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    解決方案

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    軌道交通解決方案

    隨著我國國民經濟的飛速發展以及城市化不斷加快,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以及有軌電車等公共交通設施上,現代化的城市生活迫切要求人們時刻掌握全球信息動態,乘客在車廂內不僅知道乘車須知、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、廣告等動態信息,車地無線高寬帶數據承載能力使得PIS(Passenger Informaiton System)旅客信息服務系統和CCTV(Close Circuit Television)閉路電視系統建設成為可能,PIS+CCTV系統的應用使原有封閉的車廂空間變成一個“車地信息一體化的娛樂中心”,增加了乘客舒適感。


    PIS+CCTV系統業務需求說明
    PIS旅客信息服務系統是開放的地面信息和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閉路電視系統需要將車廂內部監控數據實時上傳到地面控制中心,協助列車調度員、公安安防中心緊急處理突發事故。早起的地鐵建設缺乏車地無線通信技術,多媒體視頻播放及監控只能局限于車站級別并以模擬技術為主,由于模擬監控大規模部署成本高且不支持遠程調閱及歷史圖像查詢等功能,可用效率往往不是很高,基于IP的數字監控系統成為新的發展趨勢,以以太網IP技術為核心的PIS+CCTV系統一體化解決方案實現了對視頻播控系統、監控系統、存儲系統等多個系統資源的共享和集中管理,降低了工程實施成本,也提高運維管理效率。
    從承載業務系統所需帶寬角度分析,目前PIS系統和CCTV系統一般要求車地無線帶寬穩定保持在15Mbit以上,其中包含地到車PIS系統8Mbit(MPEG2格式)視頻帶寬,地到車CCTV系統4Mbit帶寬。

    從系統組網實施技術角度分析,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地址轉發的變化,按照二層數據轉發原理依然會從站臺交換機原有的端口轉發數據,最終導致視頻數據流丟失或網絡中斷,因此,在方案設計中需要從產品配置、組網規劃等技術角度出發,保障整個網絡系統的安全可靠。


    車地無線PIS+CCTV系統整體組網設計分析
    地鐵車地網絡系統一般都以相對獨立的站臺區間為一個組網單元,維護其所所屬范圍內的網絡結構,通過將每個站臺區間網絡合理串聯起來最終組成一個龐大的整體PIS+CCTV網絡系統。但是這樣的軌道交通項目不僅投資巨大建設周期長,且系統結構復雜,任何子系統一旦建設完成后想做變動都非常困難,隨著省市內地鐵線路的增多,各條線路交錯貫通,整個省市地鐵網絡融合為一個越來越龐大的整體結構系統共享各種資源,這使得地鐵運營公司從系統運維管理的角度迫切要求進行長遠的整體網絡規劃以提高系統維護的便利性以及后期線路交匯鏈接的易擴容性。因此,網絡系統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
    網絡設備及系統須具備在線故障恢復能力,避免發生單點故障,關鍵設備、線路能做到實時備份備份和故障自動切換,網絡系統具有強大的容錯功能以確保各種應用正常運行,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等,建設完成后的系統在向新的技術升級時保證現有系統的穩定性??紤]到地鐵將來運行維護,整個網絡子系統應易于管理維護,操作簡單安全、數據流量、性能等方面得到很好的監視和控制,并可以遠程管理和故障診斷。


    安全規范性和成熟先進性
    系統設計所采用的技術和設備應符合業界標準規范,即是采用先進技術又是成熟、標準的技術,可提供網絡層的安全手段,防止系統外部成員的非法侵入以及操作人員的越級操作,保護網絡系統的安全可靠。


    經濟使用性
    在滿足系統各項要求和現行需求前提下,充分發揮設備性能,在節省投資的同時充分考慮發展的需求來確定系統規模。

     

     

    PIS系統應用層:
    在服務區段分別部署業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,在線路故障時實現業務系統的平滑切換,OCC控制中心部署一套網絡管理系統,實現對網絡系統內所有設備、業務配置、性能、告警的統一監控管理。


