方案轨道交通pis+cctv系统解决方案浅析

1、随着我国国民经济的飞速发展以及城市化的不断加快，迅速增长的流动人口给城市地面公共交通带来沉重的压力， 使得越来越多的城市建设者们把解决公共交通问题的目光投向地 铁及有轨电车等公共交通设施上；现代化的城市生活迫切要求人们时刻掌握全球信息动态，乘客在车厢内不仅仅能知道乘车须知、 列车时刻表等文本信息，还需要了解股票资讯、媒体 时政新闻、赛事直播、广告等动态信息。车地无线高带宽数据传输承载能力使得PIS(Passenger Information System)旅客信息服务系统和 CCTV (Close Circuit Television )闭路 电视系统的建设成为可能，PIS+CCTV系统的应用

2、使原有封闭的车箱空间变成一个军地信息一体化的娱乐中心”，增加了乘客舒适温暖感。轨道交通PIS+CCTV系统解决方案浅析文/巴亚杰PIS+CCTV系统业务需求说明pis旅客信息服务系统是开放的地面世界与封闭的车厢之间最直观的信息交互平台，需要严格保证在列车以最高100KM/H运行时车地通信的可靠稳定性，-实时将地面信息传递到车载终端播放；CCTV闭路电视系统需要将车厢内部监控数据实时上传到地面控制中心，协助列车调度员、公安安防中心紧急处理突发事故。早期的地铁建设缺乏车地无线通信技术， 多媒体视频播放及监控只能局限于车站级别并以模拟技术为主，由于模拟监控大规模部署成本高且不支持远程调阅及历史图像查

3、询等问题，可用效率往往不是很高。基于IP的数字监控系统成为新的发展潮流，以 IP技术为核心的PIS+CCTV系统一体化解决方案实现了对视 频播控系统、监控系统、存储系统等多个子系统资源共享和集中管理，既降低了工程实施成本又提高运维管理效率。从承载业务系统所需带宽角度分析，目前 PIS系统和CCTV系统一般要求车地无线带 宽稳定保持在15Mbit以上，其中包含地到车 PIS系统8Mbit视频(按MPEG 2格式)带宽、 地到车CCTV系统4Mbit带宽(每列车有多路摄像头，同时上传数据根据工程需求而定)。 业务需求如表1所示。指标名称指标数据测试指标说明车地无线带宽不小于15Mbps包含3Mbi

4、t一般包含8Mbit地到车PIS高清视频和4Mbit(802.11GA)裕量带宽)车到地CCTV5控视频无线接入点切换时延50ms以内不包含地面和车载有线网络传输时延全程系统丢包时延<=1%要求连续丢包延迟不超过 100ms表1轨道交通PIS系统和CCTV系统业务需求从系统组网实施技术角度分析，列车高速行驶过程中，车载 AP与沿线部署的轨旁 AP 平均每隔12秒就会进行一次无线 Mesh链路切换（轨旁AP布点以200米间隔部署，列车时 速以60KM/H计算分析），对于车载主机以及地面服务器而言是无法判断和及时感知无线 Mesh链路切换过程及 MAC地址转发表项的变化，按照二层数据转发原理

5、依然会从站台交 换机原有的端口接收转发数据，最终导致视频数据流丢失或者网络中断。因此方案设计需要从产品配置、组网规划等技术角度出发，保障网络系统的安全可靠。二、 车地无线PIS+CCTV系统整体组网设计分析地铁车地网络系统一般都以相对独立的站台区间为一个组网单元，维护其所属范围内的网络结构，通过将每一个站台区间网络合理串联起来最终组成一个庞大的整体PIS+CCTV网络系统。但这样轨道交通项目不仅投资巨大建设周期长，且系统结构复杂，任何子系统一旦建设完成后想做变动都非常困难。随着省市内地铁线路的增多，各条线路交错贯通，整个省市地铁网络融合为一个越来越庞大的整体结构系统共享各种资源，这使得地铁公司

6、从系统运维管理的角度迫切要求进行长远的整体网络规划以提高系统维护的便利性以及后期线路 交汇连接的易扩容性。因此，网络系统进行部署时应充分考虑上述问题，从整体设计上遵循以下原则。-? 高可用性和高可靠性。网络设备及系统须具备在线故障恢复能力，避免发生单点 故障，关键设备、线路能做到实时备份和故障自动切换，网络系统具有强大的容错功能以确保各种应用的正常运行，具有较高的可用性和可靠性。? 可扩充性和可管理性。所有系统设备不但满足当前需要，并在扩充模块后满足可 预见将来需求，如带宽和设备的扩展、 应用的扩展地铁车站的扩展等，建设完成后的系统在向新的技术升级时保证现有系统稳定性。考虑到地铁将来运行维护，

