基于虚拟化平台的新型乘客信息系统架构研究

程 俊，高彦军，李萧男，刘 波

（1.郑州地铁集团有限公司运营分公司，河南 郑州 450000；2.北京冠华天视数码科技有限公司，北京 100000）

0 引言

通过分析乘客信息系统（Passenger Information System，以下简称PIS 系统）的使用现状，依据其在当前轨道交通发展中遇到的痛点，对PIS 系统的发展前景及可行性方案进行了深入的研究。该方案主要目的是为了打破传统轨道交通PIS 系统架构，研究一种以虚拟化平台为基础，便于维护、节省人力、能够降低建设及运营成本的新型PIS 播控系统，并紧跟行业智能化运维的发展趋势，增强轨道交通行业PIS 系统的可靠性及安全性，节省施工建设和运营维护期间的成本，提升系统的可用性、可靠性和安全性，为轨道交通行业PIS 系统未来的发展提供思路与方向。

1 传统架构

1.1 传统HDMI 光路传输方案

采用电-光两种信号方式相结合进行信号转换和分配。每台LCD 播放控制器（X86架构）上需配置一台高清发射器用于将视频转换成光信号发送；每组LCD 显示屏上需配置一台高清接收器，用于将接收到的光信号转换成HDMI 视频信号输出至LCD 显示屏。由于HDMI信号的有效传输距离仅为1～15米，在从发射端到接收端无法实现直连，因此在长距离传输的环境中需要使用光纤信号作为辅助传输途径之一，即采用HDMI 信号与光纤信号相互补充的方案实现长距离传输。

该架构缺点为：信号传输设备节点多、故障率高，维护工作量大，能量大多浪费在了转化与传输中。

1.2 全光路传输方案

采用标准的OPS 协议，可以与飞利浦、LG、AOC等具有标准OPS 接口的显示屏配合使用。前段与传统HDMI 传输方案近似，只是从LCD 播放控制器中直接将信号以光的方式输出，经过光分路器传输至LCD 显示屏的后嵌入的光接口卡中，然后通过80Pin 接口从显示器取电和输出音视频信号，不需要外置电源供电。

该架构缺点为：LCD 屏需定制，价格垄断，轨道交通多线网运营后，不同的PIS 厂家，显示屏不能通用和替换，造成备件采购和维护成本提高。

2 新型乘客信息系统架构

2.1 总体设计

新型PIS 系统采用虚拟化技术，将所有车站物理服务器全部取消，只需在控制中心机房配置高性能服务器并安装虚拟化平台软件，即可接管所有车站PIS 业务，虚拟机保存在共享的存储中，即使某台主机完全损坏，运行在该主机上的虚拟机会在其他物理服务上启动，保证业务系统不会中断，使PIS 系统24小时不间断运行，从而提高系统的可靠性与安全性。同时研发出新型ARM嵌入式播控器，用来取代车站LCD 控制器及高清发射器、接收器，或光分路器、嵌入式OPS 光接口卡，减少故障节点，节约能耗，云平台的虚拟化技术总体架构如图1所示。

图1 新型PIS系统架构

2.2 虚拟化服务器

虚拟化服务器端包括硬件层、虚拟化层、管理层和接口层；硬件层包括多组物理服务器和硬件资源；虚拟化层的VMware vSphere 将硬件层的物理服务器虚拟化处理，得到虚拟化服务器；管理层VMware vCenter server对虚拟化服务器进行管理；接口层的vSphere Client 客户端、vSphere Wed Client 客户端及Sdk 插件等安装在网管客户端上，实现虚拟化管理。

2.3 虚拟化下发播控

控制中心服务器编辑生成播控文件（含播放计划、播表、模板、视频媒体），保存在虚拟机共享的存储中，车站ARM 嵌入式播控盒连网后，自动下发配置和播表，无需人工安装和配置，降低故障处理时间和人工维护成本。

3 系统故障率

传统HDMI 光路传输方案中，单从车站侧按照现场实际情况来分析，排除接口处人为自然因素产生的通断故障，故障率高的设备节点就有车站服务器、LCD 播放控制器、高清发射器和接收器5处之多；而在全光路传输方案中，故障率高的设备也有OPS 光接口卡等3处。

在新型乘客信息系统架构中，由于系统采用虚拟化技术，取消了车站服务器、LCD 播放控制器及音视频信号传输设备或OPS 光接口卡等，采用光口交换机、新型播控器（ARM 嵌入式播控器），光口入网，设备即插即用，最大程度得减少了故障节点；虚拟化服务器硬件层包含管理终端，对虚拟化服务器进行管理和监控，ARM 嵌入式播控器的在线状态进行监控，并具备远程操作ARM嵌入式播控器的功能，实时监控整个架构中的所有设备，能做到故障预警、在线排查、远端维护，从而降低了设备的故障率。

4 能耗对比

由于系统采用虚拟化技术，取消了车站服务器、LCD 播放控制器及音视频信号传输设备，在中心部署虚拟PIS 云平台，集成车站播控服务、网管服务、接口服务等，实现统一云平台管理。同时，车站采用光口交换机、新型播控器（ARM 架构播控器），光口入网，设备即插即用，相比传统PIS 方案更能节约能耗，仅车站设备总功率降低约87.5%，能耗对比如下：

表1 传统HDMI光路传输架构能耗

表2 虚拟化平台架构能耗

5 结束语

新型PIS 播控网络架构，功耗低、体积小，上电联网后自动配置，免维护，设备上电自动完成播控软件加载后，可自动打开PIS 屏幕，当运营结束后，设备自动待机并关闭PIS 屏，车站无需配置电源时序控制器设备。随着云计算技术不断创新、数据中心向整合化方向进军，虚拟化技术也正在向软硬件协同方向发展。并且从市场调研来看，该新型PIS 播控系统网络架构，能够降低设备故障率和维修成本，市场前景比较广阔，有较大的市场需求和推广空间。