远程设备监控系统和方法与流程

本公开内容一般涉及实现多个基础设施节点和/或一个或多个服务器节点的通信网络，具体涉及铁路基础设施和信号传输。

背景技术：

1、铁路运输系统横跨整个大陆，可在世界各地实现客运和货物运输。铁路基础设施的一个重要组成部分是铺设在各种地理和地形上的铁轨，铁轨的设计旨在抵御最恶劣的环境，并方便机车在整个铁路系统中的调度。由于轨道经常暴露在危险环境中，铁路公司必须时刻警惕维护轨道的完整性；如果某段轨道受到损坏，而又不迅速处理损坏或障碍物，后果可能是灾难性的。此外，分散在轨道附近的铁路设备也需要关注和维护。例如，铁路道口的闸门、传感器、警报器等都必须正常运行，以确保防止在非适当的时间轨道上发生横穿情况。

2、由于铁路网络中铁路资产分布广泛，对某些区域进行充分监控可能极其困难。对于列车主动控制系统(ptc)，例如用于防止列车碰撞的系统，该问题可以通过超长距离通信基础设施解决。当2008年美国联邦政府强制要求实施列车主动控制系统(ptc)时，一种使用220-222mhz无线电频率的新型通信基础设施在铁路上诞生了。然而，220mhz无线电网络的带宽有限，其主要目的是在列车和路边位置之间发送和接收信息，以确保列车安全。

3、因此，为了在不牺牲ptc带宽的情况下解决这个问题，在铁路近代历史上，蜂窝网络被广泛用于远程监控位置。蜂窝网络在某些地区也存在覆盖不足的问题，导致无法使用蜂窝技术监控某些地点。随着越来越多的地点需要使用蜂窝设备进行监控(例如，高速公路平交道口等)，使用成本也随之增加。

技术实现思路

1、本公开内容作为增强铁路基础设施通信的系统和方法实现了技术优势。该系统通过实施多个配置为通过特定通信协议相互通信的基础设施节点，解决了长期以来无需依赖蜂窝网络功能的远程设备监控需求。该系统可包括基础设施节点的功能，这些节点可在网络中进行自我定义，根据节点可用的配置连接类型自动进行自我配置，以充当中继器节点和/或收集器节点。在一个实施例中，可以根据可用的连接类型来配置节点。该系统实现了显著的技术优势，即可以通过创建mesh网络利用远程通信基础设施进行极其远程的监控，而不会造成通信基础设施拥塞。该系统实现了基础设施节点的分布式处理网络，每个节点能够运行由专门算法组成的集成系统来接收数据和/或数据包，生成数据包，利用一种或多种通信协议，并处理整个网络的确认。该系统可以使用边缘处理来限制使用lora传输的消息的大小，直到找到连接到220mhz网络的收集器。

2、本公开内容解决了实现超长距离通信的技术问题。本公开内容可以包括集中式服务器节点，其配置为通过分布在整个网络中的收集器节点收集数据，并且收集器节点可以配置为从整个网络中的中继器节点接收数据。一系列中继器节点可以相距数百英里，它们可以生成信号和/或数据包，并通过特定的通信协议全方位地传输信息。中继器节点可以包括专门的算法，该算法配置为生成专门设计用于与特定通信协议一起运行的数据包，并且当这样的数据包被一个或多个其他中继器节点接收到时，该数据包可以被连续重复，直到该数据包被收集器节点接收到。收集器节点可以将数据包转发到服务器，并生成和传输确认，通知基础设施节点可以终止数据包的传输。每个基础设施节点都可以配置为对接收到的数据包执行处理，从而减少数据包最终可能需要的总带宽。与大多数无线电设备不同，这可以自动完成。收集器节点可以通过多种通信协议(例如，220mhz协议、蜂窝协议等)进行通信。以此方式，本公开内容可以实现长距离通信而不会使现有通信基础设施过度拥塞，例如因为数据包在收集器节点处被收集，其还可以进一步处理数据包(例如，将带宽需求降至最低)和/或以有序的方式传输数据包，使得所有基础设施节点都不会占用必要通信基础设施的带宽。

