公共軌道交通PIS系統改造的設計

邱建明、逯龍

(南京洛普股份有限公司，江蘇南京210061)

1 地鐵PIS 系統概述

乘客信息系統(PIS)是依托多媒體網絡技術，以計算機系統為核心，通過設置站廳、站臺、出入口、列車的顯示終端，讓乘客及時準確地了解列車運營信息和公共媒體信息的多媒體綜合信息系統；地鐵PIS 系統通過FEP 接口服務器與ATS 系統進行雙向實時通信，獲取列車運行信息，并進行車站LCD、LED 等多媒體終端信息發布（見圖1）。

圖1 原PIS 系統

2 PIS 系統架構與通訊接口規范

2.1 PIS 系統架構

控制中心子系統，其中包括：ATS 轉發服務器、控制中心PIS 服務器（主、備），與傳輸網連接的相關接口（接口界面在通信設備室交換機以太網端口）等。

車站子系統包括：LED 旅客向導牌、車站上行控制主機、下行控制主機、配電系統與傳輸網連接的相關接口（接口界面在通信設備室交換機以太網端口）等。

2.2 PIS 通訊接口規范

PIS 通訊接口規范定義了從ATS 系統向PIS 系統傳輸信息的連接，并約定了通訊協議的內容，PIS 系統按照規約建立和ATS 的鏈接，并從中提取列車到發信息，經格式排版后顯示在車站多媒體終端上[1]。

PIS 通訊使用一個非冗余的TCP/IP 連接來實現兩個通信設備系統的信息傳遞。

3 改造方案難點與對應設計

原ATS 系統為整個地鐵運行控制核心，該系統僅對外提供一個通訊接口給原有PIS 系統(LCD 電視機）使用，增加ATS 對外接口不可實現，同時既有PIS 系統（LCD 信息發布），由于原設計建設方撤出的原因，對其服務器IP 地址也無法更改，因此，如何在不影響原有PIS 系統運營（LCD 信息發布)的基礎上，新的PIS 系統如何接入ATS 系統并將數據分發給原有PIS系統成為整個系統設計實施的關鍵（見圖2）。

圖2 改造后的系統

為解決這個問題，采用了多網口設計，并創新設計了ATS 轉發服務器，該服務器通過鏡像模擬原有的通訊IP 地址與既有ATS 和舊PIS 系統進行網絡連接。實現細節如下：

ATS 轉發服務器A 網口采用原PIS 系統服務器地址與西門ATS 建立網絡鏈接，從ATS 獲取列車到發信息，并本地轉存。

ATS 轉發服務器B 網口模擬原ATS 的FEP 通信服務器IP 地址與原有PIS 系統（LCD)進行通信。

ATS 轉發服務器C 網口通過交換機與新增LED顯示終端進行通訊，該網口與新增LED 顯示屏在同一網段，與A、B 均不在同一網段。

ATS 轉發服務器建立數據緩存池，將A 網口獲取的列車到發信息進行高速緩存，同時將該數據通過B網口向原PIS 系統進行分發，通過C 網口向新增LED顯示終端進行分發。

ATS 轉發服務器在內部建立不同網口的端口轉發（Port forwarding）隧道機制，并建立IP 地址和端口進行綁定映射表，從而可以快速將數據從一個網絡端口轉發到另外一個網絡端口。

ATS 轉發服務器采用虛擬原有設備IP 地址與原有系統進行通訊，實現了原業務的零變動和既有投資的保護，同時內部高速緩存機制的實現，使得整個系統保持了既有的業務高效性和穩定性。

ATS 轉發服務端程序與ATS 系統之間采用TCP方式的網絡通訊方式，該通訊的特點為長連接，異常情況帶來的連接中斷，客戶端與服務端程序都無法獲知，故在此處設計了心跳包模式的機制。心跳包就是在客戶端和服務器間定時通知對方自己狀態的一個自己定義的命令字，按照一定的時間間隔發送，類似于心跳，所以叫做心跳包。

心跳包用來判斷對方（設備、進程或其它網元）是否正常運行，采用定時發送簡單通訊包的方式，如果在指定時間段內未收到對方響應，則判斷對方已經離線，用于檢測TCP 的異常斷開情況。采用此通訊機制可以及時地獲取客戶端的在線狀態，并將異常狀態以日志文件的形式進行保存，一方面幫助用戶及技術人員獲取異常情況產生的原因；另一方面，同一子站的上行或下行計算機可根據此心跳包的狀態互為接管業務[2]。

改造后的系統包括以下幾個部分：

3.1 ATS 服務接口

提供列車到發信號給接口服務器，包括：本站臺列車進站信號、列車離站信號、本站是否為換乘站以及可換乘的路線、列車編號、車次、列車跳站信息、列車下站名稱、列車終點站名稱、列車折返信息以及列車折返后到站信息、本站上下行方向首末班車信息。

3.2 FEP 接口服務器

連接到ATS 服務器，以統一接口的方式對外提供數據服務，以TCP/IP 數據包形式交互數據。

3.3 ATS 轉發服務器

新增ATS 轉發服務器，為多網口、雙網段通訊服務器，上行連接到FEP 接口服務器，并將該接口數據進行分發，下行一路分發到原PIS 系統，一路分發到新PIS 顯示系統[3]。

3.4 新PIS 顯示系統

包括控制中心PIS 服務器（主）、PIS 服務器（備）、各個車站LED 顯示終端、車站上行控制主機、下行控制主機、配電系統等。

3.5 原PIS 顯示系統

包括控制中心PIS 服務器（主）、PIS 服務器（備）、媒體播放服務器、各個車站LCD 顯示終端、車站上行控制主機、下行控制主機、配電系統等。

4 方案設計特點

本方案設計具備多個先進性的特點，具體如下。

數據收發的實時處理響應速度極快，以socket 數據流的形式將數據進行實時處理。

數據安全性保證，由于數據的重要性，數據接收后將采用緩存、本地、數據庫三重保存的方式。

數據轉發機制，采用隊列緩存，先進先出的方式將數據轉發給原PIS 系統(見圖3)。

圖3 ATS 轉發服務器

并發處理技術，系統在轉發的同時，將數據形成另一份緩存隊列，并行在本地處理。

為保護地鐵既有項目投資，根據項目特點，在FEP 接口服務和PIS 系統之間，增加一臺ATS 轉發服務器，轉發服務器兩個網卡分別模擬FEF 地址與原有PIS 系統進行通信、模擬PIS 系統地址與FEP 接口服務器進行通信，同時核心轉發程序保證該通信鏈路通暢基礎上，將ATS 數據通過網卡B 向新PIS 系統進行分發，這種設計不但保證原有ATS/FEP 不需要做任何改動，同時原有PIS 系統也不需要做任何調整，核心轉發程序在主程序內部對ATS 數據進行復制，向新增PIS 系統進行傳輸，為新PIS 的建設提供數據支持。采用這種設計，原地鐵系統無需任何更改，大幅度節約了改造費用和時間。