基于隧道的車地高速組播實現

俞成龍

(銳捷網絡股份有限公司，福建 福州350002)

1 PIS 車地網絡組播傳輸的背景與問題

PIS（Present Information System，乘客信息系統），在地鐵中被廣泛應用。它為地鐵運營、管理、維修等部門的工作人員提供信息交互平臺，是軌道交通信息資源共享、生產管理、辦公管理等信息發布的重要傳輸手段。它通過控制中心和車站的控制，在指定的時間，將指定的信息顯示給指定的人群。[1]

如圖1 所示，運維人員通過PIS 系統，向地鐵列車的車內顯示屏投放信息，通常使用組播方式投放。該組播報文，會經過車地通信系統傳輸到車載子系統上，并在相應的顯示屏上顯示畫面或者告警信息。組播在PIS 的應用中，存在以下幾個問題：

1.1 空口傳輸，組播報文容易丟幀

組播報文在802.11 中沒有Ack 確認機制[2]，如果出現了丟幀，協議層面不會進行報文重傳。即：802.11 無線環境下，組播一旦出現丟幀，則組播報文丟失。

1.2 空口傳輸，組播報文速率低

組播報文是發往組播組內所有點播成員，其目的地址是組播地址。在802.11 實現中，組播報文無法使用聚合方式傳輸。即：802.11 環境下，組播報文只能使用非聚合的報文進行傳輸。在802.11 協議中，非聚合的報文的最高速率為54mbps[2]。

1.3 組播成員口頻繁切換/更新

地鐵列車在地鐵軌道上不斷移動，相應的，車載無線設備會在地面軌道旁的AP（Access Point，無線接入點）設備之間不斷切換。因此組播組成員口也需要進行相應的切換，才能打通組播流[3]。在通常情況下，PIS 點播客戶端無法感知到車載無線設備漫游切換事件，也不會主動再次發起點播。當車載無線設備漫游到新的AP 設備，而新的AP 設備的上聯端口未加入組播組，因此上級設備不會往該端口轉發組播流，從而導致組播中斷。

2 現有方案分析

2.1 車地網絡組播容易丟幀問題解決方案

針對車地網絡組播容易丟幀問題，主要的技術方案是視頻緩存加上丟幀重傳，其工作原理如下：

2.1.1 用戶對PIS 客戶端軟件設置視頻緩沖時長閾值。

2.1.2 PIS 客戶端發起組播點播請求。

2.1.6 等緩沖報文長度達到或超過步驟1 所設定緩沖時長（由用戶設定的緩沖時間）后，開始將報文解碼播放。

如圖1所示，Rh2-S在不同濃度下均能抑制K562和KG1a細胞活力，并呈濃度和時間依賴性。培養24 h時，Rh2-S對K562和KG1a細胞的半數抑制濃度（IC50）分別為80、82 μmol/L；培養48 h時，IC50分別為60、64 μmol/L；培養72 h時，IC50分別為48、44 μmol/L。根據以上結果，選擇60 μmol/L作為后續實驗中Rh2-S的濃度。

2.1.5 在報文緩沖過程中，同時對組播報文進行校驗，如果發現缺失的組播報文，則單獨向服務器請求該缺失報文。

2.1.3 網絡設備收到PIS 客戶端對應端口上送的組播點播請求，將對應網絡端口加入組播成員口，隨后向該端口轉發組播報文。

2.1.4 PIS 客戶端收到組播報文后，并不立即進行解碼播放，而是將報文緩存到報文緩沖區。

2.1.7 重復步驟2.1.4～2.1.6。

為了進一步提高立體車庫的運行效率，將超過預計停車時間的車輛向遠離出入口的車位停放，由此可以得出如表2所示的模糊規則。在表2中，input1為用戶停車時間，input2為超過預計停車時間的時長，output為停放車輛的位置到出入口的距離。

該方案的優點：在一定程度上解決丟幀問題，可以使視頻播放更平滑。如果緩沖時間足夠長，即使發生報文丟失，PIS 客戶端也可通過單獨請求丟失的數據幀來補齊所有數據。

但該方案也存在弊端：由于對視頻做緩存，車內的組播視頻與視頻源存在時間差，緩存時間越長，時間差越大。

2.2 組播組成員口頻繁切換/遷移問題解決方案

針對組播成員口頻繁切換/遷移問題，當前主要方案是車載子系統的車載AP 上實現PIS 點播代理，其工作原理如下：

2.2.1 在車載AP 上監聽車載PIS 客戶端的組播點播請求，并做記錄。

內部審計部門的架構情況對內部審計的獨立性形成直接的影響，與此同時也決定著審計監督的權威性和監督程度。內部審計部門應該杜絕和其他職能部門形成隸屬關系或和其他職能部門聯合辦公的情況，而是應該對話公司的最高領導層，并對其負責。公司最高領導層權利范圍大，可以對審計結果形成有效的反饋，表現為對內部審計部門的建議快速采取有效措施，毫無疑問，這極大地增強了內部審計的效能的發揮。

a.組播報文會先經過隧道封裝，然后再經過車地無線網絡，車地無線系統傳輸的報文是經過隧道封裝的單播報文。因此，如果在空口發生了丟包，則在空口就會進行報文重傳，從而解決了無線空口環境下，組播報文容易丟幀的問題。

