王永軍

（神華包神鐵路集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719300）

0 引言

隨著我國(guó)軌道交通信息化技術(shù)的快速發(fā)展，車(chē)載設(shè)備智能化水平不斷提升，產(chǎn)生了多數(shù)據(jù)源與超大容量的車(chē)載數(shù)據(jù)。為保證機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行，在機(jī)務(wù)運(yùn)、檢、修中對(duì)車(chē)載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析非常必要。目前神華包神鐵路集團(tuán)有限責(zé)任公司機(jī)務(wù)地面已部署了各類車(chē)載設(shè)備專家分析系統(tǒng)，以對(duì)車(chē)載數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析與處置，而如何將這些海量的車(chē)載數(shù)據(jù)快速下載至地面是現(xiàn)階段迫切需要解決的問(wèn)題。

針對(duì)車(chē)載數(shù)據(jù)的下載，傳統(tǒng)的解決方案是待機(jī)車(chē)回庫(kù)后，由工作人員上車(chē)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到便攜式存儲(chǔ)介質(zhì)（U 盤(pán)、硬盤(pán)、筆記本電腦）中，這種方法不僅速度慢、時(shí)間長(zhǎng)，還存在著人力浪費(fèi)甚至下載過(guò)程中斷等問(wèn)題，難以滿足數(shù)據(jù)高速、高效下載的需求。近兩年來(lái)，CMD 系統(tǒng)（中國(guó)機(jī)車(chē)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)）在各路局機(jī)務(wù)段被推廣應(yīng)用，無(wú)線下載是CMD 系統(tǒng)功能一大亮點(diǎn)[1-2]，但其使用的2.4 GHz 和5.8 GHz 頻段WLAN 網(wǎng)絡(luò)只能滿足500 MB 以內(nèi)數(shù)據(jù)下載需求，無(wú)法滿足以千兆字節(jié)為單位的大容量數(shù)據(jù)下載需求。為解決大容量車(chē)載數(shù)據(jù)下載轉(zhuǎn)儲(chǔ)的問(wèn)題，給機(jī)務(wù)應(yīng)用提供具有更大數(shù)據(jù)傳輸帶寬和更高數(shù)據(jù)傳輸速率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式，本文基于5G 技術(shù)，結(jié)合有源以太網(wǎng)（power over Ethernet，PoE）供電技術(shù)、大數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)以及Oracle 海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套滿足機(jī)車(chē)大容量數(shù)據(jù)無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)的軟硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車(chē)大容量數(shù)據(jù)的快速下載。

1 機(jī)車(chē)大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)功能

機(jī)車(chē)大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)大容量數(shù)據(jù)無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)為目標(biāo)，旨在解決機(jī)務(wù)段大容量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、速度慢的問(wèn)題，需實(shí)現(xiàn)車(chē)載主機(jī)與機(jī)車(chē)網(wǎng)絡(luò)、6A（機(jī)車(chē)車(chē)載安全防護(hù)系統(tǒng)）及CMD 等車(chē)載系統(tǒng)的互聯(lián)，從而獲取各類車(chē)載數(shù)據(jù)；同時(shí)，需具備高速、大寬帶的車(chē)地?zé)o線傳輸通道，以實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的快速下載。系統(tǒng)整體應(yīng)具備超高速、全自動(dòng)、斷點(diǎn)續(xù)傳等功能特征，以實(shí)現(xiàn)車(chē)載海量數(shù)據(jù)的匯聚、高速傳輸與自動(dòng)轉(zhuǎn)儲(chǔ)，因此系統(tǒng)需滿足以下功能要求：

（1）高速無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)。無(wú)線傳輸速率能達(dá)到1 Gb/s，實(shí)現(xiàn)50 GB 數(shù)據(jù)量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)的時(shí)間小于8 min；抗同頻干擾，使無(wú)線通信上信號(hào)接收機(jī)不受無(wú)用信號(hào)的干擾，保證通信質(zhì)量[3]。

（2）大容量轉(zhuǎn)儲(chǔ)斷點(diǎn)續(xù)傳。支持以文件為對(duì)象或多個(gè)文件組成的列表為對(duì)象的斷點(diǎn)續(xù)傳，本次轉(zhuǎn)儲(chǔ)未完成時(shí)，下次轉(zhuǎn)儲(chǔ)能在文件以及列表的斷點(diǎn)處繼續(xù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)；文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)自動(dòng)去重過(guò)濾，車(chē)載端需對(duì)轉(zhuǎn)儲(chǔ)過(guò)的文件做標(biāo)記，避免文件的重復(fù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)，地面需對(duì)文件所處時(shí)間段做篩選，刪除存在重復(fù)內(nèi)容的文件。

