旅客信息系统地铁系统解决方案样本.doc

公布时间：.01.16 06:05     起源：Pconline    作者：

一 序言
　　伴随WLAN移动通信技术完善，地铁列车在以120Km/小时高速行驶过程中仍然能保持和地面不间断实时通信，这使得PIS（Passenger Information System）旅客信息系统建设成为可能，现代PIS系统除了能在车厢内显示乘车须知、列车时刻表等文本信息以外，还可播放股票信息、媒体新闻、赛事直播、广告等实时动态信息，一旦出现火灾、阻塞及恐怖攻击等非正常情况，PIS系统还可提供动态紧急疏散提醒。
　　PIS系统应用将原有封闭车辆空间变成一个 “信息娱乐中心”，增加了乘客舒适感。同时因为车、地无线通信系统还有富裕带宽，PIS系统往往还和车辆监控系统相结合，将车辆内部图像实时上传到控制中心，充足保障列车行车安全。
二 PIS系统信息化需求
　　PIS系统作为地铁企业和乘客之间最直观信息交互平台，全部实时播放媒体流不能出现图像马赛克、声音停顿情况，这需要有线网络、车地无线通信网全部有足够带宽和良好QoS保障机制，同时网络可靠性要求也很高，不能因为网络中止造成PIS系统故障。
　　为了保障列车播放图像高清楚，现在PIS系统所需最低带宽为8M（按MPEG 2格式），考虑到车辆内部监控还需4M带宽（每列车有多个摄像头，同时只上传两路图像），平均无线网带宽应最少在12M以上，带宽是保障图像高质量最基础要求。为了满足多辆列车同时接收赛事、股票等实时信息转播需求，列车PIS系统均要求支持组播技术，但因为列车在快速行驶过程中车载AP和轨旁AP存在漫游切换，而车载网络却无法立即感知这个过程，会仍然试图从原有轨旁AP接收数据，最终造成组播数据流中止，怎样保障车辆移动过程中组播报文不丢失，也是PIS系统成功应用一个关键技术。
　　因为早期地铁建设缺乏车、地无线通信技术，地铁监控只能局限于车站等级，不能对车辆内部进行监控，并以模拟技术为主，但因为模拟监控大规模布署成本高，不支持远程调阅，历史图像查询困难等多个原因，现在基于IP数字监控系统已经成为新发展时尚。
　　新建地铁除了车站可采取IP监控，更可利用PIS系统车、地无线通信网富裕带宽，构建基于IP车辆监控系统，地铁控制中心和地铁公安系统能立即发觉车辆内安全事故隐患并提前处理，确保列车行驶安全。以IP技术为关键，车辆监控和车站监控还可融合为一体化处理方案，实现调度系统、存放系统、外置显示系统等多个系统共享和一体化管理，降低成本，提升监控效率。
三 PIS系统数据承载网处理方案
　　H3CPIS处理方案以下：

