地鐵列車乘客信息系統(tǒng)故障分析與技術(shù)改進

王 光 翟德龍 楊路宇

（石家莊市軌道交通集團有限責(zé)任公司1）河北石家莊050000天津北海通信技術(shù)有限公司2）天津300450）

石家莊地鐵列車是采用國內(nèi)頂尖生產(chǎn)技術(shù)制造的最先進的A型車，列車的乘客信息系統(tǒng)（PIS）是一個具有列車廣播通信、乘客信息顯示、媒體播放和視頻監(jiān)控等功能的綜合性電子信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含列車廣播系統(tǒng)（PA）、乘客信息顯示系統(tǒng)（PIDS）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）三個子系統(tǒng)[1]。在地鐵列車上構(gòu)建一個穩(wěn)定的多媒體信息處理與傳輸平臺，可以不斷為乘客提供更多高質(zhì)量的信息服務(wù)，這也是提高運營效率和服務(wù)水平的基礎(chǔ)。

本文通過對石家莊地鐵1號線自運營以來列車PIS系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行原因分析，有針對性的提出相關(guān)技術(shù)改進策略。

1 列車PIS系統(tǒng)故障分析

石家莊地鐵1號線自運營以來在正線運營過程中多次出現(xiàn)CCTV顯示故障，自動廣播存在卡滯現(xiàn)象，動態(tài)地圖顯示錯誤等故障，PIS系統(tǒng)發(fā)生故障后一般通過重啟相應(yīng)的交換機空開后故障消除，相應(yīng)功能得以恢復(fù)。首先對PIS系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)傳輸進行流量監(jiān)控，調(diào)取后臺數(shù)據(jù)并通過進一步分析發(fā)現(xiàn)故障的主要原因是系統(tǒng)中車載交換機故障，導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)流傳輸中斷是造成動態(tài)地圖顯示錯、CCTV卡滯的根本原因。

1.1 PIS系統(tǒng)太網(wǎng)交換機結(jié)構(gòu)功能

石家莊地鐵1號線列車乘客信息系統(tǒng)設(shè)計采用基于以太網(wǎng)傳輸?shù)娜珨?shù)字技術(shù)，具有分布式控制，數(shù)字化傳輸，網(wǎng)絡(luò)化管理，模塊化結(jié)構(gòu)，接口操作簡便，易實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和全自動工作等特點。網(wǎng)絡(luò)采用冗余連接的方式，交換機端口匯聚功能，若其中某一條線斷開，不影響整個系統(tǒng)的通信。系統(tǒng)按六節(jié)編組表示總體網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，每列車載8臺以太網(wǎng)交換機，用于保證數(shù)據(jù)的傳輸。以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1所示。

圖1 PIS系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機分布圖

以太網(wǎng)交換機的主要作用是為車載PIS設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)认嚓P(guān)服務(wù)。它是基于以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的交換機，以太網(wǎng)采用共享總線型傳輸媒體方式的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)交換機的結(jié)構(gòu)是每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。連接司機室和客室之間，用于廣播、視頻和監(jiān)控信息的網(wǎng)絡(luò)傳送、交換等功能。太網(wǎng)交換機如圖2所示。

圖2 太網(wǎng)交換機結(jié)構(gòu)圖

1.太網(wǎng)交換機主要由電源指示燈，接通電源時常亮；

2.RJ45以太網(wǎng)接口；

3.M12連接器；

4.網(wǎng)絡(luò)指示燈，有通信時閃爍；

5.速率指示燈，常亮。

1.2 以太網(wǎng)交換機在PIS系統(tǒng)中的功能研究

為方便乘客換乘其它線路，減少乘客下錯站的可能性，石家莊地鐵列車在每節(jié)車輛的客室內(nèi)設(shè)置了10塊高亮度、高壽命的動態(tài)地圖顯示屏。充分利用LCD的顯示優(yōu)勢實現(xiàn)在列車運行的不同狀態(tài)：停車、啟動、區(qū)間運行和接近車站和站臺到達等階段，配合客室廣播做全面和重點的信息顯示，方便乘客乘行。動態(tài)地圖顯示器的顯示內(nèi)容受司機室行車信息控制，當(dāng)列車TMS接口模塊接收到TMS發(fā)來的列車行車信號后，PIS系統(tǒng)行車信息通過車廂間的以太網(wǎng)交換機將相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)發(fā)到動態(tài)地圖顯示器中。動態(tài)地圖顯示的信息與廣播自動報站顯示的站點信息保持一致。

車載多媒體播放系統(tǒng)主要提供多媒體視訊信息的播放，為乘客出行增添了樂趣，同時也起到廣告推廣、實時新聞及時推送的目的。車載多媒體播放系統(tǒng)主要由以太網(wǎng)交換機、視頻服務(wù)器、視頻播放器、視頻分配模塊和客室LCD圖文屏組成，客室LCD顯示器等距離均勻分布在列車兩側(cè)，完成運營信息和媒體視頻信息的播放顯示。多媒體信息數(shù)據(jù)通過專用以太網(wǎng)傳輸至列車內(nèi)的媒體展示終端。