（3）全自動(dòng)轉(zhuǎn)儲(chǔ)。機(jī)車(chē)入段進(jìn)入指定區(qū)域后，能自動(dòng)搜索并連接上無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)進(jìn)行文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)，整個(gè)過(guò)程無(wú)須人工參與。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)架

圖1 大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig. 1 Topology of the large-capacity wireless dump system

機(jī)車(chē)大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)由車(chē)載主機(jī)、無(wú)線傳輸通道和地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)服務(wù)器組成，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。車(chē)載主機(jī)通過(guò)千兆以太網(wǎng)線與TCMS（機(jī)車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)）、6A 以及其他一些車(chē)載設(shè)備連接在一起，獲取車(chē)載記錄數(shù)據(jù)，并通過(guò)千兆以太網(wǎng)線連接至車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端設(shè)備；車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端通過(guò)無(wú)線信號(hào)與地面基站連接在一起，形成無(wú)線傳輸通道；車(chē)載記錄數(shù)據(jù)匯聚在車(chē)載主機(jī)上，通過(guò)無(wú)線傳輸通道，再經(jīng)PoE 交換機(jī)，最終轉(zhuǎn)儲(chǔ)至地面服務(wù)器。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)車(chē)大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)采用5G 高頻通信技術(shù)構(gòu)建車(chē)地?zé)o線轉(zhuǎn)儲(chǔ)通道，采用大數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)解決車(chē)地?zé)o線傳輸異常中斷后進(jìn)行快速重傳問(wèn)題，采用Oracle海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)落地的大數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，采用PoE供電技術(shù)解決車(chē)載天線供電困難問(wèn)題。

2.1 5G 高頻通信技術(shù)

5G 高頻通信技術(shù)采用免授權(quán)頻段（這類頻段頻譜范圍寬，信息容量大，傳輸速率高），能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間1 Gb/s 的超高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸[4]。使用這類頻段的設(shè)備，通過(guò)掃描與自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)建立穩(wěn)定、高速的無(wú)線傳輸通道，其掃描范圍在垂直±15°、水平±45°之間；同時(shí)設(shè)備之間使用定向波束，指向性好，能最大程度消除相互干擾，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中單鏈路空口速率能達(dá)到1 Gb/s，最高可達(dá)3 Gb/s，最高可實(shí)現(xiàn)3 min 高速搬移50 GB 數(shù)據(jù)[5]。機(jī)車(chē)大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)采用5G 高頻通信技術(shù)在60 GHz 高頻率段進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了快速的車(chē)地間數(shù)據(jù)交互。

2.2 大數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)

在文件傳輸過(guò)程中無(wú)法避免因機(jī)車(chē)斷電或網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定而造成的文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)失敗。若每次失敗都需要從頭傳輸文件，必然會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)儲(chǔ)效率和成功率低，因此需使用大數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)以保證大容量文件高效快速傳輸。斷點(diǎn)續(xù)傳實(shí)質(zhì)是在文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)過(guò)程中，若在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)任務(wù)中斷，轉(zhuǎn)儲(chǔ)客戶端先記錄該時(shí)間點(diǎn)中斷的位置（即斷點(diǎn)），待到下次轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)，客戶端率先獲取該斷點(diǎn)，從斷點(diǎn)繼續(xù)傳輸文件。由于大容量數(shù)據(jù)存在文件數(shù)量多、文件字節(jié)數(shù)大等特點(diǎn)，本系統(tǒng)從文件列表傳輸中斷和單個(gè)文件傳輸中斷兩個(gè)方面來(lái)完成大數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳，實(shí)現(xiàn)了既能從單個(gè)文件斷開(kāi)處續(xù)傳該文件，也能從文件列表斷開(kāi)處續(xù)傳剩余文件。