    PIS系統核心網絡層:
    在OCC控制中心配置兩臺高可靠性工業以太網交換機MISCOM8600S系列設備,通過光纜實現與區間及車輛段的以太網交換機互聯,兩臺8600S核心交換機在快速環網冗余中作為相交節點同時連接到兩個接入層環網中,雙核心節點采用VRRP技術接入網絡避免一臺核心交換機出現故障時導致全網業務中斷,提高網絡整體解決方案的可靠性。


    PIS系統網絡接入層
    接入層組網采用兩個環網,同一區間內的軌旁AP與其相鄰兩個站臺交換機之間采用交叉接入方式,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間癱瘓問題。


    PIS系統車地無線接入層
    車地無線接入層作為地面網絡的延伸提供地面和列車之間的雙向傳輸通道,通過實際定點勘測分析隧道和高架軌旁環境合理進行AP點位部署。


    車載局域網絡
    車載AP車載視頻控制器在司機室接入車載網絡,列車內PIS系統和CCTV系統通過車廂內部交換機實現互聯;車載AP主動向軌旁AP發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,實現車載網絡和地面網絡連接通信。


    地面傳輸網絡系統-環網設計
    地鐵項目的特殊工業使用環境要求組網設計及業務系統具備高可靠的冗余保護功能,早期地面網絡設計一般采用星型網絡結構或者環網+STP保護協議,但是星型網絡冗余功能較差,而STP的收斂時間一般為秒級且網絡直徑越大收斂時間越長,采用RSTP/MSTP或者南天專用快速環網冗余協議可以減少收斂時間,對于使用條件苛刻的軌道交通PIS系統和CCTV系統解決了網絡延遲問題,防止數據環路引起的廣播風暴。具備收斂數度快,收斂時間和環網上節點數無關的特點。

    地面OCC控制中心核心交換機和各個車站交換機組成兩個相交環網,車站交換機按照站臺間隔部署分別連接到兩個環網中,OCC核心交換機同時都接入兩個環網中。
    車站交換機交錯連接到兩個環網中,當一個環網存在故障時,不影響另一個環網的政策工作,工程實施時有線交錯接入雙環網部署方案與軌旁無線AP交錯部署密切配合可以實現一個環網癱瘓后,另一個環網仍然工作。

    地面網絡系統-控制中心網絡設計
    地面網絡系統OCC控制中心實現向各站臺終端及車載終端下發乘客導乘信息及公共多媒體嘻嘻功能,通過傳輸網絡下發傳送到各個車站中繼控制器、PIS數據傳輸網或車輛段設備,控制中心系統接入如圖

     


    結合網絡系統設計要求從可靠性、產品性能、業務特性、安全特性以及可擴展性等多個方面進行綜合考慮,地面OCC控制中心交換機選用兩臺MISCOM8600S交換機并允許VRRP協議保障核心層網絡,通過雙環網與各車站及車輛段交換機互聯實現與控制中心互聯通信功能。


    地面網絡系統-車站及車輛段網絡設計
    按照車站與車輛段相對獨立組網要求,每個車站各配置1臺以太網交換機MISCOM8020M,通過光纜連接到OCC控制中心核心交換機,同時接入車站內各系統的中繼控制器、車站管理工作站、PDP顯示控制器等,并通過光端機實現與移動傳輸網的軌道無線AP互聯,工程實施時每個區間內的軌旁AP與其相鄰兩個站臺交換機之間采用交叉接入方式,從工程實施角度保證每個單個站臺接入交換機故障導致軌旁無線信號仍然可以實現全線覆蓋,極大提高整個PIS數據傳輸系統的可靠性。

     

     

    車地無線網絡系統-無線雙向數據傳輸網絡設計
    車地無線雙向數據傳輸網時整個傳輸網絡系統最重要的組成部分也是網絡設計風險點最大部分,無線雙向控制器、光端機、鋪設在軌旁及車輛段運用庫的無線AP和天線、車載無線AP、天線及車載交換機等部分,無線設計組網方案符合WLAN 802.11a/b/g標準,無線控制器和軌旁AP之間透過接入層以太網網絡實現互通。

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