方案軌道交通pis+cctv系統(tǒng)解決方案淺析

1、隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及城市化的不斷加快，迅速增長的流動人口給城市地面公共交通帶來沉重的壓力， 使得越來越多的城市建設者們把解決公共交通問題的目光投向地 鐵及有軌電車等公共交通設施上；現(xiàn)代化的城市生活迫切要求人們時刻掌握全球信息動態(tài)，乘客在車廂內(nèi)不僅僅能知道乘車須知、 列車時刻表等文本信息，還需要了解股票資訊、媒體 時政新聞、賽事直播、廣告等動態(tài)信息。車地無線高帶寬數(shù)據(jù)傳輸承載能力使得PIS(Passenger Information System)旅客信息服務系統(tǒng)和 CCTV (Close Circuit Television )閉路 電視系統(tǒng)的建設成為可能，PIS+CCTV系統(tǒng)的應用

2、使原有封閉的車箱空間變成一個軍地信息一體化的娛樂中心”，增加了乘客舒適溫暖感。軌道交通PIS+CCTV系統(tǒng)解決方案淺析文/巴亞杰PIS+CCTV系統(tǒng)業(yè)務需求說明pis旅客信息服務系統(tǒng)是開放的地面世界與封閉的車廂之間最直觀的信息交互平臺，需要嚴格保證在列車以最高100KM/H運行時車地通信的可靠穩(wěn)定性，-實時將地面信息傳遞到車載終端播放；CCTV閉路電視系統(tǒng)需要將車廂內(nèi)部監(jiān)控數(shù)據(jù)實時上傳到地面控制中心，協(xié)助列車調(diào)度員、公安安防中心緊急處理突發(fā)事故。早期的地鐵建設缺乏車地無線通信技術， 多媒體視頻播放及監(jiān)控只能局限于車站級別并以模擬技術為主，由于模擬監(jiān)控大規(guī)模部署成本高且不支持遠程調(diào)閱及歷史圖像查

3、詢等問題，可用效率往往不是很高。基于IP的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)成為新的發(fā)展潮流，以 IP技術為核心的PIS+CCTV系統(tǒng)一體化解決方案實現(xiàn)了對視 頻播控系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)資源共享和集中管理，既降低了工程實施成本又提高運維管理效率。從承載業(yè)務系統(tǒng)所需帶寬角度分析，目前 PIS系統(tǒng)和CCTV系統(tǒng)一般要求車地無線帶 寬穩(wěn)定保持在15Mbit以上，其中包含地到車 PIS系統(tǒng)8Mbit視頻(按MPEG 2格式)帶寬、 地到車CCTV系統(tǒng)4Mbit帶寬(每列車有多路攝像頭，同時上傳數(shù)據(jù)根據(jù)工程需求而定)。 業(yè)務需求如表1所示。指標名稱指標數(shù)據(jù)測試指標說明車地無線帶寬不小于15Mbps包含3Mbi

4、t一般包含8Mbit地到車PIS高清視頻和4Mbit(802.11GA)裕量帶寬)車到地CCTV5控視頻無線接入點切換時延50ms以內(nèi)不包含地面和車載有線網(wǎng)絡傳輸時延全程系統(tǒng)丟包時延<=1%要求連續(xù)丟包延遲不超過 100ms表1軌道交通PIS系統(tǒng)和CCTV系統(tǒng)業(yè)務需求從系統(tǒng)組網(wǎng)實施技術角度分析，列車高速行駛過程中，車載 AP與沿線部署的軌旁 AP 平均每隔12秒就會進行一次無線 Mesh鏈路切換（軌旁AP布點以200米間隔部署，列車時 速以60KM/H計算分析），對于車載主機以及地面服務器而言是無法判斷和及時感知無線 Mesh鏈路切換過程及 MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表項的變化，按照二層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理