2.3 Oracle 海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

目前使用最廣泛的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)當(dāng)屬Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，其擁有讀寫(xiě)快速、操作方便、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種數(shù)據(jù)安全性強(qiáng)、可靠性好且滿足高吞吐量的數(shù)據(jù)庫(kù)[6]。Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)有合技術(shù)與分技術(shù)兩種，合技術(shù)表現(xiàn)為各個(gè)分層存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)整合在一起，而分技術(shù)則是將數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與優(yōu)化方面，Oracle 涉及Cache 技術(shù)、分布式技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)SQL并行執(zhí)行數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)范式設(shè)計(jì)技術(shù)等；而在數(shù)據(jù)解析入庫(kù)時(shí)，Oracle 同時(shí)支持多表插入、批量更新技術(shù)等。本系統(tǒng)地面服務(wù)器采用Oracle 海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)記錄所有下載文件信息，利用其快速寫(xiě)入與查找的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)地面所有文件的統(tǒng)一管理。

另外，制備對(duì)照藥材標(biāo)準(zhǔn)品時(shí)，因工作程序的原因，粉碎后的樣品距離分裝有一段時(shí)間。因此，要嚴(yán)格控制粉碎后對(duì)照藥材貯藏環(huán)境的濕度，確保粉碎后的樣品能保持在一個(gè)較低的濕度范圍，減少環(huán)境因素對(duì)其水分的影響，易于后續(xù)的分裝工作。

2.4 PoE 供電技術(shù)

PoE 是指基于10BASE-T，100BASE-TX，1000BASE-T以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的供電技術(shù)，其數(shù)據(jù)線和電源線采用同一根網(wǎng)線。通過(guò)這種方式，可以有效地實(shí)現(xiàn)IP 電話、無(wú)線接入點(diǎn)（access point, AP）、便攜設(shè)備充電器、刷卡機(jī)、攝像頭及數(shù)據(jù)采集設(shè)備等終端的集中式電源供電。對(duì)于這些終端而言，不再需要考慮其室內(nèi)電源系統(tǒng)布線的問(wèn)題，在接入網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的供電，極大地簡(jiǎn)化了綜合布線的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)使用的成本。本系統(tǒng)的車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端與地面基站采用PoE 供電技術(shù)，使系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝更加方便、快捷，并節(jié)省成本[7]。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

機(jī)車(chē)大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)硬件包括車(chē)載主機(jī)、無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)通道及地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)主要涉及大容量數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)及傳輸?shù)溶?chē)載主機(jī)功能。

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1.1 車(chē)載主機(jī)

車(chē)載主機(jī)由電源插件、CPU 插件、交換機(jī)插件和2塊存儲(chǔ)插件組成（圖2），具備1 TB 存儲(chǔ)空間。其中電源插件實(shí)現(xiàn)整機(jī)供電，將DC 110 V 輸入電壓轉(zhuǎn)換成DC 12 V 與DC 48 V 電壓輸出供其他插件使用。由于其他插件工作時(shí)電流比較大，電源插件將輸出電壓上抬5%，使供電性能更加穩(wěn)定。CPU 插件在機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集車(chē)載大容量數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在本地，通過(guò)與地面服務(wù)器通信，將大容量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)至地面。交換機(jī)插件提供7 路千兆以太網(wǎng)通信接口，實(shí)現(xiàn)車(chē)載數(shù)據(jù)高速交換。2 塊存儲(chǔ)插件組成磁盤(pán)陣列，通過(guò)背板SATA 接口與CPU 插件連接；為保證存儲(chǔ)可靠性，存儲(chǔ)插件的存儲(chǔ)內(nèi)容互為備份，任何一個(gè)插件異常都不會(huì)影響存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。各插件具體參數(shù)如表1 所示。

圖2 車(chē)載主機(jī)界面示意圖Fig. 2 Schematic diagram of vehicle host interface

表1 車(chē)載主機(jī)插件參數(shù)表Tab.1 Parameter table of vehicle host plus-in boards

3.1.2 無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)通道

無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)通道由車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端與地面基站組成。車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端與地面基站采用同一型號(hào)設(shè)備，均為圓柱形結(jié)構(gòu)（直徑155 mm，高度180 mm）；車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端采用千兆以太網(wǎng)與車(chē)載主機(jī)通信、供電，并通過(guò)60 GHz高頻段的無(wú)線通信與地面基站連接，完成大容量數(shù)據(jù)的車(chē)地傳輸。車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端與地面基站點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信速率可達(dá)1 Gb/s。由于采用高頻定向波束，為了保證傳輸質(zhì)量，車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端需要被安裝在車(chē)頂，且與地面基站之間不能有障礙物；同時(shí)，地面基站推薦安裝高度為7 m，且面向軌道安裝，2 個(gè)為一組，水平方向覆蓋180°；車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端安裝時(shí)需要打孔（直徑3～5 cm），用于安裝與車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)主機(jī)之間的以太網(wǎng)線，且與既有車(chē)載天線安裝間距應(yīng)大于80 cm。車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端與地面基站無(wú)線傳輸原理如圖3 所示。其中，從地面基站垂直點(diǎn)往前（信號(hào)發(fā)射方向）300 m 內(nèi)，車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端即可被可靠接入；從地面基站垂直點(diǎn)往前100 m 內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)高速傳輸。

