地铁列车乘客信息系统故障分析与技术改进

王 光 翟德龙 杨路宇

（石家庄市轨道交通集团有限责任公司1）河北石家庄050000天津北海通信技术有限公司2）天津300450）

石家庄地铁列车是采用国内顶尖生产技术制造的最先进的A型车，列车的乘客信息系统（PIS）是一个具有列车广播通信、乘客信息显示、媒体播放和视频监控等功能的综合性电子信息系统，该系统主要包含列车广播系统（PA）、乘客信息显示系统（PIDS）、视频监控系统（CCTV）三个子系统[1]。在地铁列车上构建一个稳定的多媒体信息处理与传输平台，可以不断为乘客提供更多高质量的信息服务，这也是提高运营效率和服务水平的基础。

本文通过对石家庄地铁1号线自运营以来列车PIS系统出现的故障进行原因分析，有针对性的提出相关技术改进策略。

1 列车PIS系统故障分析

石家庄地铁1号线自运营以来在正线运营过程中多次出现CCTV显示故障，自动广播存在卡滞现象，动态地图显示错误等故障，PIS系统发生故障后一般通过重启相应的交换机空开后故障消除，相应功能得以恢复。首先对PIS系统信息数据传输进行流量监控，调取后台数据并通过进一步分析发现故障的主要原因是系统中车载交换机故障，导致信息数据流传输中断是造成动态地图显示错、CCTV卡滞的根本原因。

1.1 PIS系统太网交换机结构功能

石家庄地铁1号线列车乘客信息系统设计采用基于以太网传输的全数字技术，具有分布式控制，数字化传输，网络化管理，模块化结构，接口操作简便，易实现数据交换和全自动工作等特点。网络采用冗余连接的方式，交换机端口汇聚功能，若其中某一条线断开，不影响整个系统的通信。系统按六节编组表示总体网络的构成，每列车载8台以太网交换机，用于保证数据的传输。以太网网络拓扑如图1所示。

图1 PIS系统以太网交换机分布图

以太网交换机的主要作用是为车载PIS设备进行网络数据传输等相关服务。它是基于以太网传输数据的交换机，以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。以太网交换机的结构是每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。连接司机室和客室之间，用于广播、视频和监控信息的网络传送、交换等功能。太网交换机如图2所示。

图2 太网交换机结构图

1.太网交换机主要由电源指示灯，接通电源时常亮；

2.RJ45以太网接口；

3.M12连接器；

4.网络指示灯，有通信时闪烁；

5.速率指示灯，常亮。

1.2 以太网交换机在PIS系统中的功能研究

为方便乘客换乘其它线路，减少乘客下错站的可能性，石家庄地铁列车在每节车辆的客室内设置了10块高亮度、高寿命的动态地图显示屏。充分利用LCD的显示优势实现在列车运行的不同状态：停车、启动、区间运行和接近车站和站台到达等阶段，配合客室广播做全面和重点的信息显示，方便乘客乘行。动态地图显示器的显示内容受司机室行车信息控制，当列车TMS接口模块接收到TMS发来的列车行车信号后，PIS系统行车信息通过车厢间的以太网交换机将相应的信息转发到动态地图显示器中。动态地图显示的信息与广播自动报站显示的站点信息保持一致。

车载多媒体播放系统主要提供多媒体视讯信息的播放，为乘客出行增添了乐趣，同时也起到广告推广、实时新闻及时推送的目的。车载多媒体播放系统主要由以太网交换机、视频服务器、视频播放器、视频分配模块和客室LCD图文屏组成，客室LCD显示器等距离均匀分布在列车两侧，完成运营信息和媒体视频信息的播放显示。多媒体信息数据通过专用以太网传输至列车内的媒体展示终端。

在发生紧急情况下尽量减少意外造成的损失，方便调度工作人员抢险救灾，将列车内监控画面传输至运行控制中心，便于工作人员实时掌握列车运营中的情况。石家庄地铁列车在每个客室安装有2个客室摄像机，输出的数字视频信号将传送到本客室交换机。通过专用网络传至车载监控网络硬盘录像机完成视频数据的数字存储，再通过专用网络将数字视频信号传输至视频输出模块，解码成模拟信号输出给车载编码器。通过司机室或客室以太网交换机任意一个RJ45网口，连接笔记本电脑，用FTP登录到车载监控网络硬盘录像机。可下载相应的录像文件到本地电脑。

1.3 PIS系统太网交换机故障分析

为进一步降低车辆故障率，提高PIS系统稳定性和乘客服务水平，对PIS系统太网交换机故障进行了深入分析。

1.3.1 交换机出现硬件损坏导致无法转发数据

交换机出现硬件损坏导致无法转发数据。根据多次类似故障情况，检测现场设备均无问题，且现场指示灯均正常闪烁，拔插网线或重启交换机设备就能恢复正常，硬件损坏问题可以排除。

1.3.2 网络带宽被占满

网络带宽被占满，导致正常发送的报文无法发送，造成数据包丢弃。例如出现网络风暴或者有端口出现环路故障。现场做过抓包和发包测试排查，排除了网络风暴以及端口环路的问题，所以此项可以排除。

1.3.3 交换机芯片出现异常

交换机芯片出现异常，发送特殊的帧影响其他交换机设备，查看TBW-16T交换机的默认配置，flow control（流控）功能有开启，此帧作用是在交换机接收数据量过大无法及时处理时会发送pause帧给对端相连设备，要求对端设备在一定时间内停止发送数据。此帧无法用电脑正常抓取。

1.3.4 以太网交换机的缓存被占满

以太网交换机的缓存被占满，导致其无法正常的转发数据。缓存空间不足，信息数据在传输过程中将交换机的缓存全部占用。

1.3.5 软件阻塞端口，导致报文无法通过。

2 技术改进策略

结合故障分析情况和设备非管理交换机的特性，造成PIS系统故障的原因锁定为某种未知的原因触发了交换机芯片的异常，与客室3~4车厢交换机X9口相关。为了印证排查的原因将PIS系统把问题彻底解决，技术改进策略：

三旺通信公司与芯片厂家博通（Broadcom，美国）公司进行技术沟通，在获取FAE支持的同时从芯片架构设计入手进一步分析。

针对TBW-16T非网管交换机的硬件特性，可以尝试把单片机的调试接口（串口）引出，在后续现场出现问题时，能读取交换机的相关帧统计信息以及以太网交换机芯片的相关寄存器状态，如PAUSE发送和接收寄存器及端口的相关寄存器。

关闭TBW-16T产品的流量控制功能，防止流控功能影响通信。流控是需要所有的网络设备都开启才会生效，目前查看车载PIS网络设备情况，只有以太网交换机开启此功能，关闭流控功能不会影响原有的车载PIS系统的通信。

3 结语

本文针对石家庄地铁1号线PIS系统以太网交换机在运营过程中频繁发生的典型故障，结合设计原理通过深入对比和分析，查找出故障的根本原因。通过排查统一对故障件进行技术整改，完成技术改进后，经过车辆的库内静态调试和正线运营验证再未出现过类似故障，从根本上解决该类技术问题的同时也提高了PIS系统运行的稳定性。此次乘客信息系统故障分析与技术改进为地铁列车的故障处理积累了宝贵的经验。