AFC移動支付組網設計與故障分析

摘" 要：基于層次化網絡設計模型，給出地鐵終端設備至地鐵移動支付平臺的城市軌道交通自動售檢票（Automatic Fare Collection， AFC）系統移動支付網絡架構設計方案。文章使用VLAN技術和Trunk模式構建AFC移動支付網絡，以三號線地鐵為例描述新增移動支付三層交換機使用通信光纖進行自組環網過程中的關鍵設計，運用網絡冗余設計方法提高移動支付網絡冗余性，實現了AFC終端設備與移動支付平臺通信，針對地鐵AFC移動支付網絡架構特點，給出移動支付在AFC中常見網絡故障分析與處理方法。

關鍵詞：自動售檢票系統；移動支付；組網設計；故障分析

中圖分類號：TP393.0 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2025）01-0013-05

AFC Mobile Payment Network Design and Fault Analysis

Abstract： Based on a hierarchical network design model， a mobile payment network architecture design scheme for the Automatic Fare Collection （AFC） system of urban rail transit from subway terminal equipment to subway mobile payment platform is proposed. This paper uses VLAN technology and Trunk mode to construct the AFC mobile payment network， and takes Line 3 subway as an example to describe the key design of adding a three-layer switch during using communication fiber for self-organizing ring network. The network redundancy design method is used to improve the redundancy of the mobile payment network， and the communication between AFC terminal equipment and the mobile payment platform is realized. Aiming at the characteristics of the subway AFC mobile payment network architecture， common network fault analysis and handling methods for mobile payment in AFC are given.

Keywords： Automatic Fare Collection system; mobile payment; network design; fault analysis

0" 引" 言

目前互聯網技術已在各行各業得到持續應用，“互聯網+”與城市軌道交通自動售檢票（Automatic Fare Collection， AFC）系統進行融合已具有可行性。國內以廣州、北京、上海、杭州、西安、深圳等城市為代表，已逐步開通了“互聯網+”售檢票的模式，“互聯網+”與軌道AFC系統的緊密融合已成燎原之勢，為實現“互聯網+”模式下的乘車新體驗，有力推動南京市智慧城市建設，為此，結合南京地鐵建設的實際情況和技術規劃積極推動南京地鐵手機移動支付過閘業務與TVM互聯網購票已具備充分的技術條件，也具有了現實的積極意義[1-2]。

1" AFC系統架構

自動售檢票（AFC）系統是基于網絡、計算機、自動化控制等技術，完成軌道交通系統中的售檢票、計費、清分等環節的高度自動化的系統[3]。AFC基于五層體系結構建立。第一層票卡通常包括公共交通卡，單程票等票卡。第二層終端設備包括閘機，自動售票機、半自動售票機等，用于售票、檢票、票卡分析。第三層車站計算機子系統（SC）用于車站級別的數據采集、設備管理、收益管理，并實現與區域中心計算機和車站設備的數據通信接口。第四層區域中心計算機（ZLC）主要管理線路設備、數據、收益，并實現與清分中心和車站計算機系統的數據通信接口。第五層清分中心（ACC）主要負責統一票價費率管理，票卡發行與調配管理，各類換乘交易清算及各類數據的統計分析[4]。它們由一個地鐵專用傳輸網絡連接而成，區域中心計算機子系統和車站計算機子系統都配有其各自的局域網，并各自永久連接終端設備。

為實現終端設備支持移動支付功能，需要對原有的五層架構體系進行升級改造，形成新的五層架構體系，如圖1所示。圖中虛線表示改造更新部分，終端設備通過移動支付專用網絡與清分中心搭建的移動支付平臺進行通信，完成驗證二維碼、交易支付信息推送、對賬等與支付業務相關的工作[5-6]。因此實現終端設備移動支付相關功能，首先需要對地鐵內部AFC傳統業務網絡進行改造。

2" 移動支付網絡架構設計

2.1" 線路級網絡架構設計

AFC移動支付網絡架構采用“分層設計”的思想，層次化網絡設計模型可以用于復雜網絡架構。將控制中心至設備端分成三層，車站一組終端設備組成的陣列作為車站二層網絡，多個設備陣列組成的車站網絡作為車站三層網絡，控制中心組成的網絡作為匯聚層網絡。