7、 整个网络子系统应易于管理维护，操作简单安全、数据流量、性能等方面得到很好的监 视和控制，并可以进行远程管理和故障诊断。? 安全规范性和成熟先进性。 系统设计所采用的技术和设备应符合业界标准规范，既是采用先进技术又是成熟、 标准的技术，可提供网络层的安全手段，防止系统外部成员的非法侵入以及操作人员的越级操作，保护网络系统安全可靠。经济实用性。在满足系统 各项要求和现行需求前提下，充分发挥设备性能，在节省投资的同时充分考虑发展的需要来确定系统规模。为了简化网络结构设计，可以将整个网络系统分为以下五个层次（如图 1所示）。司的1,宣接A层十 .-人覃年引的招忖ITBsl51：100/1 Ol

8、71;3 «-T»无质耗路图1 PIS+CCTV系统整体组网示意图PIS系统应用层。在服务器端分别部署业务应用软件支持视频播控、设备运营维护管理功能，无线控制器管理所有站台接入层交换机下挂的轨旁AP,两台无线控制器之间采用1+1快速热备份，在线路故障时实现业务系统平滑切换；OCC控制中心*（注：OCC: Operation Cooperation Center,运营协调中心。对于城市轨道交通来说， 主要是负责一个城市的地铁运营调度。）部署一套网络管理系统，理实现对网络系统内所有设备、业务配置、性能、告警的统一监控管理。PIS系统核心网络层。在OCC控制中心配置两台高可靠的交

9、换机S7500E设备，通过光缆实现与区间及车辆段的以太网交换机互联，两台核心交换机在 RRPP环网中作为相交节点同时连接到两个接入层RRPP环网中。双核心节点采用VRRP技术接入网络避免一台核心交换机出现故障时导致全网业务中断，提高网络整体解决方案的可靠性。PIS系统网络接入层。接入层组网采用两个 RRPP环，两环之间有两个公共节 点，此时只定义一个 RRPP域，选择一个环为主环，另一个环为子环，同一区间内的轨 旁AP与其相邻两个站台交换机之间采用交叉接入的方式，从工程实施角度避免单个站台接入交换机故障导致整个区间瘫痪问题。PIS系统车地无线接入层。车地无线接入层作为地面网络的延伸提供地面与列

10、 车间双向传输通道，通过实际定点勘测分析隧道和高架轨旁环境合理进行AP点位部署，在列车运行过程中车载 AP与轨旁AP切换时，采用0丢包切换MLSP算法* （注：H3c 独立开发具有专利技术），既保证车载MR在轨旁AP间无缝切换，又保证了网络高带宽的稳定可用性。车载局域网络。车载AP车载视频控制器在司机室接入车载网络，列车内 PIS 系统和CCTV系统通过车厢内部交换机实现互联；车载AP主动向轨旁AP发送无线链路信号扫描，在列车移动过程中实时计算相邻轨旁AP间无缝切换，实现车载网络与地面网络连接通信。三、PIS +CCTV系统网络设计实例如图2所示为某省市地铁干线首条线路网络设计,整条线路环绕市

11、中心一圈， 组网设计9 / 9时既考虑本条线路可靠稳定性同时又兼顾后期二、三、四号线路扩容问题。PHW+CUTf 里酶图2 PIS+CCTV系统组网图1 .地面传输网络系统-RRPP环网设计地铁项目的特殊工业使用环境要求组网设计及业务系统具备高可靠的冗余保护功能，早期地面网络设计一般采用星行网络结构或者环网加STP保护协议，但星行网络冗余功能较差，而STP的收敛时间一般为秒级且网络直径越大收敛时间更长，采用RSTP/MSTP虽然可以减少收敛时间，但是对于使用条件苛刻的轨道交通PIS系统和CCTV系统仍然存在非常大的网络延迟风险。为了缩短收敛时间消除网络尺寸的影响同时兼顾网络的冗余保护功能，采用

12、RRPP （Rapid Ring Protection Protocol ）组网，防止数据环路引起的广播风暴。与 STP协议相比，RRPP协议具有拓扑收敛速度快（低于50ms）和收敛时间与环网上节点数无关的特点。地面OCC控制中心核心交换机与各个车站交换机组成两个相交环网，车站交换机按照站台间隔部署分别连接到两个环网中，OCC核心交换机同时都接入两个环网中。一个RRPP环物理上对应一个环形连接的以太网拓扑，一个RRPP域由彼此相接的两个 RRPP环构成，其中有一个为主环，另一个环为子环；实际部署实施方案时可以兼顾考虑光纤数量和施工方 便将车站交换机和核心交换机交叉连接成RRPP环网（如图3所示

