基于組播的乘客信息向?qū)ЬW(wǎng)絡(luò)設(shè)計

題目：（同文件名）摘要：2009年，沈陽市第2條軌道交通線路開始建設(shè)，本人有幸作為執(zhí)行副總工程師參與該線路通信系統(tǒng)的建設(shè)。項目建設(shè)過程中，本人分管通信系統(tǒng)中所有的傳輸及數(shù)據(jù)承載網(wǎng)業(yè)務(wù)分析、物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、邏輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、IP地址規(guī)劃設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計，以及項目的合同、物流、倉儲、安裝、調(diào)試工作協(xié)調(diào)管理。乘客信息系統(tǒng)是軌道交通專用通信系統(tǒng)中唯一一個面對乘客提供提供信息服務(wù)的應(yīng)用型子系統(tǒng)。具有為候車乘客播放宣傳視頻、車站通知、列車出入站時間顯示、災(zāi)害狀態(tài)疏導、乘客自主查詢等功能。因此在本工程的數(shù)據(jù)承載網(wǎng)中，乘客信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有高帶寬需求、組播應(yīng)用、多片源直播、視頻長傳、需預(yù)留與廣電接口、消防聯(lián)動等特點，是本項目中數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中最為復雜的部分。本人結(jié)合上層應(yīng)用對該網(wǎng)絡(luò)進行了整體架構(gòu)設(shè)計、以城市軌道交通上層網(wǎng)建設(shè)為基礎(chǔ)的邏輯網(wǎng)絡(luò)和IP地址規(guī)劃，并最終與眾多工程師一起進行實施，最終于2011年底開通運行。正文：2009年，本人所在公司經(jīng)過投標競爭，順利中標沈陽市軌道交通通信系統(tǒng)集成項目。通信系統(tǒng)是軌道交通控制系統(tǒng)的核心，同時也是一個集語音通信、信息廣播、車站視頻監(jiān)控、乘客信息向?qū)Ъ皶r間顯示的服務(wù)與乘客的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，乘客信息系統(tǒng)采用前段LED、LCD顯示的方式，為乘客提供宣傳視頻播放、車站臨時通知、列車出入站時間顯示、災(zāi)害狀態(tài)疏導、乘客自主查詢等服務(wù)。是直接服務(wù)于乘客的最大的應(yīng)用系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)的承載網(wǎng)須具有高帶寬承載、7*17小時穩(wěn)定運行（該系統(tǒng)每天只在運營時間開啟）、業(yè)務(wù)擴展靈活等特點。根據(jù)乘客信息系統(tǒng)的功能和特點，設(shè)計第一階段將首先分析數(shù)據(jù)網(wǎng)的承載需求。由于車站前段分別設(shè)置了LED電視和LED燈箱兩種顯示終端，因此在PIS系統(tǒng)（乘客信息系統(tǒng)簡稱，下文均稱PIS系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)中心，需要對不同的前端進行分別制作播放源。同時，由于LED電視分布于站廳層、站臺層和出入口等不同位置，播放的節(jié)目也不盡相同，因此按照站廳、站臺、出入口同樣需要分別設(shè)置片源。通過分析，數(shù)據(jù)中心需要同時下發(fā)4路片源，其中站廳、站臺、出入口3路片源均在LED電視上播放，根據(jù)2010年主流的影片清晰度，選擇了高清1080P的播放模式。對于LED燈箱，將字符控制信息發(fā)送至燈箱控制器，即可實現(xiàn)字符滾動播放。在眾多片源中，除了LED燈箱采用控制信息，進需要1Mbps左右?guī)?，其他布點的LED電視播放的1080P視頻每路視頻均需要20~30Mbps的帶寬（未編碼的直播流）。按照每個車站26個LED電視進行考慮，單個車站采用單播播放未編碼的視頻需要的帶寬為480Mbps，19個車站則需要單個車站帶寬的19倍。由于軌道交通內(nèi)部光纜是沿隧道壁敷設(shè)，因此只有很少的光纜資源，PIS系統(tǒng)中心與車站的通訊需要依靠傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)。傳輸系統(tǒng)在本項目中采用MSTP（內(nèi)嵌RPR），無法提供如此巨大的帶寬，因此PIS系統(tǒng)必須使用組播實現(xiàn)片源播放。本項目在控制中心設(shè)置了數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心包含用于視頻編輯的編播中心服務(wù)器、用于播放的直播流服務(wù)器、用戶乘客查詢的查詢應(yīng)用服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。所有服務(wù)器均連接在一個服務(wù)器區(qū)域匯聚交換機上（H3CS5500-24-EI）。服務(wù)器匯聚交換機以雙GE鏈路連接在兩臺核心交換機上（H3CS7510-EI），雙核心與服務(wù)器匯聚開啟VRRP。核心至車站的連接由于按照組播考慮，服務(wù)器匯聚交換機為組播組RP，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬總和為上文分析的4路片源帶寬總和，約為91Mbps左右，當采用H.264進行編碼壓縮后，帶寬可降低至25Mbps（H.264編碼的1080P播放帶寬為8Mbps）。