3、在一个实施例中，本公开内容可以包括基础设施节点和/或一个或多个服务器节点。基础设施节点可配置专门的算法，用于监控离散数字和模拟输入/输出、应用报警/警报处理应用和/或提供软件定义的mesh无线电网络。服务器节点可以配置专门的算法，用于收集健康指标和警报、提供现场用户门户和/或将警报路由到适当的故障单生成器。

4、本公开内容通过实施专门的算法来提高系统本身的性能和功能，该算法适用于接收、利用和生成与铁路警报相关的数据包，例如可由道口设备、高水位传感器、雪崩传感器、滑动栅栏或任何其他铁路设备生成的警报。该系统可以实现警报阈值来确定接收到的传感器数据是否表明应生成警报，和/或确定从另一个系统组成部分接收到的数据包是否表示警报。该系统可以进一步实现连接适配器、传感器或任何其他适当的硬件，以方便远程设备监控。该系统为某些通信协议(例如，未配置为点对点通信的lora协议)提供了有意义且极具优势的用途。

5、本公开内容的技术优势在于提供了一种能够利用ptc 220mhz可互操作列车控制信息传送(itcm)通信基础设施的系统，而不会过度占用带宽。本公开内容的进一步目的是提供一种点对点的lora mesh无线电网络。本公开内容的另一个目的是提供一种系统，通过完成分布式处理来最小化所需的通信带宽，从而为海量数据提供有意义的用途。这些和其他目的至少由以下实施例提供。

6、在一个实施例中，一种用于铁路基础设施中的警报生成和处理的系统，该系统可以包括：服务器节点，其可操作地耦合到第一存储器和第一计算机处理器，所述第一存储器具有与铁路轨道和资产相关的多个数据、阈值和规范，并且所述第一计算机处理器可操作地耦合到所述第一存储器并且能够执行机器可读指令以执行第一程序步骤；以及第一基础设施节点，其可操作地耦合到第二存储器和第二计算机处理器，所述第二存储器具有与铁路轨道和资产相关的多个数据、阈值和规范，并且所述第二计算机处理器可操作地耦合到所述第二存储器并且能够执行机器可读指令以执行第二程序步骤，所述第二程序步骤包括：接收与铁路资产相关的传感器数据；确定所述传感器数据是否满足警报阈值；如果所述传感器数据满足所述警报阈值，则生成警报；确定至少一种配置的连接类型；如果所述第一基础设施节点上未配置第一连接类型，则将所述第一基础设施节点定义为第一节点类型；如果在第一基础设施节点上配置了第一连接类型，则将第一基础设施节点定义为第二节点类型；如果第一基础设施节点是第一节点类型，则将警报传输到至少第二基础设施节点；并且如果第一基础设施节点是第二节点类型，则将警报传输到服务器节点。其中，第一程序步骤包括：接收警报；生成确认；将确认传输到至少第一基础设施节点；生成请求；以及传输请求。其中，第一程序步骤还包括：判断该请求是否被确认；若该请求未被确认，则重新发送该请求；若该请求被确认，则终止该请求。其中第一个基础设施节点位于铁路轨道附近。其中第一个基础设施节点位于道口房屋。其中铁路资产是铁路道口。其中第一基础设施节点通过lora协议将警报传输至第二基础设施节点。其中第二基础设施节点属于第二节点类型。

7、在另一实施例中，用于监控铁路基础设施的系统可以包括：第一基础设施节点，其可操作地与第一存储器和第一计算机处理器耦合，第一存储器具有与铁路轨道和资产相关的多个数据、阈值和规范，并且第一计算机处理器可操作地耦合到第一存储器并且能够执行机器可读指令以执行第一程序步骤，第一程序步骤包括：接收具有包括铁路资产数据的第一有效载荷的第一数据包；确定至少一种配置的连接类型；如果在至少一个基础设施节点上未配置第一连接类型，则将至少一个基础设施节点定义为第一节点类型；如果在至少一个基础设施节点上配置了第一连接类型，则将至少一个基础设施节点定义为第二节点类型；如果至少一个基础设施节点为第一节点类型，则通过第二连接类型重复第一数据包；如果至少一个基础设施节点为第二节点类型，则处理第一数据包以生成具有第二有效载荷的第二数据包；如果至少一个基础设施节点属于第二节点类型并且第一连接类型可用，则经由第一连接类型传输第二数据包。其中，第一程序步骤还包括：如果至少一个基础设施节点属于第二节点类型并且第一连接类型不可用，则经由第三连接类型传输第二数据包。其中，第一程序步骤还包括：使用第一数据包确定是否需要确认；如果需要确认，则请求确认；并且如果接收到确认，则终止第一或第二数据包中至少一个数据包的传输。还包括与第二存储器和第二计算机处理器可操作地耦合的服务器节点，第二存储器具有与铁路轨道和资产有关的多个数据、阈值和规范，并且第二计算机处理器可操作地耦合到第二存储器并且能够执行机器可读指令以执行第二程序步骤，第二程序步骤包括：接收第二数据包；识别第二有效载荷；如果第二有效载荷需要确认，则生成确认；以及将确认传输到至少一个基础设施节点。其中，第二程序步骤还包括生成第一请求，并且如果第二有效载荷包括警报，则传输第一请求。其中，第二程序步骤还包括：确定第二有效载荷是否包括节点状态；如果节点状态表明需要关注节点，则生成第二请求；以及传输第二请求。其中，第一程序步骤还包括：确定第一有效载荷是否已经到达第一有效载荷目的地；如果已经到达第一有效载荷目的地，则处理第一数据包，确定是否需要确认，如果需要确认，则传输确认；