　　H3C提议PIS系统采取高可靠双星型拓扑结构设计，车站AP接入交换机S3600-28F经过双千兆链路接入到关键，避免单链路故障或单关键故障对网络造成影响，传输链路可选择裸光纤或MSTP传输，S3600-28F下行经过百兆光纤口直接接入隧道轨旁AP，避免使用光电转换器降低系统可靠性。
　　关键交换机提议选择支持冗余引擎、冗余电源、支持热插拔高端交换机产品，比如H3CS9500/S7500交换机产品，这些交换机均支持高密度千兆、万兆接入，含有足够性能和可靠性，很适用关键环境使用。
　　因为一台S3600-28F可最大接入24个AP，假如这些AP相邻部署，就会出现接入交换机故障，造成一段地铁线路无线网全部无法正常工作情况，为避免这种情况发生，H3C提议隧道轨旁AP要跨站交叉布署。
　　为了提升无线网可靠性，在PIS系统承载网中还放置了两台WX6100无线控制器，两台控制器之间经过网络或心跳线实时同时状态信息，一旦出现主控制器故障情况，备用控制器能立即接管主控制器全部功效，确保无线网不中止运行
3.1 PIS系统关键技术――组播环境0丢包技术
　　车载流媒体播放服务器作为PIS系统组播数据流接收者，它直接和车载交换机互联，车载交换机上行接入车载AP设备，即使列车移动过程中车载AP和轨旁AP有着连续切换过程，但车载交换机和流媒体播放计算机却无法立即感知这个过程，所以也不会在AP切换后主动提议新组播加入命令，直接造成广播流中止。
　　H3C经过在AP上开发IGMP-Snooping功效，车载AP能提前预知车载网络中是否有组播接收者存在，在和轨旁新关联AP建立连接过程中，车载AP会替换其后端有线网络和接收者提议组播加入功效。
　　在新关联AP通道组播报文没有到来以前，车载AP仍经过原有轨旁关联AP接收组播数据，一旦从新关联AP接收到报文，车载AP则替换后端网络提议组播离开报文，经过这种先建连接，后切换技术，真正实现了0丢包功效。
　　因为标准协议处理并不支持这么功效，只有将标准协议和组播应用相关联后才能实现，这需要厂商有专门研发能力。
3.2 PIS系统关键技术――QoS技术
　　PIS系统图像、语音是否联贯，和数据承载网QoS能力紧密相关，因为PIS系统有线网络千兆骨干网带宽承载PIS流媒体业务绰绰有余，整个PIS系统性能瓶颈还集中在无线系统，WLAN部分QoS决定了PIS性能和表现。
　　H3C有线、无线一体化处理方案可实现有线网QoS和无线网QoS相互映射传输，在全部层次确保用户数据最高质量优先级调度。

　　WLAN802.11e协议定义了无线QoS实现方案，正常情况下WLAN系统第一个报文发送完成后，最少要等候DIFS时间间隔，终端用户才开始竞争抢夺时间片进行发送，但对于应用802.11e高优先级报文，因为其等候时间小于DIFS，比如修改为SIFS或PIFS，一旦第一个报文发送完成，这些高优先级用户报文总会优先抢到发送权力，从而保障其高服务质量。

　　802.11e定义了SIFS到AIFS多个等候时间间隔，支持多优先级业务统一承载，H3CAP产品均支持802.11e，在实际应用环境中可将车厢内视频播放流设置为最高优先级，将视频监控流设置为一般优先级，优先保障媒体广播高质量。
3.3 PIS系统关键技术――WLAN 无线网高带宽确保
　　正常情况下两个AP之间传输数据报文之前需要经过Probe-Request、Probe-Response等数次握手协商，这需要占用大量WLAN空口实际带宽，801.11g标称是54Mbps，但实际可用数据报文带宽最高不超出24Mbps。

　　H3CAP产品经过技术改善，能实现将多个短包传输报文拼装成一个长报文发送，这极大降低了短包传输所需协议交互报文数量，可有效提升WLAN空中接口带宽利用效率。
　　在实际地铁环境测试过程中，列车行驶速度达成80Km/小时，H3C无线方案可提供给用带宽可达成18Mbps，处于业界领先水平。
3.4 PIS系统监控方案
　　H3CPIS监控处理方案充足整合了IP网络、视频、存放、信令等领域技术，采取开放架构，标准技术实现，系统将信令控制和媒体流交换分离优异理念引入视频监控系统，H3CIP监控系统含有扩展性好、管理方便特点。
　　利用PIS系统剩下带宽，H3C地铁监控方案可实现车站监控、车辆监控一体化管理，将监控扩展到车辆内部，保障车辆行驶过程中乘客安全和设备安全。 H3C地铁监控一体化方案以下：

