深圳地鐵乘客資訊系統(tǒng)場段信號覆蓋優(yōu)化

李凱凱

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運營總部，廣東 深圳 518040）

0 引 言

乘客資訊系統(tǒng)（Passenger Information System，PIS）是使用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)和媒體技術(shù)將信息傳輸至地鐵乘客的信息系統(tǒng)，可以給乘客提供最新的信息資訊，如天氣預(yù)報、列車到站時間、新聞資訊、安全出行提示、消防及反恐信息、便民服務(wù)信息以及政府信息等。

1 乘客資訊系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

深圳地鐵PIS系統(tǒng)除個別線路外，基本采用北京冠華天視數(shù)碼科技有限公司的設(shè)備，由中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（有線網(wǎng)絡(luò)和車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)）構(gòu)成。PIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用交換機(jī)組網(wǎng)方案[1]。軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營控制中心（Network Operation Control Centre，NOCC）與車站采用星型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，車站與所轄軌旁設(shè)備采用星型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，車載設(shè)備通過PIS無線網(wǎng)絡(luò)與中心、車站進(jìn)行通信。

中心子系統(tǒng)包括PIS網(wǎng)管（設(shè)在NOCC監(jiān)控網(wǎng)管室）、供總調(diào)度和電力調(diào)度使用的車輛監(jiān)控終端（設(shè)在NOCC調(diào)度大廳）、中心操作員工作站（設(shè)在NOCC調(diào)度大廳）、NOCC集中播控系統(tǒng)（設(shè)在NOCC編播中心室）、核心交換機(jī)、中心接入交換機(jī)（設(shè)在NOCC專用通信設(shè)備室）、主備中心服務(wù)器、中心磁盤陣列、中心車載視頻監(jiān)控管理服務(wù)器、中心多媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、直播數(shù)字編碼器、中央音視頻切換矩陣、中心多媒體視頻服務(wù)器以及中心接口服務(wù)器[2]。

車站子系統(tǒng)主要包括匯聚交換機(jī)、視頻切換設(shè)備、光收發(fā)器、車站服務(wù)器、接口服務(wù)器、液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）、全彩發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）屏、光纖配線架（Optical Distribution Frame，ODF）以及多電腦切換器（Keyboard Video Mouse，KVM）等。車站軌旁設(shè)備有天線、光纜以及區(qū)間無線接入點（Access Point，AP）箱等。

車載子系統(tǒng)包括列車LCD屏、2層交換機(jī)、3層交換機(jī)、車載監(jiān)控主機(jī)、車載觸摸屏、8口分屏器、車載POE供電模塊、車載AP、天線以及車載攝像頭[3]。整個PIS系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PIS系統(tǒng)拓?fù)?/p>

1.2 車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，地鐵車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)吞吐量也越來越大，對車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求[4]。為了滿足新一代深圳地鐵PIS系統(tǒng)的應(yīng)用要求，地鐵設(shè)計人員在地鐵3期工程中引入了IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)，同時采用多天線技術(shù)等，設(shè)備基于802.11n標(biāo)準(zhǔn)可以同時以多組信道的方式傳輸數(shù)據(jù)，從而提高傳輸總帶寬。根據(jù)現(xiàn)場實地測試，地鐵3期工程車地通信數(shù)據(jù)傳輸實時帶寬達(dá)到100 Mb/s左右。

1.3 AP組網(wǎng)設(shè)計

和國內(nèi)大多數(shù)軌道交通線路相同，深圳地鐵也采用在地鐵沿線布設(shè)AP箱和接收天線組建車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車地間的實時通信[5]。根據(jù)現(xiàn)場隧道彎曲度等情況，每隔120 m左右在軌道旁安裝無線AP設(shè)備，AP機(jī)箱上方安裝發(fā)送信號的定向天線，天線與AP之間通過射頻電纜連接，相鄰的2套AP設(shè)備都進(jìn)行信號冗余覆蓋，保證在隧道等區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)比較均勻的無線場強(qiáng)覆蓋。此外，隧道中安裝的設(shè)備都采用IP65級別的箱體防護(hù)，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

車站以星網(wǎng)連接模式將車站節(jié)點交換機(jī)與隧道和場段區(qū)域內(nèi)的AP點通過光纜連接，為每個區(qū)域的AP設(shè)備提供獨立可靠的傳輸鏈路，并且通過傳輸設(shè)備與控制中心的服務(wù)器等核心設(shè)備通信?？刂浦行牡姆?wù)器通過地面AP設(shè)備對列車進(jìn)行訪問，從而實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)的管理。列車則通過車載接收設(shè)備與軌旁AP進(jìn)行通信，接收中心下發(fā)的指令，并上傳列車安防設(shè)備和PIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)[6]。

