張一萌

（南京地鐵運營有限責(zé)任公司，江蘇 南京 211135）

PIS（Passenger Information System，旅客信息系統(tǒng)）是以編播室為發(fā)送端，車載與車站播放器為顯示終端（如圖1所示），向旅客提供公告及媒體服務(wù)的系統(tǒng)。列車正常運行中，提供包括新聞、廣告、短視頻、列車運行方向以及列車到站信息等信息服務(wù)；如遇火災(zāi)、恐怖襲擊等緊急事件，則會提供緊急事件通告及疏散引導(dǎo)等重要提示。

圖1 PIS車載播放終端

1 系統(tǒng)原理

PIS系統(tǒng)中，音視頻流通過編播室與列車之間的DCS（Data Communication System，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)軌旁端傳送至PIS通信網(wǎng)關(guān)（CG，Communication Gateway），PIS服務(wù)器按照播放列表要求進(jìn)行合成與文字混編，之后將編輯好的音視頻信號通過軌旁AP（Access Point，接入點），如圖2所示，以無線形式發(fā)送至車載STA（Station，無線電臺）進(jìn)入車載PIS服務(wù)器，最終通過DCS車載端顯示于車載終端播放器。PIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 軌旁AP圖示

圖3 PIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖3 中，兩臺CG為熱備模式，AP設(shè)計為環(huán)網(wǎng)。

車輛在正常行駛過程中，車載STA會根據(jù)軌旁沿線AP的信號質(zhì)量好壞進(jìn)行切換關(guān)聯(lián)選擇。由于列車在行駛過程中會不斷遠(yuǎn)離所關(guān)聯(lián)的AP，當(dāng)STA當(dāng)前關(guān)聯(lián)AP的信號質(zhì)量達(dá)到設(shè)定的閾值下限時，STA會根據(jù)AP列表中的信息切換至下一個信號質(zhì)量滿足閾值的AP。STA通過不斷的漫游切換，使得車地間的無線通信時刻建立連接狀態(tài)，保證車地間音視頻數(shù)據(jù)的正常傳輸。

2 無線干擾

無線干擾是指在無線通信過程中因外部電磁能量直接或間接進(jìn)入信道，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降，數(shù)據(jù)丟失從而阻斷通信的現(xiàn)象。無線干擾大致分為同頻干擾、鄰頻干擾及耦合干擾三大類。南京地鐵T線PIS系統(tǒng)在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，存在大量音視頻數(shù)據(jù)包丟失，車載音視頻中斷的現(xiàn)象發(fā)生。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，存在以下三個問題：（1）根據(jù)南京地鐵T線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，車地?zé)o線通信要求車載STA與AP建立關(guān)聯(lián)成功后最低帶寬值應(yīng)不低于12Mb/s，而在車地?zé)o線通道建立正常的情況下，實際傳輸帶寬僅為4Mb/s～8Mb/s，帶寬嚴(yán)重不足，同時會導(dǎo)致丟包情況的發(fā)生；（2）車輛在站臺停穩(wěn)狀態(tài)，穩(wěn)定關(guān)聯(lián)某AP時，會偶發(fā)出現(xiàn)帶寬降低的現(xiàn)象；（3）車輛在行駛過程中，STA在漫游切換AP時，存在頻繁切換，AP不能穩(wěn)定關(guān)聯(lián)。

通過對以上三個問題的分析，發(fā)現(xiàn)無線干擾是導(dǎo)致問題產(chǎn)生的主要原因，同時，系統(tǒng)配置上也存在一定的不合理性。

3 解決方案

根據(jù)上述分析，要解決PIS帶寬過低導(dǎo)致音視頻中斷的問題，主要需要解決無線干擾以及系統(tǒng)配置兩方面問題。造成PIS無線干擾的因素主要有以下四點：（1）AP的發(fā)射功率設(shè)置過高。（2）STA在漫游切換至下一個AP時，前次關(guān)聯(lián)的AP依然會有短時間的大數(shù)據(jù)流發(fā)送，導(dǎo)致對正在關(guān)聯(lián)的無線鏈路造成干擾。（3）由于PIS使用的無線網(wǎng)絡(luò)為2.4GHz共用頻段，與手機(jī)WiFi同頻，且AP的ESSID（服務(wù)區(qū)別號）是可掃描到的，站臺乘客存在嘗試關(guān)聯(lián)PIS網(wǎng)絡(luò)AP的行為，雖然PIS網(wǎng)絡(luò)為局域網(wǎng)，乘客連接上AP無法登陸互聯(lián)網(wǎng)，但是，在與AP關(guān)聯(lián)的過程中，存在數(shù)據(jù)交互，會對無線帶寬造成一定的影響。（4）列車在行駛過程中，STA經(jīng)常會關(guān)聯(lián)上逆向側(cè)AP（如車輛行駛在上行線，卻關(guān)聯(lián)上下行線的AP），由于物理位置原因，會出現(xiàn)頻繁切換上下行AP的情況發(fā)生。