在發(fā)生緊急情況下盡量減少意外造成的損失，方便調(diào)度工作人員搶險救災(zāi)，將列車內(nèi)監(jiān)控畫面?zhèn)鬏斨吝\行控制中心，便于工作人員實時掌握列車運營中的情況。石家莊地鐵列車在每個客室安裝有2個客室攝像機，輸出的數(shù)字視頻信號將傳送到本客室交換機。通過專用網(wǎng)絡(luò)傳至車載監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機完成視頻數(shù)據(jù)的數(shù)字存儲，再通過專用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字視頻信號傳輸至視頻輸出模塊，解碼成模擬信號輸出給車載編碼器。通過司機室或客室以太網(wǎng)交換機任意一個RJ45網(wǎng)口，連接筆記本電腦，用FTP登錄到車載監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機?？上螺d相應(yīng)的錄像文件到本地電腦。

1.3 PIS系統(tǒng)太網(wǎng)交換機故障分析

為進一步降低車輛故障率，提高PIS系統(tǒng)穩(wěn)定性和乘客服務(wù)水平，對PIS系統(tǒng)太網(wǎng)交換機故障進行了深入分析。

1.3.1 交換機出現(xiàn)硬件損壞導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

交換機出現(xiàn)硬件損壞導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。根據(jù)多次類似故障情況，檢測現(xiàn)場設(shè)備均無問題，且現(xiàn)場指示燈均正常閃爍，拔插網(wǎng)線或重啟交換機設(shè)備就能恢復(fù)正常，硬件損壞問題可以排除。

1.3.2 網(wǎng)絡(luò)帶寬被占滿

網(wǎng)絡(luò)帶寬被占滿，導(dǎo)致正常發(fā)送的報文無法發(fā)送，造成數(shù)據(jù)包丟棄。例如出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴或者有端口出現(xiàn)環(huán)路故障?，F(xiàn)場做過抓包和發(fā)包測試排查，排除了網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴以及端口環(huán)路的問題，所以此項可以排除。

1.3.3 交換機芯片出現(xiàn)異常

交換機芯片出現(xiàn)異常，發(fā)送特殊的幀影響其他交換機設(shè)備，查看TBW-16T交換機的默認配置，flow control（流控）功能有開啟，此幀作用是在交換機接收數(shù)據(jù)量過大無法及時處理時會發(fā)送pause幀給對端相連設(shè)備，要求對端設(shè)備在一定時間內(nèi)停止發(fā)送數(shù)據(jù)。此幀無法用電腦正常抓取。

1.3.4 以太網(wǎng)交換機的緩存被占滿

以太網(wǎng)交換機的緩存被占滿，導(dǎo)致其無法正常的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。緩存空間不足，信息數(shù)據(jù)在傳輸過程中將交換機的緩存全部占用。

1.3.5 軟件阻塞端口，導(dǎo)致報文無法通過。

2 技術(shù)改進策略

結(jié)合故障分析情況和設(shè)備非管理交換機的特性，造成PIS系統(tǒng)故障的原因鎖定為某種未知的原因觸發(fā)了交換機芯片的異常，與客室3~4車廂交換機X9口相關(guān)。為了印證排查的原因?qū)IS系統(tǒng)把問題徹底解決，技術(shù)改進策略：

三旺通信公司與芯片廠家博通（Broadcom，美國）公司進行技術(shù)溝通，在獲取FAE支持的同時從芯片架構(gòu)設(shè)計入手進一步分析。

針對TBW-16T非網(wǎng)管交換機的硬件特性，可以嘗試把單片機的調(diào)試接口（串口）引出，在后續(xù)現(xiàn)場出現(xiàn)問題時，能讀取交換機的相關(guān)幀統(tǒng)計信息以及以太網(wǎng)交換機芯片的相關(guān)寄存器狀態(tài)，如PAUSE發(fā)送和接收寄存器及端口的相關(guān)寄存器。

關(guān)閉TBW-16T產(chǎn)品的流量控制功能，防止流控功能影響通信。流控是需要所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都開啟才會生效，目前查看車載PIS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備情況，只有以太網(wǎng)交換機開啟此功能，關(guān)閉流控功能不會影響原有的車載PIS系統(tǒng)的通信。

3 結(jié)語

本文針對石家莊地鐵1號線PIS系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機在運營過程中頻繁發(fā)生的典型故障，結(jié)合設(shè)計原理通過深入對比和分析，查找出故障的根本原因。通過排查統(tǒng)一對故障件進行技術(shù)整改，完成技術(shù)改進后，經(jīng)過車輛的庫內(nèi)靜態(tài)調(diào)試和正線運營驗證再未出現(xiàn)過類似故障，從根本上解決該類技術(shù)問題的同時也提高了PIS系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。此次乘客信息系統(tǒng)故障分析與技術(shù)改進為地鐵列車的故障處理積累了寶貴的經(jīng)驗。