13、）。她咨更 waujajriRRPP环网设计RRPP上耳RRFP 或 1贞，交硒4惮M Fn-战及颦:讥上科和一图3地面传输网络系统RRPP环网设计示意图车站交换机交错连接到两个RRPP环网中，当一个环网存在故障时，不影响另外一个环网的正常工作，工程实施时有线交错接入 RRPP双环网部署方案与轨旁无线 AP交错部署密 切配合可以实现一个环网瘫痪后，另一个环网仍可以正常工作。2 .地面网络系统-控制中心网络设计地面网络系统OC抗制中心实现向各站台终端及车载终端下发乘客导乘信息及公共多媒体信息的功能，通过传输网络下发传送到各车站中继控制器、控制中心系统结构如图 4所示。应制中心后睛面口mw工 Bh

14、fti理旧i中心入Ml中3九年.荷 w 督贴足鹏。.Mn3f皆舒贴占SE5麝卷O 至PIS数据传输网或车辆段设备,Bl下赧得J!A蚯%州y瓜处” «以昌文1个一I icou -as; tixh a DEubM-i-Ti：LQ/3QQ>bf*-Tl图4地面网络系统控制中心网络设计示意图结合网络系统设计要求从可靠性、产品性能、业务特性、安全特性以及可扩展性等多个 方面进行综合考虑，地面 OC筮制中心交换机选用两台 H3c S7503或换机并运行VRRP、议保 障核心层网络，通过双 RRP环网与各车站及车辆段交换机互联实现与控制中心互联通信功台匕 目匕。3 .地面网络系统-车站及车辆

15、段网络设计（如图5所示）按照车站与车辆段相对独立组网的要求，每个车站各配置1台以太网交换机（采用电源1 + 1冗余备份支持交、直流双电源输入），通过光缆连接到OCC!制中心核心交PDP1示控制器等，并通过换机，同时接入车站内各系统的中继控制器、车站管理工作站、光端机实现与移动传输网的轨道无线APS联。工程实施时每个区间内的轨旁 APT其相邻两个站台交换机之间采用交叉接入的方式，从工程实施角度保证单个站台接入交换机故障导时轨旁无线信号仍然可以实现全线覆盖，极大提高整个PIS数据传输系统的可靠性。图5地面网络系统车站及车辆段网络设计示意图4 .车地无线网络系统一无线双向数据传输网络设计（如图6所示

16、）车地无线双向数据传输网是整个传输网络系统最重要组成部分也是网络 设计风险点最大部分，无线双向数据传输网络采用瘦 A跺构组网方案，主要组成包括无线控 制器、光端机、铺设在轨旁及车辆段运用库的无线 A桥口天线、车载无线AP、天线以及车载交换机等部分，无线设计组网方案符合WLAt802.Ha/b/g标准；无线控制器和轨旁 AK间透过 接入层RRPPJ络实现互通。3卬邑以太1?皮步机控刷中心 4度心灵蛆帆 当了5口口XHIP子砰在承机一口1 00/1030? A 5 ft-TK元阳随晒 兀 哇佑图6车地无线双向数据传输网络设计示意图AP点位的部署作为车地无线双向数据传输网络设计风险最大的环节，主要体

17、现为轨旁 是否符合现场实际无线环境；通过综合隧道和高架站内特殊环境现场进行工程勘测验证分析 后选择合理的点位进行轨旁 A陪B署（布点建议距离如图 7所示）；安装在正线及车辆段运用库的轨旁AP!过隧道内部署的光缆接入站台交换机；无线AP!过有线网络与无线交换机互联采用CAPWAP准隧道协议进行注册，同时在保证802.11安全的前提下采用集中控制分布式转 发模式，即针对车载AP（相对于轨旁网络是一个用户端）的安全密钥的协商与无线管理交换机进行，具体的业务流（媒体流）使用本地转发的模式，无线系统采用集中管理更有利于实现在全线范围内无线双向传输网的部署和管理，而采用分布式的业务转发则大大提高业务的处理

18、能力，集中式管理、分布式转发的处理方式更适用于大规模的无线系统。轨旁AP基本布点建议Q.4G定向天线）线路属性最佳距离（米）容忍距禺（米）徐道口三道300250隧道固艮fm号道IW140陇道 F*J 4C0 总学1301 ?0国古苴直道处理，适刍降赳间隔中洞方轨酢即而好上下行找路轨帝B 丁萃才学同瑁部岩寻海苔扉画高梁设一航按"二米左右部署R为代去弯道曲线半径图7轨旁AP基本布点建议（2.4G定向天线）5 .车地无线网络系统-双向PIS+CCT择统业务实现列车在高速运行过程中 PIS系统需要实时将 OCC视频信息上传递到车载播放终端，同 时CCTV监控系统将车厢内部监控数据实实时上传到地面控制中心协助列车调度员中心紧 急处理突发事故；稳定可靠的网络传输带宽是保证视频图像高质量的最基本要求，为尽量减小多达几十辆列车同时下载PIS视频和上传CCTV监控视频对网络带宽的抢占造成丢包和延迟过大的问题，PIS系统采用组播技术同时配合QoS保障机制最大限度的节省网络带宽以保障业务系统稳定运行；通过在车载交换机设置 CAR限流功能与无线WMM QoS功