針對以上四點問題，分別給出相應(yīng)的解決方案。

（1）T線PIS系統(tǒng)在調(diào)試初期，將全線AP的發(fā)射功率均設(shè)置為最高值19dBm。對于單AP系統(tǒng)而言，AP的發(fā)射功率越高，信號質(zhì)量越好。但是，對于AP群來說，過高的發(fā)射功率會對周邊的AP產(chǎn)生同頻干擾，非但不能提高無線帶寬，反而會因相互干擾，使整體無線環(huán)境變得較差。為了降低同頻干擾造成的影響，嘗試將全線所有AP的發(fā)射功率進(jìn)行下降調(diào)整。雖然發(fā)射功率下調(diào)，會隨之降低發(fā)射總能量，但同時也會降低AP相互之間造成的無線干擾。經(jīng)過調(diào)整，將發(fā)射功率由原先的19dBm降至17dBm，帶寬達(dá)到13Mb/s，丟包率也明顯下降。由此可以看出，過高的發(fā)射功率造成的同頻干擾會對無線鏈路造成較大的影響。

（2）當(dāng)列車切換關(guān)聯(lián)至下一個AP時，利用程序內(nèi)嵌Shell腳本實現(xiàn)前一個關(guān)聯(lián)AP的無線網(wǎng)卡短暫關(guān)閉操作，流程圖如圖4所示。

圖4 關(guān)閉前一個AP無線網(wǎng)卡程序流程圖

列車關(guān)聯(lián)下一個AP后，將前一個關(guān)聯(lián)的AP無線網(wǎng)卡關(guān)閉10s，停止無線信號發(fā)射，避免對STA與正在關(guān)聯(lián)的AP之間的無線鏈路造成無線干擾，10s后再自動重新開啟，等待后續(xù)列車對其進(jìn)行關(guān)聯(lián)建立無線鏈路。

（3）外在無線設(shè)備能夠關(guān)聯(lián)上軌旁AP的主要原因是由于可以掃描到其區(qū)域內(nèi)的ESSID。為了避免類似乘客使用手機(jī)掃描到AP的ESSID，利用Linux命令“iwconfig ath0/1 essid“PIS_Wireless””統(tǒng)一將“PIS_Wireless”局域網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的AP的ESSID進(jìn)行隱藏操作，只允許列車STA可見并進(jìn)行關(guān)聯(lián)，避免外在無線設(shè)備可以關(guān)聯(lián)上軌旁的AP造成干擾。

（4）通過分離上下行AP，分別建立單邊獨立的AP_list，當(dāng)列車運行在上行時，只可關(guān)聯(lián)上行AP_list中的AP，反之亦然，避免列車會關(guān)聯(lián)至逆向側(cè)AP的情況發(fā)生。

4 實驗結(jié)果

圖5 為列車無線漫游切換圖，彩色線為沿線AP的信號質(zhì)量，下端紅線為切換過程，每個“階梯”為關(guān)聯(lián)上一個AP，若一直為上“階梯”狀態(tài)，說明漫游切換正確，若出現(xiàn)下“階梯”，說明出現(xiàn)漫游切換出現(xiàn)了回切亂切的現(xiàn)象。從圖5可以看出，通過對問題的解決，切換良好。經(jīng)過實驗，南京地鐵T線單列車全程PIS直播率達(dá)98%（2%由于終點站換端切換上下行AP_list所致），上述四種解決方案有效地解決了PIS無線干擾問題。通過對問題的解決，無線帶寬得到有效的提高，且丟包率顯著下降。STA無線漫游平順，徹底規(guī)避了切換AP錯誤的現(xiàn)象。

圖5 列車無線漫游切換圖