圖3 車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)終端與地面基站無(wú)線傳輸示意圖Fig. 3 Schematic diagram of wireless transmission between vehicle dump terminal and ground base station

地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)由基站、網(wǎng)絡(luò)控制器和地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)服務(wù)器組成，其原理如圖4 所示。地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)服務(wù)器通過(guò)千兆以太網(wǎng)線連接至網(wǎng)絡(luò)控制器。網(wǎng)絡(luò)控制器是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心，用來(lái)集中控制地面基站，包括下發(fā)配置、修改相關(guān)配置參數(shù)、射頻智能管理及接入安全控制等。在地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)服務(wù)器上運(yùn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)服務(wù)器軟件，并安裝FTP 服務(wù)器與Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)。轉(zhuǎn)儲(chǔ)服務(wù)器軟件主要與車(chē)載軟件進(jìn)行報(bào)文數(shù)據(jù)交互，控制機(jī)車(chē)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入，控制車(chē)地?cái)?shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)以及文件落地后的地面存儲(chǔ)；FTP 服務(wù)器給車(chē)地文件傳輸提供服務(wù)，供車(chē)載軟件以FTP 客戶端身份接入并傳輸文件；Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)所有轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件的信息，包括文件名稱、文件大小、轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)間及轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)果等信息，以實(shí)現(xiàn)地面文件快速檢索。

圖4 地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)示意圖Fig. 4 Schematic diagram of ground dump system

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

機(jī)車(chē)大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)軟件策略主要包括車(chē)載大容量數(shù)據(jù)獲取策略、機(jī)車(chē)安全接入策略和大容量數(shù)據(jù)完整轉(zhuǎn)儲(chǔ)策略。

3.2.1 車(chē)載大容量數(shù)據(jù)獲取策略

機(jī)車(chē)在線運(yùn)行時(shí)，車(chē)載主機(jī)實(shí)時(shí)將車(chē)載設(shè)備上已存儲(chǔ)但未下載過(guò)的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)FTP 方式下載到本地磁盤(pán)陣列中。車(chē)載主機(jī)記錄已經(jīng)下載完成的文件列表，在下載文件前進(jìn)行去重過(guò)濾，防止同一文件被重復(fù)下載。以機(jī)車(chē)6A 系統(tǒng)視頻文件為例，采用開(kāi)機(jī)遍歷與周期性遍歷方式將本地所有已轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件信息與6A 系統(tǒng)上所有視頻文件信息進(jìn)行對(duì)比，并下載6A 系統(tǒng)中多出的視頻文件與信息不一致的文件。6A 系統(tǒng)中視頻文件分日期文件夾存儲(chǔ)，開(kāi)機(jī)時(shí)車(chē)載軟件先從本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中讀出所有已轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件信息，再遍歷一次6A 系統(tǒng)中除開(kāi)當(dāng)天的所有日期文件夾中視頻文件信息并進(jìn)行對(duì)比，下載本地?cái)?shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有記錄或文件信息發(fā)生變化的文件，下載完后更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)；然后周期性遍歷當(dāng)天日期文件夾，下載前后兩次遍歷文件信息（如文件大小或文件最后寫(xiě)入時(shí)間）未變化的文件，下載完后更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)載大容量數(shù)據(jù)獲取。6A 系統(tǒng)視頻子系統(tǒng)（AV3）上視頻文件獲取流程如圖5 所示。