近幾年，電磁發射技術的優點不斷顯現，技術不斷取得突破，中國科學院院士馬偉明院士曾表示，由于電磁能發射具有更快、更強、更遠、更高效的特性，電磁發射技術，將在10年左右取代化學能,給我們人類提供更安全、更快捷的技術。

2.2.3 在漫游切換完成后，車載AP 代理PIS 客戶端重新發起一次組播請求，使得上游網絡設備（漫入的軌道旁AP）相應端口加入組播組。

2.2.4 漫入AP 將組播報文向車載AP 轉發。

2.2.5 重復步驟2.2.1～2.2.4。

該方案能較好地解決由于車載AP 不斷漫游導致的組播組成員口遷移的問題。

從檢測結果可以看出，精煤磁選機和掃選磁選機磁選效果較差。在生產過程中，這兩臺磁選機均存在翻花現象，將其調整到最大通過量時，尾礦帶介情況也沒有好轉。精煤磁選尾礦帶介高，造成浮選尾礦帶介高，進入掃選磁選環節后又沒有得到充分回收，致使大量介質流失。分析表明，磁選效果差的主要原因是磁選機能力不足，原設計精煤磁選機3臺，掃選磁選機2臺，型號均為DMM914×2972，設計處理能力273 m3/h。為滿足磁選能力，選煤廠增設了1臺掃選磁選機(HMDA1219×2972)和1臺精煤磁選機(HMDA914×2972)。改造完成后，各產品帶介情況見表3。

但該方案也存在的一定的局限性：由于組播組成員口切換/遷移的動作滯后于車載AP 漫游動作，因此在漫游完成到組播組成員口遷移完成這段時間，組播報文不會向新的端口（軌道旁漫入AP）轉發，即：漫游完成到重新點播完成這段時間，PIS 客戶端無法收到下行的組播流。

2.3 無線空口中組播報文傳輸速率低的問題解決方案

對于無線空口中組播報文傳輸速率低的問題，目前并沒有較好的解決方案，而該問題制約PIS 系統組播碼率上限, 也就是：在使用無線組播的情況下，視頻碼率帶寬最高不超過54mbps。

本研究運用重要性和表現程度分析工具IPA(Importance-Performance Analysis)，以實證研究方式調查游客對四川旅游團餐服務質量的重要性程度和表現性程度的感知，探討游客對旅游團餐的期望與實際表現的結構性差距，歸納出影響游客對旅游團餐滿意度的關鍵因素，為相關利益主體在提升旅游團餐服務質量方面提供理論依據和參考.

3 基于隧道的車地無線組播傳輸方案

隧道技術是一種通過使用互聯網絡的基礎設施在網絡之間傳遞數據的方式。使用隧道傳遞的數據(或負載)可以是不同協議的數據幀或包。隧道協議將這些其他協議的數據幀或包重新封裝在新的包頭中發送。新的包頭提供了路由信息，從而使封裝的負載數據能夠通過互聯網絡傳遞。

被封裝的數據包在隧道的兩個端點之間通過公共互聯網絡進行路由。被封裝的數據包在公共互聯網絡上傳遞時所經過的邏輯路徑稱為隧道。一旦到達網絡終點，數據將被解包并轉發到最終目的地。注意隧道技術是指包括數據封裝、傳輸和解包在內的全過程。[4]

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圖2 隧道組播方案網絡拓撲

隧道組播方案實施拓撲如圖2，實施步驟如下：

有些父母教育起孩子可謂天衣無縫、頭頭是道，可孩子就是不買賬；有些父母對孩子沒有講什么道理，甚至根本就不講道理，可孩子相信他們。其關鍵就是做父母的是將“有效”放在第一位，還是將“正確”放在第一位；是將“情”放在第一位，還是將“理”放在第一位。

a.在車載網絡子系統上，增加部署車載隧道客戶端。

b. 在地面部署隧道服務端，該服務端具備組播IGMP Snooping 功能[5]，可向特定組播組成員轉發組播流。

圖3 隧道組播方案，上行點播

c. 車載網絡子系統上的PIS 點播客戶端會主動發起組播點播請求。

d.步驟c 所述的組播點播請求報文，會通過車地之間的隧道送達地面的隧道服務端。

圖4 隧道組播方案，組播下行

e.地面隧道服務端，從隧道接收到組播點播請求后向該隧道轉發組播流

f. 步驟e 所述的組播報文通過車地隧道轉發到車載隧道客戶端。

g.車載隧道客戶端，將隧道內的組播報文解除隧道封裝，并轉發到車載網絡子系統的PIS 點播客戶端上。

h.車載網絡子系統上的PIS 點播客戶端收到組播報文，開始緩存或者播放組播視頻內容。

圖5 列車移動，組播組成員口不變

i.使用隧道方案，由于組播組成員口是在地面隧道服務端的隧道口上，而不是地面無線AP 的上聯端口，因此雖然列車在不斷移動，并且上聯的物理端口在不斷變化，但是組播組成員口始終沒有改變，因此PIS 點播客戶端無需重新發起點播，從而避免了因點播操作延遲于漫游切換導致的組播丟包問題。