5、依然會從站臺交 換機原有的端口接收轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，最終導致視頻數(shù)據(jù)流丟失或者網(wǎng)絡中斷。因此方案設計需要從產(chǎn)品配置、組網(wǎng)規(guī)劃等技術角度出發(fā)，保障網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全可靠。二、 車地無線PIS+CCTV系統(tǒng)整體組網(wǎng)設計分析地鐵車地網(wǎng)絡系統(tǒng)一般都以相對獨立的站臺區(qū)間為一個組網(wǎng)單元，維護其所屬范圍內(nèi)的網(wǎng)絡結(jié)構，通過將每一個站臺區(qū)間網(wǎng)絡合理串聯(lián)起來最終組成一個龐大的整體PIS+CCTV網(wǎng)絡系統(tǒng)。但這樣軌道交通項目不僅投資巨大建設周期長，且系統(tǒng)結(jié)構復雜，任何子系統(tǒng)一旦建設完成后想做變動都非常困難。隨著省市內(nèi)地鐵線路的增多，各條線路交錯貫通，整個省市地鐵網(wǎng)絡融合為一個越來越龐大的整體結(jié)構系統(tǒng)共享各種資源，這使得地鐵公司

6、從系統(tǒng)運維管理的角度迫切要求進行長遠的整體網(wǎng)絡規(guī)劃以提高系統(tǒng)維護的便利性以及后期線路 交匯連接的易擴容性。因此，網(wǎng)絡系統(tǒng)進行部署時應充分考慮上述問題，從整體設計上遵循以下原則。-? 高可用性和高可靠性。網(wǎng)絡設備及系統(tǒng)須具備在線故障恢復能力，避免發(fā)生單點 故障，關鍵設備、線路能做到實時備份和故障自動切換，網(wǎng)絡系統(tǒng)具有強大的容錯功能以確保各種應用的正常運行，具有較高的可用性和可靠性。? 可擴充性和可管理性。所有系統(tǒng)設備不但滿足當前需要，并在擴充模塊后滿足可 預見將來需求，如帶寬和設備的擴展、 應用的擴展地鐵車站的擴展等，建設完成后的系統(tǒng)在向新的技術升級時保證現(xiàn)有系統(tǒng)穩(wěn)定性?？紤]到地鐵將來運行維護，

7、 整個網(wǎng)絡子系統(tǒng)應易于管理維護，操作簡單安全、數(shù)據(jù)流量、性能等方面得到很好的監(jiān) 視和控制，并可以進行遠程管理和故障診斷。? 安全規(guī)范性和成熟先進性。 系統(tǒng)設計所采用的技術和設備應符合業(yè)界標準規(guī)范，既是采用先進技術又是成熟、 標準的技術，可提供網(wǎng)絡層的安全手段，防止系統(tǒng)外部成員的非法侵入以及操作人員的越級操作，保護網(wǎng)絡系統(tǒng)安全可靠。經(jīng)濟實用性。在滿足系統(tǒng) 各項要求和現(xiàn)行需求前提下，充分發(fā)揮設備性能，在節(jié)省投資的同時充分考慮發(fā)展的需要來確定系統(tǒng)規(guī)模。為了簡化網(wǎng)絡結(jié)構設計，可以將整個網(wǎng)絡系統(tǒng)分為以下五個層次（如圖 1所示）。司的1,宣接A層十 .-人覃年引的招忖ITBsl51：100/1 Ol

8、71;3 «-T»無質(zhì)耗路圖1 PIS+CCTV系統(tǒng)整體組網(wǎng)示意圖PIS系統(tǒng)應用層。在服務器端分別部署業(yè)務應用軟件支持視頻播控、設備運營維護管理功能，無線控制器管理所有站臺接入層交換機下掛的軌旁AP,兩臺無線控制器之間采用1+1快速熱備份，在線路故障時實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)平滑切換；OCC控制中心*（注：OCC: Operation Cooperation Center,運營協(xié)調(diào)中心。對于城市軌道交通來說， 主要是負責一個城市的地鐵運營調(diào)度。）部署一套網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，理實現(xiàn)對網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)所有設備、業(yè)務配置、性能、告警的統(tǒng)一監(jiān)控管理。PIS系統(tǒng)核心網(wǎng)絡層。在OCC控制中心配置兩臺高可靠的交