結合軌道交通AFC系統車站網絡目前實際應用和發展要求，車站采用工業環形以太網組網方式，因為環形以太網具有如下優點：網絡帶有自愈功能，可靠性高、可擴展性強，網絡連線較少，減少工程施工難度，節約了網絡布線；交換機分層簡單，降低了單個設備故障對系統的影響；同時，該網絡方案保證了系統信息的采集、分析和傳送能夠準確、可靠地進行，改變了過去那種單憑經驗診斷故障的工作方法，縮短了故障排查時間，從而提高了地鐵服務質量[7-8]。

南京地鐵車站網絡采用工業環形以太網，車站與車站鋪設單模光纖，帶寬可達到萬兆，車站內部陣列采用多模光纖，帶寬可達到千兆以上，網絡吞吐量高峰期與早晚乘車高峰期同步，此時段乘車人數比較集中。在車站AFC機房設置2臺三層工業交換機，各終端設備陣列設置一臺二層工業交換機；其中2臺三層交換機采用冗余機制，一臺通過既有通信傳輸網連接至線路中心，另一臺三層交換機與線路其他車站的三層交換機、控制中心匯聚交換機之間采用通信光纖進行自組萬兆環網。分別在靈山、南京南以及大廠東控制中心機房部署2臺匯聚層交換機，將2臺匯聚層交換機組成雙核心結構，實現各地鐵線路的連接，并通過萬兆端口與靈山互聯網支付平臺連接，靈山互聯網支付平臺采用通信光纖進行連接，如圖2所示。本文主要描述新增移動支付三層交換機通過通信光纖進行自組環網過程中的關鍵設計。

2.2" 車站級網絡架構設計

IP地址規劃對于網絡系統應用效率、可維護性和可擴展性等方面都有很大影響，因此合理的IP地址分配是網絡設計的重要目標之一[9]。為了節省IP地址空間，加快路由收斂速度，減小網絡中廣播的路由信息的大小，網絡系統的編址方案可以采用CIDR和VLSM技術。通過對三號線移動支付網絡IP地址空間進行分配，實現最佳的網絡內地址分配，從而達到最佳的業務流量分布。

根據IP地址表配置VLAN以及VLAN的IP地址，更改交換機賬號和密碼，以南京南站為例，南京南站的移動支付三層交換機命為NJN_L3NEW1，在萬兆光口下添加描述，需要寫清楚對端是哪個站，例如，to_NJN_L3NEW2意為對端端口在南京南移動支付三層交換機2上，萬兆環網接口下需開啟LLDP。

在車站新增的移動支付三層交換機上開啟生成樹，模式為RSTP，優先級為32768，在萬兆端口下關閉生成樹。車站內某二層交換機優先級為8192，車站內既有設備環網口模式為Trunk模式，PVID為1，新增交換機加入舊環網，站內環網端口修改模式為Trunk模式，PVID為1，并且添加限制屬性，只允許VLAN 1數據通過。

車站業務VLAN使用VLAN 1，新增移動支付三層交換機與原有三層交換機之間啟用VRRP協議，原有三層交換機的主路由器優先級為110，移動支付三層交換機的備份路由器優先級設為100。原業務數據網關為VRRP虛擬網關，通過原有三層交換機向上聯通到傳輸網；移動支付終端與原有終端合并為一個終端，終端網關修改為VRRP虛擬地址，為保證移動支付數據通過萬兆環網，在既有三層交換機上添加一條靜態路由，訪問移動支付網段172.21.0.0/16的數據下一跳地址為新增萬兆交換機VLAN 1地址。

萬兆鏈路物理上是環網，但邏輯上不成環，所有萬兆端口為ACCESS模式，南京南站匯聚中心至卡子門站，卡子門站至明發廣場站之間級聯萬兆端口劃分到VLAN 203下，南京南站匯聚中心與明發廣場站之間為VLAN 204。各站三層交換機使用默認靜態路由加BFD指向南京南站匯聚點的華為交換機VLAN 203的地址，并配置第二條浮動默認路由指向明發廣場站VLAN 203的地址，并修改路由優先級為220，明發廣場站配置的第二條浮動默認路由指向對端華為交換機VLAN 204地址，并且配置指向各站業務網段的明細路由，下一跳為各站VLAN 203地址，如圖3所示。配置ACL，只允許服務器網段和萬兆環網網段以及移動支付網段地址通過，但此ACL并不調用。

2.3" 移動支付網絡調試

首先調試控制中心匯聚節點交換機與支付平臺互聯部分，確保匯聚節點與支付平臺可以互聯互通。匯聚節點至支付平臺可以互聯互通是各線路與支付平臺網絡互聯互通的前提。此部分調試不涉及對既有設備的調試。其次將控制中心匯聚節點設備與車站設備對接形成萬兆環網，對接時也不會對既有網絡造成影響。