圖5 AV3 視頻文件獲取流程Fig. 5 Flow chart of the acquisition of video files from AV3

3.2.2 機(jī)車(chē)安全接入策略

機(jī)車(chē)安全接入采用地面服務(wù)器軟件廣播信息、車(chē)載軟件接收到廣播信息后申請(qǐng)鏈接、地面服務(wù)器接受或拒絕鏈接申請(qǐng)的控制流程策略。地面服務(wù)器軟件在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中廣播信息，廣播信息主要含地面服務(wù)器IP 地址；車(chē)載軟件接收后向地面服務(wù)器IP 地址發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求，注冊(cè)請(qǐng)求包含車(chē)型車(chē)號(hào)信息；地面服務(wù)器軟件接收到注冊(cè)請(qǐng)求后判斷該機(jī)車(chē)是否允許接入，若允許則向車(chē)載數(shù)據(jù)源IP 地址和端口發(fā)送允許接入信息，允許接入信息包含文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)FTP 用戶名和密碼，若不允許則發(fā)送拒絕接入信息，以實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)在可控范圍內(nèi)安全接入。車(chē)載軟件與地面服務(wù)器建立連接后，定時(shí)向地面服務(wù)器發(fā)送心跳，地面服務(wù)器的廣播信息作為地面服務(wù)器心跳；如果車(chē)地心跳中斷1 min 以上，則認(rèn)為車(chē)地通信中斷，需要重新建立車(chē)地連接。機(jī)車(chē)安全接入流程如圖6 所示。

圖6 機(jī)車(chē)安全接入策略示意圖Fig. 6 Schematic diagram of locomotive security access strategy

3.2.3 大容量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)策略

機(jī)車(chē)回段后，車(chē)載主機(jī)和地面服務(wù)器建立連接，生成所有本次需要上傳的文件列表，其中包括上次回段未完成上傳和本次已下載未上傳的文件，通過(guò)FTP 上傳到地面服務(wù)器上。車(chē)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)主機(jī)記錄已經(jīng)上傳完成的文件列表，在上傳文件前進(jìn)行去重過(guò)濾，防止同一文件進(jìn)行重復(fù)上傳。車(chē)載軟件采用文件斷點(diǎn)續(xù)傳策略保證大容量數(shù)據(jù)的完整傳輸。文件斷點(diǎn)續(xù)傳分文件列表斷點(diǎn)續(xù)傳與FTP 文件斷點(diǎn)續(xù)傳。當(dāng)車(chē)載主機(jī)每次與地面服務(wù)器建立連接時(shí)，車(chē)載軟件讀取本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)獲取本地文件中需轉(zhuǎn)儲(chǔ)卻未轉(zhuǎn)儲(chǔ)的文件列表，優(yōu)先轉(zhuǎn)儲(chǔ)該部分文件以實(shí)現(xiàn)文件列表斷點(diǎn)續(xù)傳；同時(shí)，每開(kāi)始轉(zhuǎn)儲(chǔ)一個(gè)文件時(shí)，首先從地面FTP 服務(wù)器上判斷地面是否存在該文件，若存在則獲取地面該文件大小信息，車(chē)載軟件從該文件斷點(diǎn)繼續(xù)傳輸文件，若不存在則從0 開(kāi)始傳輸文件以實(shí)現(xiàn)FTP 文件斷點(diǎn)續(xù)傳。

4 應(yīng)用驗(yàn)證

圖7 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景示意圖Fig. 7 Schematic diagram of on-site application scenarios

該大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)已在包神鐵路的HXD1 型機(jī)車(chē)6A 系統(tǒng)視頻文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)中進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景如圖7所示。機(jī)車(chē)從入段到入庫(kù)，大概有500 m距離，車(chē)速一般小于5 km/h，之間存在6～10 min 可利用時(shí)間，大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)即工作在這一時(shí)間段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果顯示，該大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)在無(wú)線連接穩(wěn)定情況下，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定90 MB/s 速率的車(chē)地?zé)o線傳輸，8 min 就能完成50 GB 的大容量數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)儲(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)部署驗(yàn)證證明，大容量無(wú)線轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定傳輸，解決大容量車(chē)載數(shù)據(jù)傳輸速率慢、耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題。但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，該無(wú)線傳輸通道在帶寬提高后（達(dá)到1 Gb/s 速率），使用操作系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)傳輸接口函數(shù)卻無(wú)法達(dá)到最高速率，如Windows 下的FTP 操作API 函數(shù)只能達(dá)到20 MB/s 的速率，需使用更加底層的數(shù)據(jù)流傳輸方式才能達(dá)到90 MB/s 的速率，而當(dāng)速率達(dá)到90 MB/s 時(shí)文件傳輸存在數(shù)據(jù)丟包的風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸方向必然會(huì)朝著高寬帶、高速率的方向發(fā)展，如何在高寬帶、高速率的條件下仍然保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸是需要同步研究解決的一個(gè)問(wèn)題。