9、換機S7500E設備，通過光纜實現(xiàn)與區(qū)間及車輛段的以太網(wǎng)交換機互聯(lián)，兩臺核心交換機在 RRPP環(huán)網(wǎng)中作為相交節(jié)點同時連接到兩個接入層RRPP環(huán)網(wǎng)中。雙核心節(jié)點采用VRRP技術接入網(wǎng)絡避免一臺核心交換機出現(xiàn)故障時導致全網(wǎng)業(yè)務中斷，提高網(wǎng)絡整體解決方案的可靠性。PIS系統(tǒng)網(wǎng)絡接入層。接入層組網(wǎng)采用兩個 RRPP環(huán)，兩環(huán)之間有兩個公共節(jié) 點，此時只定義一個 RRPP域，選擇一個環(huán)為主環(huán)，另一個環(huán)為子環(huán)，同一區(qū)間內(nèi)的軌 旁AP與其相鄰兩個站臺交換機之間采用交叉接入的方式，從工程實施角度避免單個站臺接入交換機故障導致整個區(qū)間癱瘓問題。PIS系統(tǒng)車地無線接入層。車地無線接入層作為地面網(wǎng)絡的延伸提供地面與列

10、 車間雙向傳輸通道，通過實際定點勘測分析隧道和高架軌旁環(huán)境合理進行AP點位部署，在列車運行過程中車載 AP與軌旁AP切換時，采用0丟包切換MLSP算法* （注：H3c 獨立開發(fā)具有專利技術），既保證車載MR在軌旁AP間無縫切換，又保證了網(wǎng)絡高帶寬的穩(wěn)定可用性。車載局域網(wǎng)絡。車載AP車載視頻控制器在司機室接入車載網(wǎng)絡，列車內(nèi) PIS 系統(tǒng)和CCTV系統(tǒng)通過車廂內(nèi)部交換機實現(xiàn)互聯(lián)；車載AP主動向軌旁AP發(fā)送無線鏈路信號掃描，在列車移動過程中實時計算相鄰軌旁AP間無縫切換，實現(xiàn)車載網(wǎng)絡與地面網(wǎng)絡連接通信。三、PIS +CCTV系統(tǒng)網(wǎng)絡設計實例如圖2所示為某省市地鐵干線首條線路網(wǎng)絡設計,整條線路環(huán)繞市

11、中心一圈， 組網(wǎng)設計9 / 9時既考慮本條線路可靠穩(wěn)定性同時又兼顧后期二、三、四號線路擴容問題。PHW+CUTf 里酶圖2 PIS+CCTV系統(tǒng)組網(wǎng)圖1 .地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡系統(tǒng)-RRPP環(huán)網(wǎng)設計地鐵項目的特殊工業(yè)使用環(huán)境要求組網(wǎng)設計及業(yè)務系統(tǒng)具備高可靠的冗余保護功能，早期地面網(wǎng)絡設計一般采用星行網(wǎng)絡結(jié)構或者環(huán)網(wǎng)加STP保護協(xié)議，但星行網(wǎng)絡冗余功能較差，而STP的收斂時間一般為秒級且網(wǎng)絡直徑越大收斂時間更長，采用RSTP/MSTP雖然可以減少收斂時間，但是對于使用條件苛刻的軌道交通PIS系統(tǒng)和CCTV系統(tǒng)仍然存在非常大的網(wǎng)絡延遲風險。為了縮短收斂時間消除網(wǎng)絡尺寸的影響同時兼顧網(wǎng)絡的冗余保護功能，采用

