|
摘要
轨道交通PIS（乘客信息系统）系统是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统。从结构上可分为五个子系统：控制中心子系统、备用控制中心子系统、车站子系统、车载子系统和网络子系统（有线网络和车地无线子系统）。其中车载子系统和网络子系统（有线网络和车地无线子系统）是PIS（乘客信息系统）系统的核心部分，均采用工业级设备提高网络的稳定性、可靠性、安全性。
关键词
深圳地铁4号线PIS系统；欧迈特工业以太网交换机Omate6300、工业级光纤收发器Omate1100；Jiffy Ring瞬间环网冗余技术。
1. 系统需求
深圳地铁4号线PIS系统对网络设备的需求：
1）适应高温、湿热环境，要求工业以太网交换机工作温度：-20～50℃ 存储温度：-30～70℃ ，存储湿度：5%～95%，无凝结。
2）列车内电磁环境复杂，要求工业以太网交换机具有较强的抗电磁干扰能力、长时间的平均无故障时间。
3）要求具备抗振动抗冲击设计，以适应列车行驶时的振动冲击环境。
4）为了保障通信的可靠性，要求车载工业以太网交换机建立冗余的环网，具有快速自愈功能。通信网络出故障时，能够自动平滑的切换到冗余备份线路。
5）为了保证远程监控的数据安全性，车载工业以太网交换机需要有全面的网络安全设置。
2. 网络设计方案
深圳地铁4号线PIS系统车载子系统和网络子系统传输网络即有其普遍性也有其特殊性，我们在组网方案中主要考虑以下几个方面：
1）系统设计充分考虑多个业务子系统的系统特点，技术上遵循先进性、实用性与成熟可靠性并重的原则，形成一整套功能齐全的组网解决方案。
2）能够适应列车内独特的环境要求，如超常的温湿度范围、振动/冲击、瞬时电压/电流、尘埃和电磁干扰等。
3）组网方案自身必须具备一定的故障排除及快速自愈功能，能够针对设备故障、链路故障进行自我诊断及快速排除，并实时报警。
4）对网络进行人工维护、扩容、或故障修复时应该做到影响最小化，做到维护及扩容对系统运行无影响；故障修复只对相关网络设备的连接终端有一定的影响。
5）网络设备选取具备高实时性和稳定性的工业级产品。
6）组网方案必须具备兼容性，能够无缝连接不同厂商的网络设备，具备高性价比。
7）考虑到工业现场对可靠性的高要求，采用工业冗余环网设计，避免了因单点故障对网络传输的重大影响。
本文基于欧迈特工业以太网交换机性价比及网络可靠性的综合考虑，提出如下解决方案：
2.1 深圳地铁4号线PIS系统车载子系统网络
深圳地铁4号线PIS系统车载子系统分为列车乘客信息显示系统和列车视频监视系统，均采用二层工业以太网交换机构建工业级冗余环网，为车载设备提供可靠传输。
车载工业以太网交换机选用欧迈特二层工业以太网交换机Omate6300-10E（图1）提供10个10/100M自适应以太网接口；
（图1）
支持3.2Gbps高背板带宽；
符合IEEE802.3，802.3u， 802.3x，802.1d（STP），802.1p（流量优先权控制），802.1q（VLAN标准），802.1w（RSTP），802.3ad（链路聚合）协议；
支持瞬间环网冗余技术Jiffy Ring，保障了网络通信的无扰动切换，网络自愈时间小于18ms；
提供802.1x、HTTP等多种方式的用户认证；
强大的ACL，硬件支持IP ACL、MAC ACL；
自动检测并抑制广播风暴，支持IGMP报文的侦测，有效限制广播报文的泛滥；
支持以太网接口以64K为步长的速率限制；
支持端口镜像、端口聚合（每组多达8个）；
超级终端模式（CLI），TELNET，WEB网元管理软件，支持OPC模式监控；