2 場段信號覆蓋優(yōu)化

深圳地鐵多數(shù)線路都是以H3C WA4320-TQ型AP組建車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)乘客信息與車載安防數(shù)據(jù)的無線傳輸。在運營初期，中心網(wǎng)管人員無法實現(xiàn)對全部回庫車輛進(jìn)行數(shù)據(jù)連接作業(yè)，總是有一部分車輛的車載主機(jī)無法連接場段內(nèi)的AP。經(jīng)過工作人員對連接場段內(nèi)的AP進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)AP通道被固定車輛占用，導(dǎo)致后入場的車輛無法與場段內(nèi)AP建立連接[7]。夜間列車回庫后，由于車與車之間距離較近，因此同頻干擾大、傳輸效率低，影響車地數(shù)據(jù)同步。當(dāng)PIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)增加車載安防業(yè)務(wù)后，數(shù)據(jù)的上行壓力持續(xù)加大，直接導(dǎo)致遠(yuǎn)程連接功能受到影響。

針對以上問題，通信專業(yè)人員需要對現(xiàn)場進(jìn)行充分勘查和測試，只有提供足夠的信道并改變信道分布，才能使同一區(qū)域的列車都有空閑的AP可以連接，從而緩解同頻壓力。為了實現(xiàn)所有車輛可以被后臺維護(hù)人員遠(yuǎn)程巡檢，需要在停車場進(jìn)行車地?zé)o線Mesh自動切換測試，以達(dá)到在車庫內(nèi)使用多信道傳輸數(shù)據(jù)。由于5G頻段資源充足，因此可以利用多頻段實現(xiàn)多信道分布，從而減少信號干擾，提高傳輸效率。正?？瓦\線路上采用單信道傳輸，解決車庫晚上回車較多在同一密閉空間搶占同一信道資源而導(dǎo)致的遠(yuǎn)程連接不流暢問題[8]。多信道分布轉(zhuǎn)化如圖2所示。

圖2 多信道分布轉(zhuǎn)化

通過對頻段信道的重新規(guī)劃，在為AP提供充足信道的同時，實現(xiàn)信道自動分配。優(yōu)化自動信道計算方式，選取列車AP接收到的信號強(qiáng)度最優(yōu)值，為列車AP選擇最優(yōu)信道，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化[9]。自動信道選擇如圖3所示。

圖3 自動信道選擇

增添車輛標(biāo)簽自動識別功能，通過車輛段關(guān)鍵位置AP將經(jīng)過的列車AP打上標(biāo)簽，從而滿足自動信道切換機(jī)制的實施[10]。入庫時，車載AP工作在固定信道44，識別Mesh頭中的標(biāo)記Mode1（表示使用固定信道）。當(dāng)檢查到工作在信道44的Mode7（表示使用 AUTO 信道）AP且Mode7的AP為主鏈路時，判斷列車正由正線即將駛?cè)胪＼噹欤藭rAP執(zhí)行信道AUTO指令，將信道工作在AUTO信道進(jìn)行輪詢[11]。出庫時，車載AP工作在AUTO輪詢信道，識別Mesh頭中的標(biāo)記Mode7，會出現(xiàn)以下3種情況。一是車載AP識別到?jīng)]有主鏈路，則計時器啟動檢測，并切換到手動信道；二是當(dāng)Mesh主鏈路信號強(qiáng)度低于限定標(biāo)準(zhǔn)時，切換到手動信道；三是主鏈路不再是Mode7，二是直接切換到手動信道。這些情況都表示列車即將進(jìn)入正線，此時AP執(zhí)行固定信道指令，調(diào)整工作信道為信道44。

通過以上改造，停車場AP重新在中心上線，并且PIS業(yè)務(wù)正常[12]。網(wǎng)管人員能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)對車載PIS和安防主機(jī)進(jìn)行上傳和下載業(yè)務(wù)。

3 結(jié) 論

在地鐵車載設(shè)備的日常維護(hù)管理工作中，場段無線信號的優(yōu)化大大提高了日常檢修和故障處理的效率，確保了列車數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r效性。在原有硬件基礎(chǔ)上通過軟件優(yōu)化實現(xiàn)場段信號覆蓋增強(qiáng)，節(jié)約了大量成本，同時為后續(xù)線路建設(shè)和既有線路信號改造提供了思路。