張一萌

（南京地鐵運營有限責任公司，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；如遇火災、恐怖襲擊等緊急事件，則會提供緊急事件通告及疏散引導等重要提示。

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)絡軌旁端傳送至PIS通信網(wǎng)關(guān)（CG，Communication Gateway），PIS服務器按照播放列表要求進行合成與文字混編，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）進入車載PIS服務器，最終通過DCS車載端顯示于車載終端播放器。PIS系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 軌旁AP圖示

圖3 PIS系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(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)量好壞進行切換關(guān)聯(lián)選擇。由于列車在行駛過程中會不斷遠離所關(guān)聯(lián)的AP，當STA當前關(guān)聯(lián)AP的信號質(zhì)量達到設(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入信道，導致信號質(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)計標準要求，車地無線通信要求車載STA與AP建立關(guān)聯(lián)成功后最低帶寬值應不低于12Mb/s，而在車地無線通道建立正常的情況下，實際傳輸帶寬僅為4Mb/s～8Mb/s，帶寬嚴重不足，同時會導致丟包情況的發(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)絡為2.4GHz共用頻段，與手機WiFi同頻，且AP的ESSID（服務區(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AP的行為，雖然PIS網(wǎng)絡為局域網(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)絡范圍內(nèi)的AP的ESSID進行隱藏操作，只允許列車STA可見并進行關(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