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(tǒng)概述

乘客信息系統(tǒng)(PIS)是依托多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心，通過(guò)設(shè)置站廳、站臺(tái)、出入口、列車的顯示終端，讓乘客及時(shí)準(zhǔn)確地了解列車運(yùn)營(yíng)信息和公共媒體信息的多媒體綜合信息系統(tǒng)；地鐵PIS 系統(tǒng)通過(guò)FEP 接口服務(wù)器與ATS 系統(tǒng)進(jìn)行雙向?qū)崟r(shí)通信，獲取列車運(yùn)行信息，并進(jìn)行車站LCD、LED 等多媒體終端信息發(fā)布（見圖1）。

圖1 原PIS 系統(tǒng)

2 PIS 系統(tǒng)架構(gòu)與通訊接口規(guī)范

2.1 PIS 系統(tǒng)架構(gòu)

控制中心子系統(tǒng)，其中包括：ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、控制中心PIS 服務(wù)器（主、備），與傳輸網(wǎng)連接的相關(guān)接口（接口界面在通信設(shè)備室交換機(jī)以太網(wǎng)端口）等。

車站子系統(tǒng)包括：LED 旅客向?qū)?、車站上行控制主機(jī)、下行控制主機(jī)、配電系統(tǒng)與傳輸網(wǎng)連接的相關(guān)接口（接口界面在通信設(shè)備室交換機(jī)以太網(wǎng)端口）等。

2.2 PIS 通訊接口規(guī)范

PIS 通訊接口規(guī)范定義了從ATS 系統(tǒng)向PIS 系統(tǒng)傳輸信息的連接，并約定了通訊協(xié)議的內(nèi)容，PIS 系統(tǒng)按照規(guī)約建立和ATS 的鏈接，并從中提取列車到發(fā)信息，經(jīng)格式排版后顯示在車站多媒體終端上[1]。

PIS 通訊使用一個(gè)非冗余的TCP/IP 連接來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通信設(shè)備系統(tǒng)的信息傳遞。

3 改造方案難點(diǎn)與對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)

原ATS 系統(tǒng)為整個(gè)地鐵運(yùn)行控制核心，該系統(tǒng)僅對(duì)外提供一個(gè)通訊接口給原有PIS 系統(tǒng)(LCD 電視機(jī)）使用，增加ATS 對(duì)外接口不可實(shí)現(xiàn)，同時(shí)既有PIS 系統(tǒng)（LCD 信息發(fā)布），由于原設(shè)計(jì)建設(shè)方撤出的原因，對(duì)其服務(wù)器IP 地址也無(wú)法更改，因此，如何在不影響原有PIS 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)（LCD 信息發(fā)布)的基礎(chǔ)上，新的PIS 系統(tǒng)如何接入ATS 系統(tǒng)并將數(shù)據(jù)分發(fā)給原有PIS系統(tǒng)成為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施的關(guān)鍵（見圖2）。

圖2 改造后的系統(tǒng)

為解決這個(gè)問(wèn)題，采用了多網(wǎng)口設(shè)計(jì)，并創(chuàng)新設(shè)計(jì)了ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，該服務(wù)器通過(guò)鏡像模擬原有的通訊IP 地址與既有ATS 和舊PIS 系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如下：

ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器A 網(wǎng)口采用原PIS 系統(tǒng)服務(wù)器地址與西門ATS 建立網(wǎng)絡(luò)鏈接，從ATS 獲取列車到發(fā)信息，并本地轉(zhuǎn)存。

ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器B 網(wǎng)口模擬原ATS 的FEP 通信服務(wù)器IP 地址與原有PIS 系統(tǒng)（LCD)進(jìn)行通信。

ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器C 網(wǎng)口通過(guò)交換機(jī)與新增LED顯示終端進(jìn)行通訊，該網(wǎng)口與新增LED 顯示屏在同一網(wǎng)段，與A、B 均不在同一網(wǎng)段。

ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器建立數(shù)據(jù)緩存池，將A 網(wǎng)口獲取的列車到發(fā)信息進(jìn)行高速緩存，同時(shí)將該數(shù)據(jù)通過(guò)B網(wǎng)口向原PIS 系統(tǒng)進(jìn)行分發(fā)，通過(guò)C 網(wǎng)口向新增LED顯示終端進(jìn)行分發(fā)。

ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器在內(nèi)部建立不同網(wǎng)口的端口轉(zhuǎn)發(fā)（Port forwarding）隧道機(jī)制，并建立IP 地址和端口進(jìn)行綁定映射表，從而可以快速將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口。

ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器采用虛擬原有設(shè)備IP 地址與原有系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)了原業(yè)務(wù)的零變動(dòng)和既有投資的保護(hù)，同時(shí)內(nèi)部高速緩存機(jī)制的實(shí)現(xiàn)，使得整個(gè)系統(tǒng)保持了既有的業(yè)務(wù)高效性和穩(wěn)定性。

ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)端程序與ATS 系統(tǒng)之間采用TCP方式的網(wǎng)絡(luò)通訊方式，該通訊的特點(diǎn)為長(zhǎng)連接，異常情況帶來(lái)的連接中斷，客戶端與服務(wù)端程序都無(wú)法獲知，故在此處設(shè)計(jì)了心跳包模式的機(jī)制。心跳包就是在客戶端和服務(wù)器間定時(shí)通知對(duì)方自己狀態(tài)的一個(gè)自己定義的命令字，按照一定的時(shí)間間隔發(fā)送，類似于心跳，所以叫做心跳包。

心跳包用來(lái)判斷對(duì)方（設(shè)備、進(jìn)程或其它網(wǎng)元）是否正常運(yùn)行，采用定時(shí)發(fā)送簡(jiǎn)單通訊包的方式，如果在指定時(shí)間段內(nèi)未收到對(duì)方響應(yīng)，則判斷對(duì)方已經(jīng)離線，用于檢測(cè)TCP 的異常斷開情況。采用此通訊機(jī)制可以及時(shí)地獲取客戶端的在線狀態(tài)，并將異常狀態(tài)以日志文件的形式進(jìn)行保存，一方面幫助用戶及技術(shù)人員獲取異常情況產(chǎn)生的原因；另一方面，同一子站的上行或下行計(jì)算機(jī)可根據(jù)此心跳包的狀態(tài)互為接管業(yè)務(wù)[2]。

改造后的系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：

3.1 ATS 服務(wù)接口

提供列車到發(fā)信號(hào)給接口服務(wù)器，包括：本站臺(tái)列車進(jìn)站信號(hào)、列車離站信號(hào)、本站是否為換乘站以及可換乘的路線、列車編號(hào)、車次、列車跳站信息、列車下站名稱、列車終點(diǎn)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(wù)器

連接到ATS 服務(wù)器，以統(tǒng)一接口的方式對(duì)外提供數(shù)據(jù)服務(wù)，以TCP/IP 數(shù)據(jù)包形式交互數(shù)據(jù)。

3.3 ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器

新增ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，為多網(wǎng)口、雙網(wǎng)段通訊服務(wù)器，上行連接到FEP 接口服務(wù)器，并將該接口數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)，下行一路分發(fā)到原PIS 系統(tǒng)，一路分發(fā)到新PIS 顯示系統(tǒng)[3]。

3.4 新PIS 顯示系統(tǒng)

包括控制中心PIS 服務(wù)器（主）、PIS 服務(wù)器（備）、各個(gè)車站LED 顯示終端、車站上行控制主機(jī)、下行控制主機(jī)、配電系統(tǒng)等。

3.5 原PIS 顯示系統(tǒng)

包括控制中心PIS 服務(wù)器（主）、PIS 服務(wù)器（備）、媒體播放服務(wù)器、各個(gè)車站LCD 顯示終端、車站上行控制主機(jī)、下行控制主機(jī)、配電系統(tǒng)等。

4 方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本方案設(shè)計(jì)具備多個(gè)先進(jìn)性的特點(diǎn)，具體如下。

數(shù)據(jù)收發(fā)的實(shí)時(shí)處理響應(yīng)速度極快，以socket 數(shù)據(jù)流的形式將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

數(shù)據(jù)安全性保證，由于數(shù)據(jù)的重要性，數(shù)據(jù)接收后將采用緩存、本地、數(shù)據(jù)庫(kù)三重保存的方式。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，采用隊(duì)列緩存，先進(jìn)先出的方式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給原PIS 系統(tǒng)(見圖3)。

圖3 ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器

并發(fā)處理技術(shù)，系統(tǒng)在轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)，將數(shù)據(jù)形成另一份緩存隊(duì)列，并行在本地處理。

為保護(hù)地鐵既有項(xiàng)目投資，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，在FEP 接口服務(wù)和PIS 系統(tǒng)之間，增加一臺(tái)ATS 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器兩個(gè)網(wǎng)卡分別模擬FEF 地址與原有PIS 系統(tǒng)進(jìn)行通信、模擬PIS 系統(tǒng)地址與FEP 接口服務(wù)器進(jìn)行通信，同時(shí)核心轉(zhuǎn)發(fā)程序保證該通信鏈路通暢基礎(chǔ)上，將ATS 數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)卡B 向新PIS 系統(tǒng)進(jìn)行分發(fā)，這種設(shè)計(jì)不但保證原有ATS/FEP 不需要做任何改動(dòng)，同時(shí)原有PIS 系統(tǒng)也不需要做任何調(diào)整，核心轉(zhuǎn)發(fā)程序在主程序內(nèi)部對(duì)ATS 數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，向新增PIS 系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，為新PIS 的建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。采用這種設(shè)計(jì)，原地鐵系統(tǒng)無(wú)需任何更改，大幅度節(jié)約了改造費(fèi)用和時(shí)間。