8、在另一实施例中，用于监控铁路基础设施的通信系统可以包括：多个基础设施节点，每个基础设施节点包括一个或多个节点处理器，所述节点处理器可操作地耦合到节点存储器并且能够执行机器可读指令；连接管理系统，包括：连接监控模块，所述连接监控模块被配置为经由一个或多个节点处理器确定至少一种配置的连接类型；定义模块，所述定义模块被配置为经由一个或多个节点处理器使用至少一种确定的配置的连接类型将至少一个基础设施节点定义为第一节点类型或第二节点类型；以及传输模块，所述传输模块被配置为经由一种或多种可用的连接类型传输多个数据；数据管理系统，包括：数据收集模块，所述数据收集模块被配置为接收传感器数据和基础设施节点数据包；状态监控模块，所述状态监控模块被配置为经由一个或多个节点处理器监控节点健康状况；以及警报模块，所述警报模块被配置为使用传感器数据生成警报；以及通信管理系统，包括：数据协调模块，所述数据协调模块被配置为经由一个或多个节点处理器确定基础设施节点数据包的一个或多个处理位置；以及确认处理模块，其配置为通过一个或多个节点处理器生成并请求与基础设施节点数据包相关的确认。还包括服务器节点，该服务器节点包括一个或多个服务器处理器，该一个或多个服务器处理器可操作地耦合到服务器存储器并且能够执行机器可读指令；连接管理器系统，包括：连接管理器模块，该连接管理器模块被配置为经由一个或多个服务器处理器确定至少一种配置的连接类型；传输管理器模块，该传输管理器模块被配置为经由一种或多种可用的连接类型传输多个数据；数据管理器系统，包括：数据积累模块，该数据积累模块被配置为接收基础设施节点数据包并且使用基础设施节点数据包生成与基础设施节点和一个或多个铁路资产相关的数据的记录；节点监控模块，该节点监控模块被配置为使用基础设施节点数据包经由一个或多个服务器处理器监控多个节点的健康状况；以及警报管理模块，该警报管理模块被配置为经由基础设施数据包接收警报并且响应于接收警报生成请求；以及通信管理器系统，包括：确认管理器模块，该确认管理器模块被配置为经由一个或多个服务器处理器生成和请求与基础设施节点数据包和由警报管理模块生成的请求相关的确认。

9、在另一实施例中，生成和传输与铁路资产相关的警报的方法可以包括以下步骤：经由第一基础设施节点接收与铁路资产相关的传感器数据；经由第一节点计算机处理器确定传感器数据是否满足警报阈值；如果传感器数据满足警报阈值，则经由第一节点计算机处理器生成警报；经由第一通信协议将警报从第一基础设施节点传输到第二基础设施节点；经由第二节点计算机处理器确定第二通信协议是否可用于第二基础设施节点；如果第二通信协议不可用于第二基础设施节点，则使用第一通信协议经由第二基础设施节点向第三基础设施节点重复警报；并且如果第二通信协议可用于第二基础设施节点，则使用第二通信协议经由第二基础设施节点传输警报。其中第一通信协议为lora协议。其中第二通信协议与列车主动控制网络兼容。