支持SNMP V1/V2c/V3协议，可远程监控。各端口支持RMON（远程监控）功能的统计、历史、告警、事件四个组，支持安全防护配置和控制功能；
运行温度：-40-80℃，保存温度：-45-85℃，相对湿度：5-95%无冷凝
金属外壳，IP40防护(防止大于1.0mm固体颗粒物侵入)；
抗振动：10～2000Hz，2.0g
抗冲击：加速度>30g
符合工业四级电磁兼容的要求，通过UL508工业控制设备认证；
平均无故障时间（MTBF）大于30 年。
供电：DC110V。功耗：≤6.0W
（网络拓扑图）
深圳地铁4号线的列车采用6辆编组，工业以太网交换机Omate6300-10E分别配置在车头车尾的司机室以及每节车厢客室内，采用跳接方式构建成百兆环网，启用Jiffy Ring瞬间环网冗余协议，保障了网络通信的无扰动切换，网络自愈时间小于18ms。
司机室内车载工业以太网交换机为列车乘客信息显示系统的无线AP、车载视频播放控制器及车载视频服务器提供接入，并为列车视频监视系统的司机室控制单元、视频解码器、硬盘录像机提供接入；车厢客室内车载工业以太网交换机为列车乘客信息显示系统的媒体解码分屏器及列车视频监视系统的视频编码器提供接入。划分VLAN实现两个系统间业务的隔离。
工业以太网交换机Omate6300采用紧凑结构设计，便于安装于车载机柜内，无需适配器直接提供DC110V电源接口，通过工业四级电磁兼容检测，能适应如强电磁干扰、高温、低温、潮湿、振动、冲击等恶劣的工作环境。
2.2 深圳地铁4号线PIS系统网络子系统（有线网络和车地无线子系统）
深圳地铁4号线PIS系统有线网络采用商用交换机实现车站内的网络传输；车地无线子系统采用工业级光纤收发器为轨旁无线AP提供接入。
车地无线子系统选用欧迈特工业级光纤收发器Omate1100（图2）提供1个百兆光口，2个10/100M自适应以太网接口；局端配置于车站设备间采用3U机框集中插卡式，远端配置于轨旁采用导轨安装方式。
（图2-1局端插卡式）
（图2-2远端导轨式）
符合IEEE802.3，802.3u，802.3x协议；
运行温度：-40-80℃，保存温度：-45-85℃，相对湿度：5-95%无冷凝
金属外壳，IP40防护(防止大于1.0mm固体颗粒物侵入)；
抗振动：10～2000Hz，2.0g
抗冲击：加速度>30g
符合工业四级电磁兼容的要求，通过UL508工业控制设备认证；
平均无故障时间（MTBF）大于30 年。
供电：AC220V，高可靠航空接头。
功耗：≤2.5W
（网络拓扑图）
车地无线子系统采用欧迈特工业级光纤收发器Omate1100为轨旁无线AP提供接入，工业级光纤收发器Omate1100结构紧凑小巧，功耗极低，通过工业四级电磁兼容检测，能适应如强电磁干扰、高温、低温、潮湿、振动、冲击等恶劣的工作环境。
3.方案优越性
安全“高”：提供完整的安全体系结构，覆盖了系统的各个层面，采用了包括认证、授权、端口绑定等系列的安全措施，确保网络的安全性。
可靠性“高”：支持业内领先的Jiffy Ring瞬间环网冗余技术、高品质工业产品、冗余电源设计、端到端可管理技术，满足了系统对于可靠性的要求。支持VLAN技术隔离不同业务防止业务数据间的相互干扰、支持IGMP-Snooping组播技术抑制组播流量的泛滥，提高网络的可靠性。
网络维护“易”：除提供方便的Web方式访问外，还支持SNMP、RMON管理，方便与第三方设备实现全网统一管理。
4. 结语
北京欧迈特数字技术有限责任公司作为工业以太网设备的专业制造商，为深圳地铁4号线PIS(乘客信息系统)系统提供专家级解决方案：网络构建简单，统一管理。采用先进的工业以太网通信技术实现列车车载设备的有效监控，保障了整个系统的安全性、可靠性、稳定性，标准的通信协议也为其他业务的接入提供了便利。
|