根據(jù)此分析，兩臺核心分別以1個100Mbps鏈路連接至傳輸系統(tǒng)，通過傳輸系統(tǒng)提供的基于MPLS-VPN的EVPLn，連接至車站。及控制中心與MPLS-VPN涉及的相關(guān)車站構(gòu)成100Mbps共享的互連網(wǎng)絡(luò)。基于上述網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架進行IP地址規(guī)劃。由于近年來，諸多城市建設(shè)M-PIS（乘客信息系統(tǒng)上層數(shù)據(jù)中心），因此需要預(yù)留與上層網(wǎng)互聯(lián)的地址段。根據(jù)本市線網(wǎng)規(guī)劃，將192.168.X.X/16，網(wǎng)段作為線路PIS中心與M-PIS中心互聯(lián)地址段。在本線路中，由于傳輸MPLS-VPN為分環(huán)設(shè)計，因此每個VPN的EVPLn均需要規(guī)劃互聯(lián)地址。按照可擴展、減少地址浪費原則，同時依據(jù)傳輸VPN以10個左右車站為一個VPN進行主備鏈路的承載方式，采用172.16.2.X/24網(wǎng)段作為互聯(lián)。其中為VPN-1主用分配/20、VPN-1備用分配/20、VPN-2主用分配/20、VPN-2備用分配/20。每個互聯(lián)地址段按照控制中心使用最小使用地址依次增加原則分配?？刂浦行暮蛙囌镜臉I(yè)務(wù)地址采用10.X.Y.n/24網(wǎng)段。其中X代表子系統(tǒng)編號（2號線PIS子系統(tǒng)編號為35），Y代表節(jié)點號（中心使用0，車站從北向南依次使用1~19）。由于組播路由是建立在單播路由基礎(chǔ)之上，因此全網(wǎng)須建立路由表。靜態(tài)路由用戶條目數(shù)量少，或默認路由情況，因此不使用與類似本項目節(jié)點數(shù)量較多的環(huán)境。由于本工程路由為本線路域內(nèi)，且網(wǎng)絡(luò)帶寬要求很高，一次采用鏈路狀態(tài)型動態(tài)路由協(xié)議OSPF。由于本項目網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)采用EVPLn，因此設(shè)計將所有節(jié)點均配置在OSPF主干區(qū)域內(nèi)。這樣的配置不但可以滿足本工程使用，也能在上層網(wǎng)建設(shè)時，方便的使用BGP互聯(lián)，或改造成多區(qū)域OSPF。由于PIS系統(tǒng)具有消防聯(lián)動、列車出入站時間顯示、乘客信息查詢等功能，因此PIS系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)與FAS、信號及自動售檢票等系統(tǒng)保持溝通，及時提資。針對FAS系統(tǒng)，本人要求FAS系統(tǒng)開放本站火災(zāi)分區(qū)信息和數(shù)據(jù)格式，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至車站本地網(wǎng)絡(luò)，方便PIS系統(tǒng)在本地進行信息分析，做出災(zāi)害疏散指示。針對信號系統(tǒng)，本人要求信號系統(tǒng)在控制中心將列車位置、站臺停止信息、列車編號，出入站時間等全線信息發(fā)送至PIS核心網(wǎng)，以便PIS中心接口服務(wù)器讀取全線數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)組播發(fā)送至各個車站本地服務(wù)器進行提取和計算，最終顯示列車到站時間信息；針對自動售檢票系統(tǒng)，本人要求其提供專門的查詢數(shù)據(jù)庫，提供票價、車站數(shù)等服務(wù)信息。與上述專業(yè)互聯(lián)時，F(xiàn)AS接口在車站開啟ACL，使FAS數(shù)據(jù)僅能夠訪問本地服務(wù)器，并在本地服務(wù)器上安裝防火墻和防病毒軟件（WindowsServer2008+KILL），避免FAS系統(tǒng)中的危害信息擴散至PIS網(wǎng)絡(luò)。由于與信號和自動售檢票系統(tǒng)接口位于控制中心，數(shù)據(jù)直接進入PIS核心并需要擴散至全網(wǎng)，因此控制中心設(shè)置防火墻（NetEyeFW5200），只有滿足防火墻安全規(guī)則的數(shù)據(jù)才能夠進入PIS網(wǎng)絡(luò)。由于遠期地鐵公司有與本地廣電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的意愿，因此控制中心設(shè)置路由器（H3CMSR50-40），預(yù)留與廣電網(wǎng)絡(luò)接口。同樣的。廣電網(wǎng)絡(luò)如果實現(xiàn)接入，也需要經(jīng)過防火墻才能夠進入PIS網(wǎng)絡(luò)?？偨Y(jié)：本項目采用基于組播的網(wǎng)絡(luò)為PIS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)承載，降低了全網(wǎng)的帶寬需求，在傳輸系統(tǒng)帶寬資源不足的情況下實現(xiàn)了高清（H.264壓縮或無壓縮情況下）畫質(zhì)的片源全線直播。同時，核心交換采用冗余雙核心設(shè)計，與數(shù)據(jù)中心和車站的連接均采用雙鏈路等價路由冗余，單播數(shù)據(jù)經(jīng)過wireshark測試可以以負載均衡的方式分布在兩條鏈路上。組播協(xié)議采用PIM，組播路由會選用冗余鏈路中的一條進行組播數(shù)據(jù)承載，當該鏈路故障時，可自動切換至另一鏈路傳送（由于雙鏈路等價，均可承載組播數(shù)