匯聚節點設備與車站設備對接形成萬兆環網時可以分為兩步：第一步完成車站新增交換機與控制中心匯聚節點的萬兆組環，將車站新增的移動支付三層交換機先連接到線路環形網絡中去，將移動支付交換機與匯聚節點的交換機組環，先保證車站的移動支付流量已經可以上傳至移動支付平臺。第二步將新增交換機串入車站既有環網。在進行第二步調試新增交換機與匯聚節點交換機的萬兆組環時對既有的網絡沒有任何影響。因為在進行第一步工作是不需要與既有的網絡發生物理上的接觸，再根據現場施工情況逐步調試每個車站的站內環網。

3" 移動支付網絡故障分析

3.1" 多站網絡故障分析與處理

本網絡規劃設計一般不會出現整條線路網絡故障情況，可能發生的故障主要為多站、單站、陣列、單臺網絡故障。多站之間發生移動支付網絡故障主要因為環網結構，移動支付環網上發生一個網絡故障點時不會造成車站移動支付故障，但是當一個環網內發生兩個故障點時，就會造成兩個故障點之間的所有車站發生移動支付網絡故障。多站之間發生移動支付網絡故障時，查看網絡監控，如圖4所示，首先對故障兩端的車站進行故障排查，一端的車站故障修復后整個線路移動支付網絡即恢復，再對另外一端的故障車站進行故障排查和修復。

環網另一重要故障點在于環網發生網絡沖突時可能會造成網絡風暴的產生[10]。當交換機端口燈閃爍頻率極快且所有端口燈閃爍頻率幾乎相同，同時整個車站網絡掉線或丟包嚴重，全站閘機出現多次重啟，乘客無法刷卡進出站，可初步推斷為網絡風暴。線路網絡風暴時應立即拔掉某一個站的環網端口的光纖，若發生單站的網絡風暴時應立即拔掉站內一個交換機環網端口的光纖，網絡風暴可暫時恢復，同時立即進行深入故障分析。

3.2" 單站網絡故障分析與處理

站內網絡無法與中心通信，表現為二層交換機狀態良好，但乘客無法購票，應立即檢查車站三層交換機狀態，如圖5所示，排查交換機系統狀態、端口、光模塊等，本著先通后復的故障處理原則，可重新配置并更換車站三層交換機。

站內單個或多個陣列出現網絡離線，立刻先檢查陣列端的二層交換機，先觀察交換機是否存在掉電，在檢查現場電源無問題的情況下，可更換配置好的備機。若站內兩個二層交換機之間的環網線路出現一段光纖鏈路不亮的情況，可以更換其他光口，若更換光口仍然不亮，可以另取一段短光纖將交換機自環，確定交換機光口和光模塊是否存在問題，如果自環后端口正常亮，則基本可以確定為光纖出現斷點，三層交換機也可采取相同方法確認故障點。

3.3" 故障案例分析

站務反映地鐵三號線南京站、浮橋、常府街、夫子廟等多個站AFC終端設備移動支付功能無法使用，設備反應較慢。巡檢工班發現該時間段乘客刷碼進站顯示錯誤代碼2049，即重復掃碼。中央工班檢查三號線車站交換機網絡監控無報警，終端設備時鐘同步正常，監控系統顯示設備移動支付通信異常，如圖6所示。工班挑選了故障兩端及中間共4個車站，使用Ping命令檢測發現車站至移動平臺網絡偶爾出現丟包和延遲很高的情況。

通過對線路環網現場鏈路測試排查，故障原因為三號線南京站移動支付新三層交換機光模塊故障，環網不斷切換導致網絡性能下降，出現大量丟包，更換三號線南京站移動支付新三層交換機光模塊后故障修復。

4" 結" 論

AFC系統網絡架構設計方案不僅實現終端設備與移動支付平臺通信，還提高了地鐵移動支付網絡的冗余性，有效降低了移動支付故障的可能性。工班應加強日常網絡點巡檢，避免線路同時發生多點網絡故障，造成線路大面積移動支付故障。移動支付提高了AFC系統對故障響應的實時性要求，一方面需要提高AFC系統實時故障響應的需求，增加系統冗余性，另一方面需要提高工班人員分析故障和處理故障的能力。

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