綜上：

2.2.2 車載AP 在列車行進過程中，根據漫游閾值設定值，進行漫游切換動作，在軌道旁的AP 間漫游。

表1 測試環境設備要求

表2 傳統方案和隧道組播方案效果對比

b.車地網絡傳輸的是單播隧道報文，因此可以對該報文使用高速率進行傳輸，從而提高了車地之間的傳輸帶寬，解決了空口直接傳輸組播報文最高速率只有54mbps 的問題。

當已知高精度淺部地層剖面及地震資料時，可結合兩種方式進行淺水流的預測。通過地層剖面上的明顯強反射和雜亂反射特征識別淺水流砂層，在此基礎上通過多種地震屬性反演，分析海底沉積物的巖石物性數據，找出有關的地球物理屬性參數，對于識別淺水流層具有很大作用；結合疊前AVA反演、基于遺傳算法的全波形反演及疊后反演的混合反演方法，提取地震資料中振幅、相干性、密度、縱橫波速度比、泊松比等屬性進行淺水流的識別。

c.組播組的成員口是地面隧道服務器的隧道口上，從邏輯上看，組播組成員口始終沒有發生變化，因此，即使列車上的車載設備在不斷移動，也不需要重新發起組播點播，從而避免了因為車載設備漫游帶來的組播報文丟失問題。

通過隧道承載組播報文，從而避免空口直接傳輸組播報文帶來的低速率的限制，同時由于組播組成員口是在隧道口上，因此也解決了因為列車移動而帶來的組播客戶端需要重新點播的問題。

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4 實測驗證

4.1 測試設備要求（如表1）

在地面安裝PIS 服務器，以及隧道服務器，并且安裝地面AP 模擬地鐵地面網絡環境，車上安裝PIS 點播客戶端，車載隧道客戶端，車載顯示屏模擬地鐵列車網絡環境，具體設備要求如表1 所示。

4.2 測試步驟

4.2.1 傳統組播方案測試

a.搭建如圖1 的拓撲。

新生入學教育是指新生入學后，學生根據大學教育的特點很人才培養目標要求，針對新生在生活、學習、和心理等方面的變化和需要，有目的的，有計劃、有組織的開展的一系列活動，讓大學盡快適應大學的生活。

b.車載AP 安裝在汽車上,模擬地鐵列車。

另一方面，近期Lawrence和Prieto（2011）基于Prieto等（2009）的算式，在美國西部對衰減構造進行了層析成像研究。但是，一定要注意，采用的公式是針對均質構造進行理論推導的結果。在非均質構造情況下，不能采用（20）式，要在（19）式中針對非均質構造使用格林函數進行計算，但現在這方面的理論研究還不是很充分。也就是說，針對非均勻介質的衰減構造，基于（24）式進行衰減成像的合理性，今后還有必要進一步驗證。

c.在靜態情況下,車載PIS 點播客戶端執行點播動作,并播放組播視頻,觀測組播帶寬。

d.汽車開動,從地面無線AP-1 漫游到地面無線AP-2。

(1)直接測試漫游組播。

(2)開啟丟幀重傳功能,再次測試。

4.2.2 隧道組播方案測試

a.搭建如圖2 的拓撲。

b.車載AP 安裝在汽車上,模擬地鐵列車,車載隧道客戶端也安裝在汽車上。

c.在靜態情況下,車載PIS 點播客戶端執行點播動作,并播放組播視頻,觀察組播帶寬。

d.汽車開動,從地面無線AP-1 漫游到地面無線AP-2。

(1)直接測試漫游組播。

(2)開啟丟幀重傳功能,再次測試。

4.3 測試數據

從內部測試情況看:

傳統組播方案,在靜態下組播性能約24mbps,在移動漫游后,畫面會出現2～3 個馬賽克,畫面卡頓約2～3 秒鐘,配合丟幀重傳方案,移動漫游后,仍會出現2～3 個馬賽克。

隧道組播方案, 在靜態下組播性能約240mbps (11N 設備)/500mbps(11AC 設備),在移動漫游后,畫面無馬賽克,并且不會出現卡頓。

測試結果匯總如表2。

(1)沒有結合物聯網，實物信息沒有上鏈，實現共享。傳統的貨物信息監督依靠第三方監管，或者是核心企業本身，信息有一定的滯后。實物信息沒有定量化，后期跟蹤成本高，影響信息對稱的問題，阻礙了供應鏈金融的發展。

5 結論

經過理論論證以及實測驗證,證明了基于隧道的車地組播傳輸技術,可有效提高地鐵PIS 組播有效帶寬,并提升組播視頻顯示效果。同時還具備了低成本,可維護性強,易于擴展等特性,可方便地在其他項目中復制部署, 對地鐵系統信息化建設起到積極作用。