12、RRPP （Rapid Ring Protection Protocol ）組網(wǎng)，防止數(shù)據(jù)環(huán)路引起的廣播風暴。與 STP協(xié)議相比，RRPP協(xié)議具有拓撲收斂速度快（低于50ms）和收斂時間與環(huán)網(wǎng)上節(jié)點數(shù)無關的特點。地面OCC控制中心核心交換機與各個車站交換機組成兩個相交環(huán)網(wǎng)，車站交換機按照站臺間隔部署分別連接到兩個環(huán)網(wǎng)中，OCC核心交換機同時都接入兩個環(huán)網(wǎng)中。一個RRPP環(huán)物理上對應一個環(huán)形連接的以太網(wǎng)拓撲，一個RRPP域由彼此相接的兩個 RRPP環(huán)構成，其中有一個為主環(huán)，另一個環(huán)為子環(huán)；實際部署實施方案時可以兼顧考慮光纖數(shù)量和施工方 便將車站交換機和核心交換機交叉連接成RRPP環(huán)網(wǎng)（如圖3所示

13、）。她咨更 waujajriRRPP環(huán)網(wǎng)設計RRPP上耳RRFP 或 1貞，交硒4憚M Fn-戰(zhàn)及顰:譏上科和一圖3地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡系統(tǒng)RRPP環(huán)網(wǎng)設計示意圖車站交換機交錯連接到兩個RRPP環(huán)網(wǎng)中，當一個環(huán)網(wǎng)存在故障時，不影響另外一個環(huán)網(wǎng)的正常工作，工程實施時有線交錯接入 RRPP雙環(huán)網(wǎng)部署方案與軌旁無線 AP交錯部署密 切配合可以實現(xiàn)一個環(huán)網(wǎng)癱瘓后，另一個環(huán)網(wǎng)仍可以正常工作。2 .地面網(wǎng)絡系統(tǒng)-控制中心網(wǎng)絡設計地面網(wǎng)絡系統(tǒng)OC抗制中心實現(xiàn)向各站臺終端及車載終端下發(fā)乘客導乘信息及公共多媒體信息的功能，通過傳輸網(wǎng)絡下發(fā)傳送到各車站中繼控制器、控制中心系統(tǒng)結(jié)構如圖 4所示。應制中心后睛面口mw工 Bh

14、fti理舊i中心入Ml中3九年.荷 w 督貼足鵬。.Mn3f皆舒貼占SE5麝卷O 至PIS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)或車輛段設備,Bl下赧得J!A蚯%州y瓜處” «以昌文1個一I icou -as; tixh a DEubM-i-Ti：LQ/3QQ>bf*-Tl圖4地面網(wǎng)絡系統(tǒng)控制中心網(wǎng)絡設計示意圖結(jié)合網(wǎng)絡系統(tǒng)設計要求從可靠性、產(chǎn)品性能、業(yè)務特性、安全特性以及可擴展性等多個 方面進行綜合考慮，地面 OC筮制中心交換機選用兩臺 H3c S7503或換機并運行VRRP、議保 障核心層網(wǎng)絡，通過雙 RRP環(huán)網(wǎng)與各車站及車輛段交換機互聯(lián)實現(xiàn)與控制中心互聯(lián)通信功臺匕 目匕。3 .地面網(wǎng)絡系統(tǒng)-車站及車輛

15、段網(wǎng)絡設計（如圖5所示）按照車站與車輛段相對獨立組網(wǎng)的要求，每個車站各配置1臺以太網(wǎng)交換機（采用電源1 + 1冗余備份支持交、直流雙電源輸入），通過光纜連接到OCC!制中心核心交PDP1示控制器等，并通過換機，同時接入車站內(nèi)各系統(tǒng)的中繼控制器、車站管理工作站、光端機實現(xiàn)與移動傳輸網(wǎng)的軌道無線APS聯(lián)。工程實施時每個區(qū)間內(nèi)的軌旁 APT其相鄰兩個站臺交換機之間采用交叉接入的方式，從工程實施角度保證單個站臺接入交換機故障導時軌旁無線信號仍然可以實現(xiàn)全線覆蓋，極大提高整個PIS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性。圖5地面網(wǎng)絡系統(tǒng)車站及車輛段網(wǎng)絡設計示意圖4 .車地無線網(wǎng)絡系統(tǒng)一無線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡設計（如圖6所示

