測每一數據包的RSSI指標和重發(fā)次數及成功率。在場站內安裝足夠的接入點保證信號強度達到-80dBm 以上，無陰影區(qū)。接入點的覆蓋半徑5公里，允許10dB的障礙衰減，接入點天線高度30米。根據RSSI指標和數據包傳輸成功率，子站能夠決定是否切換到新的接入點，子站漫游切換的平均時間是420毫秒。子站經過權鑒被納入網絡的路由表中，它使數據包可以找到正確的路徑。

為了讓每個接入點傳輸數據，并交換路由信息，接入點之間需要建立一個單獨的基于IP的局域網。這些接入點都在高處，相互之間無障礙，建立局域網容易。電臺的地址位是16比特，系統(tǒng)內有40臺機車，每個機車有兩個遙控器，共120個子站，系統(tǒng)的路由表數據大約是240字節(jié)。每0.5秒更新數據，即至少需要4800bps速率的鏈路。此路由表指配所有數據包的合適路徑。小于1秒的漫游切換時間對鐵路機車遙控系統(tǒng)（鐵路機車站場調度）已經足夠了。

除了路由表以外，局域網需要傳送約100kbps的機車遙控數據流，包括網絡開銷和IP包頭，平均子站的上行和下行接入時間是15毫秒。如果局域網絡的鏈路速率達到256kbps, 數據時延會小于20毫秒。總而言之，GE MDS entraNET系統(tǒng)可以很容易達到1秒的數據時延要求。

5.2 直接通信模式

在沒有接入點時，子站之間可以直接通信。直接通信模式啟動要通過外接端口，發(fā)給電臺一個命令。在直通模式，一個子站起著接入點的作用，稱為基站(ROOT)。一個或多個子站(設為NODES)和基站建立聯(lián)系。所有電臺必須設為同樣的網絡地址，每個子站需要一個獨立的直接通信模式網絡地址。設直接通信類型，啟動直接通信模式，檢查直接通信模式狀態(tài)。

機車的遙控控制器(OCU)數據流通過entraNET子站電臺直接傳到一臺機車上的機車控制器(LCU) 進行控制就是直通模式。這個模式在機車遠離場站集中控制系統(tǒng)時需要使用。例如：

在接送現場遙控：在用戶的接送現場需要遙控機車，此地遠離場站的集中控制系統(tǒng)，是單獨運作的系統(tǒng)。它要求能可靠地傳輸覆蓋3公里范圍。

在機車信號室遙控： 允許機車司機在機車從場站到場站運行時，在機車信號室遙控機車。在機車從場站到場站運行時，司機用遙控控制器(OCU)和機車控制器(LCU)建立連接。在機車信號室可以遙控機車行駛不超過160公里。

          美國GE公司，美國CATTRON 公司，加拿大CANAC 公司都采用了GE MDS entraNET 電臺作鐵路機車遙控系統(tǒng)（鐵路機車站場調度），美國CSX鐵路公司，太平洋鐵路公司(Union Pacific)，加拿大鐵路公司都實驗了基于GE MDS entraNET電臺的鐵路機車遙控系統(tǒng)（鐵路機車站場調度），現場實驗效果非常好，目前正推廣應用。

MDS公司為美國太平洋鐵路開發(fā)了一套常規(guī)無線電臺的鐵路機車遙控系統(tǒng)（鐵路機車站場調度），GE MDS entraNET 220，為改造現有的鐵路常規(guī)無線電系統(tǒng)提供了新的解決方案。GE MDS entraNET 220系統(tǒng)的介紹另文再述。