PIS(跟服务器网络有关).docx

旅客信息系统 H3C地铁PIS系统解决方案 （1）

发布时间：2008.01.16 06:05     来源：Pconline    作者：

一 前言
　　随着WLAN移动通信技术的完善，地铁列车在以120Km/小时高速行驶过程中依然能保持与地面的不间断实时通信，这使得PIS（Passenger Information System）旅客信息系统的建设成为可能，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、阻塞及恐怖袭击等非正常情况，PIS系统还可提供动态紧急疏散提示。
　　PIS系统的应用将原有封闭的车辆空间变成一个 “信息娱乐中心”，增加了乘客舒适感。同时由于车、地无线通信系统还有富裕的带宽，PIS系统往往还与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，充分保障列车的行车安全。
二 PIS系统信息化需求
　　PIS系统作为地铁公司与乘客之间最直观的信息交互平台，所有实时播放的媒体流不能出现图像马赛克、声音停顿的情况，这需要有线网络、车地无线通信网均有足够的带宽和良好的QoS保障机制，同时网络的可靠性要求也非常高，不能因为网络的中断导致PIS系统故障。
　　为了保障列车播放图像的高清晰，目前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），平均无线网带宽应至少在12M以上，带宽是保障图像高质量的最基本要求。为了满足多辆列车同时接收赛事、股票等实时信息的转播需求，列车PIS系统均要求支持组播技术，但由于列车在快速行驶过程中车载AP与轨旁AP存在漫游切换，而车载网络却无法及时感知这个过程，会依然试图从原有轨旁AP接收数据，最终导致组播数据流的中断，如何保障车辆移动过程中的组播报文不丢失，也是PIS系统成功应用的一个关键技术。
　　由于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级别，不能对车辆内部进行监控，并以模拟技术为主，但由于模拟监控大规模部署成本高，不支持远程调阅，历史图像查询困难等多种原因，现在基于IP的数字监控系统已经成为新的发展潮流。
　　新建地铁除了车站可采用IP监控，更可利用PIS系统车、地无线通信网的富裕带宽，构建基于IP的车辆监控系统，地铁控制中心和地铁公安系统能及时发现车辆内的安全事故隐患并提前处理，确保列车行驶安全。以IP技术为核心，车辆监控和车站监控还可融合为一体化解决方案，实现调度系统、存储系统、外置显示系统等多种系统的共享和一体化管理，降低成本，提高监控效率。
三 PIS系统数据承载网解决方案
　　H3C的PIS解决方案如下：

　　H3C建议PIS系统采用高可靠的双星型拓扑结构设计，车站AP接入交换机S3600-28F通过双千兆链路接入到核心，避免单链路故障或者单核心故障对网络造成的影响，传输链路可选择裸光纤或MSTP传输，S3600-28F下行通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。
　　核心交换机建议选择支持冗余引擎、冗余电源、支持热插拔的高端交换机产品，例如H3C的S9500/S7500交换机产品，这些交换机均支持高密度的千兆、万兆接入，具有足够的性能和可靠性，非常适用核心环境使用。
　　由于一台S3600-28F可最大接入24个AP，如果这些AP相邻布置，就会出现接入交换机故障，导致一段地铁线路无线网都无法正常工作的情况为避免这种情况的发生，H3C建议隧道轨旁AP要跨站交叉部署。
　　为了提高无线网的可靠性，在PIS系统承载网中还放置了两台WX6100无线控制器，两台控制器之间通过网络或心跳线实时同步状态信息，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所有功能，保证无线网的不中断运行
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系统组播数据流的接收者，它直接与车载交换机互联，车载交换机上行接入车载AP设备，虽然列车移动过程中车载AP和轨旁AP有着持续的切换过程，但车载交换机和流媒体播放计算机却无法及时感知这个过程，因此也不会在AP切换后主动发起新组播加入命令，直接导致广播流的中断。
　　H3C通过在AP上开发IGMP-Snooping功能，车载AP能提前预知车载网络中是否有组播接收者的存在，在与轨旁新关联AP建立连接的过程中，车载AP会代替其后端的有线网络和接收者发起组播加入功能。
　　在新关联AP通道的组播报文没有到来以前，车载AP仍通过原有轨旁关联AP接收组播数据，一旦从新关联AP接收到报文，车载AP则代替后端网络发起组播离开报文，通过这种先建连接，后切换的技术，真正实现了0丢包功能。
　　由于标准协议的处理并不支持这样的功能，只有将标准协议与组播应用相关联后才能实现，这需要厂商有专门研发的能力。
3.2 PIS系统关键技术――QoS技术
　　PIS系统的图像、语音是否联贯，与数据承载网的QoS能力紧密相关，由于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部分的QoS决定了PIS的性能和表现。
　　H3C的有线、无线一体化解决方案可实现有线网QoS与无线网QoS的相互映射传递，在所有的层次保证用户数据的最高质量优先级调度。