16、）車地無線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)是整個傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)最重要組成部分也是網(wǎng)絡 設計風險點最大部分，無線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡采用瘦 A跺構組網(wǎng)方案，主要組成包括無線控 制器、光端機、鋪設在軌旁及車輛段運用庫的無線 A橋口天線、車載無線AP、天線以及車載交換機等部分，無線設計組網(wǎng)方案符合WLAt802.Ha/b/g標準；無線控制器和軌旁 AK間透過 接入層RRPPJ絡實現(xiàn)互通。3卬邑以太1?皮步機控刷中心 4度心靈蛆帆 當了5口口XHIP子砰在承機一口1 00/1030? A 5 ft-TK元陽隨曬 兀 哇佑圖6車地無線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡設計示意圖AP點位的部署作為車地無線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡設計風險最大的環(huán)節(jié)，主要體

17、現(xiàn)為軌旁 是否符合現(xiàn)場實際無線環(huán)境；通過綜合隧道和高架站內(nèi)特殊環(huán)境現(xiàn)場進行工程勘測驗證分析 后選擇合理的點位進行軌旁 A陪B署（布點建議距離如圖 7所示）；安裝在正線及車輛段運用庫的軌旁AP!過隧道內(nèi)部署的光纜接入站臺交換機；無線AP!過有線網(wǎng)絡與無線交換機互聯(lián)采用CAPWAP準隧道協(xié)議進行注冊，同時在保證802.11安全的前提下采用集中控制分布式轉(zhuǎn) 發(fā)模式，即針對車載AP（相對于軌旁網(wǎng)絡是一個用戶端）的安全密鑰的協(xié)商與無線管理交換機進行，具體的業(yè)務流（媒體流）使用本地轉(zhuǎn)發(fā)的模式，無線系統(tǒng)采用集中管理更有利于實現(xiàn)在全線范圍內(nèi)無線雙向傳輸網(wǎng)的部署和管理，而采用分布式的業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)則大大提高業(yè)務的處理

18、能力，集中式管理、分布式轉(zhuǎn)發(fā)的處理方式更適用于大規(guī)模的無線系統(tǒng)。軌旁AP基本布點建議Q.4G定向天線）線路屬性最佳距離（米）容忍距禺（米）徐道口三道300250隧道固艮fm號道IW140隴道 F*J 4C0 總學1301 ?0國古苴直道處理，適芻降赳間隔中洞方軌酢即而好上下行找路軌帝B 丁萃才學同瑁部巖尋海苔扉畫高梁設一航按"二米左右部署R為代去彎道曲線半徑圖7軌旁AP基本布點建議（2.4G定向天線）5 .車地無線網(wǎng)絡系統(tǒng)-雙向PIS+CCT擇統(tǒng)業(yè)務實現(xiàn)列車在高速運行過程中 PIS系統(tǒng)需要實時將 OCC視頻信息上傳遞到車載播放終端，同 時CCTV監(jiān)控系統(tǒng)將車廂內(nèi)部監(jiān)控數(shù)據(jù)實實時上傳到地面控制中心協(xié)助列車調(diào)度員中心緊 急處理突發(fā)事故；穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡傳輸帶寬是保證視頻圖像高質(zhì)量的最基本要求，為盡量減小多達幾十輛列車同時下載PIS視頻和上傳CCTV監(jiān)控視頻對網(wǎng)絡帶寬的搶占造成丟包和延遲過大的問題，PIS系統(tǒng)采用組播技術同時配合QoS保障機制最大限度的節(jié)省網(wǎng)絡帶寬以保障業(yè)務系統(tǒng)穩(wěn)定運行；通過在車載交換機設置 CAR限流功能與無線WMM QoS功