　　地铁列车通常由六节车厢组成，其中列车头、尾还有两个驾驶室，车辆监控方案中每节车厢放置两个摄像头，列车头尾驾驶室各放置一个，全车供14个摄像头。为保障监控效果，每个摄像头编码带宽最少为2M，但因为车地无线通信网带宽有限，车辆监控以同时上传两路图像为主，但可在14个摄像头中轮巡或人工指定，其它摄像头监控数据采取车载当地存放方法，车辆监控提议选择多路DVR设备，而且应有良好抗震能力。
　　车站监控提议采取摄像头＋DC编码器方案，直接利用PIS系统现有轨旁有限网传输即可，依据管理制度需要，可选择车站当地存放、线路中心集中存放和车站、线路中心分布式存放多个方法。不管选择何种存放方法，监控数据存放资源分配和调用全部是由线路中心DM8000来自动完成，这极大简化了存放资源管理工作量。
　　同时H3C地铁监控还支持分级、分区域权限管理功效，经过线路中心VM8000授权，管理员能够在全网任意一台PC上完成全网设备配置、智能调度和管理监控网络中多种资源，而一般操作人员可设置为只能观看、控制指定摄像头某区域摄像头资源，比如车站监控人员可控制本车站摄像头，而线路中心监控人员含有更高权限，可观看全部车站图像，并对全部摄像头进行控制。
　　对监控图像查看除了可选择EC解码器＋电视墙方法以外，H3C监控方案还支持灵活VC用户端方法，经过在PC终端上安装用户端软件，即可在授权情况下观看和控制摄像头，VC用户端同时还可连接控制台键盘设备，适应用户对摄像头控制习惯。
四 PIS系统H3C地铁优势
　　PIS系统高可靠设计：99.999%高可靠设备、双星型拓扑结构设计、AP交叉布署、冗余无线控制器布署
　　PIS系统高质量保障：移动模式下组播报文“0”丢包专利技术、最高可达18MWLAN高带宽技术
　　PIS系统、车站/车辆监控一体化承载
五 H3C PIS方案订购信息

八 H3C PIS系统经典案例
　　“让车厢变成信息娱乐中心”，H3C承建地铁10号线PIS系统
　　北京地铁10号线一期（含奥运支线）工程作为奥运工程，战略地位极为关键。它是北京轨道交通路网中一条由西北至东南轨道交通半环线，工程线路总长为30.462公里，共设车站26座，和八条线路进行换乘。它将直接服务奥运、服务公众，其关键性和紧迫性不言而喻，而10号线PIS系统作为直接服务奥运乘客信息系统，已成为北京奥运代表工程，其运行稳定性、可靠性将直接展示到社会群众面前。
　　PIS系统承载网包含有线网络、无线网络和车载局域网络三个部分，其中有线网络用于提供从控制中心到各车站和沿线无线接入点数据通道，是整个PIS系统基础承载平台，对整个PIS系统可靠性起着决定性作用。
　　依据北京地铁10号线特点，10号线有线网络采取高可靠三关键网状拓扑结构：

　　地铁10号线有线网络包含控制中心、备用中心和车站（车辆段、停车场）三个部分组成。设置在小营控制中心是整个PIS系统关键，控制中心配置了两台H3C企业S9512万兆关键交换机，经过千兆光纤和各个车站H3C S5648P交换机互联，满足PIS系统海量多媒体信息高效、安全传输需求。
　　在确保网络安全方面，除了配置H3C SecPath防火墙、H3C SecEngine IDS以外，在地铁10号线PIS系统上还增加了一台H3C IPS系统作为防病毒网关。IPS可对2层到7层网络流量做深度分析和检测，可有效检测并实时阻断隐藏在海量网络流量中病毒、攻击和滥用行为。
　　为了确保整个PIS系统高可靠性，小营控制中心和万柳备用中心三台S95万兆交换机运行了VRRP协议，主控中心一台关键交换机设置为Active，处于工作状态，主控中心另一台关键交换机和备份中心关键交换机分别设置为“第一备份状态”和“第二备份状态”，当主关键交换机出故障时，优先由主控中心“第一备份”接管任务，当主控中心两台关键交换机均出现故障，或主控中心出现灾难性事故时，备用中心“第二备份”将接管起整个系统任务：

　　因为此切换完全是网络自动进行，而且很快速，不用改变IP地址和MAC地址，故对终端使用者系统是透明，对业务系统正常运行不会造成任何影响。