　　WLAN的802.11e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毕后，至少要等待DIFS的时间间隔，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的高优先级的报文，由于其等待时间小于DIFS，比如修改为SIFS或者PIFS，一旦第一个报文发送完毕，这些高优先级用户的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多种等待时间间隔，支持多优先级业务的统一承载，H3C的AP产品均支持802.11e，在实际应用环境中可将车厢内的视频播放流设置为最高优先级，将视频监控流设置为普通优先级，优先保障媒体广播的高质量。
3.3 PIS系统关键技术――WLAN 无线网高带宽保证
　　正常情况下两个AP之间传递数据报文之前需要经过Probe-Request、Probe-Response等多次握手协商，这需要占用大量的WLAN空口实际带宽，801.11g标称是54Mbps，但实际可用的数据报文带宽最高不超过24Mbps。

　　H3C的AP产品通过技术改进，能实现将多个短包传输报文拼装成一个长报文发送，这极大的减少了短包传递所需的协议交互报文数量，可有效提高WLAN空中接口的带宽利用效率。
　　在实际地铁环境测试过程中，列车行驶速度达到80Km/小时，H3C无线方案可提供的应用带宽可达到18Mbps，处于业界领先水平。
3.4 PIS系统监控方案
　　H3C的PIS监控解决方案充分整合了IP网络、视频、存储、信令等领域的技术，采用开放的架构，标准的技术实现，系统将信令控制与媒体流交换分离的先进理念引入视频监控系统，H3C的IP监控系统具有扩展性好、管理方便的特点。
　　利用PIS系统的剩余带宽，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的乘客安全和设备安全。 H3C地铁监控一体化方案如下：

　　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，每个摄像头的编码带宽至少为2M，但由于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，其他摄像头监控数据采用车载本地存储方式，车辆监控建议选择多路的DVR设备，并且应有良好的抗震能力。
　　车站监控建议采用摄像头＋DC编码器方案，直接利用PIS系统现有轨旁有限网传输即可，根据管理制度的需要，可选择车站本地存储、线路中心集中存储以及车站、线路中心分布式存储多种方式。不管选择何种存储方式，监控数据存储资源的分配和调用都是由线路中心的DM8000来自动完成，这极大的简化了存储资源的管理工作量。
　　同时H3C的地铁监控还支持分级、分区域的权限管理功能，经过线路中心的VM8000授权，管理员可以在全网的任意一台PC上完成全网的设备配置、智能调度和管理监控网络中的各种资源，而普通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，例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具有更高权限，可观看所有车站图像，并对所有摄像头进行控制。
　　对监控图像的查看除了可选择EC解码器＋电视墙方式以外，H3C监控方案还支持灵活的VC客户端方式，通过在PC终端上安装客户端软件，即可在授权状况下观看和控制摄像头，VC客户端同时还可连接控制台键盘设备，适应用户对摄像头的控制习惯。
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交叉部署、冗余无线控制器部署
　　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18M的WLAN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系统典型案例
　　“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，战略地位极为重要。它是北京轨道交通路网中一条由西北至东南的轨道交通半环线，工程线路总长为30.462公里，共设车站26座，与八条线路进行换乘。它将直接服务奥运、服务公众，其重要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的信息系统，已成为北京奥运的代表工程，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以及沿线无线接入点的数据通道，是整个PIS系统的基础承载平台，对整个PIS系统的可靠性起着决定性的作用。
　　根据北京地铁10号线的特点，10号线的有线网络采用高可靠三核心网状拓扑结构：

　　地铁10号线的有线网络包括控制中心、备用中心和车站（车辆段、停车场）三个部分组成。设置在小营的控制中心是整个PIS系统的核心，控制中心配备了两台H3C公司的S9512万兆核心交换机，通过千兆光纤和各个车站的H3C S5648P交换机互联，满足PIS系统海量多媒体信息的高效、安全传递需求。
　　在保证网络安全方面，除了配备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层的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的病毒、攻击与滥用行为。
　　为了保证整个PIS系统的高可靠性，小营控制中心和万柳备用中心的三台S95万兆交换机运行了VRRP协议，主控中心的一台核心交换机设置为Active，处于工作状态，主控中心另一台核心交换机以及备份中心的核心交换机分别设置为“第一备份状态”和“第二备份状态”，当主核心交换机出故障时，优先由主控中心的“第一备份”接管任务，当主控中心两台核心交换机均出现故障，或者主控中心出现灾难性事故时，备用中心的“第二备份”将接管起整个系统的任务：

　　由于此切换完全是网络自动进行的，并且非常迅速，不用改变IP地址和MAC地址，故对终端使用者系统是透明的，对业务系统正常运行不会造成任何影响。