以太网技术在地铁广播系统的应用研究

摘 要：采用以太网技术能实现地铁车站广播子系统、中心广播子系统和车辆段/停车场广播子系统的一体化组网，能适应未来地铁通信发展的需要。本文阐述了以太网技术在地铁中的应用情况及其优越性，并从运营维护的角度介绍广播系统以太网故障判断的思路。

关键词：地铁通信；广播系统；以太网

中图分类号：F062.4 文献标识码：B 文章编号：1008-4428（2012）12-88 -03

一、地铁广播概述

地铁广播系统是地铁运营行车组织的快速、必要手段。一方面用于控制中心调度人员、车站值班员向乘客通告地铁列车运行及安全、向导等服务信息，以及向地铁工作人员作业通知；另一方面出于安全考虑可以兼作消防广播，在突发或紧急情况时作为组织指挥的防灾广播，对乘客进行有效疏导和指引。广播还可以为运营人员信息，便于协同作业，提高服务质量。

地铁广播系统由中心广播子系统、车站广播子系统、车辆段/停车场广播子系统和传输接口组成：中心广播子系统设于线路控制中心，供调度员使用；车站广播子系统安装在各个车站，供车站行车值班员使用；车场为独立的系统，分设于车辆段和停车场。

中心广播子系统通过传输接口与各车站广播子系统及车场广播子系统联网，实现中心对车站及停车场广播设备的监控管理和音频信号传输。控制中心至各车站和车场广播采用以太网连接，带宽为10M左右，其信道由通信传输系统提供。

一般情况下，控制中心广播子系统把控制中心调度员播报的语音通过以太网设备传送到车站广播子系统，由车站广播子系统扬声器向乘客播放声音。同时车站和车场广播子系统将自身状态信息和故障告警信息通过以太网反馈到控制中心广播子系统，实现车站和车场广播子系统无人值守。

二、地铁广播以太网设备组成

以太网设备是中心广播子系统与车站/车辆段/停车场广播子系统交换音频和数据信息的重要设备。以南京地铁二号线为例，地铁广播系统以太网设备包括：网络控制模块、网络交换机、OTN节点箱以及语音合成模块等。

（一）OTN节点箱

OTN是光传输设备，是控制中心、车站、车辆段、停车场相互之间地铁信息传输的骨干网络。南京地铁二号线全线共30个节点箱。OTN节点箱和网络交换机把全线所有网络控制模块、语音合成模块、广播网管连接到一个局域网中。

南京地铁二号线OTN的以太网业务采用以太网板卡ET100DAE来实现，每块ET100DAE 卡有10个10/100 Mbps口和2个10/100/1000 Mbps口。10/100 Mbps 接口支持全双工/半双工；1000 Mbps接口支持全双工。所有端口均具备自适应、流量控制和自动交叉（MDI/MDIx）功能。

（二）网络控制模

网络控制模块用于完成以太网的连接，通过以太网传输数字音频及控制信息。此外网络控制模块将接收的模拟音频信号转换成数字信号，通过以太网传输；通过以太网接收数字音频数据，转换成模拟音频输出。

（三）语音合成模块

语音合成模块用于播放预先录制好的语音信息。作为语音合成广播的信源，，存储介质为通用SD卡，SD卡容量为1G，语音文件采用mp 3格式，存储时间大于1000分钟。语音合成模块提供有专用以太网接口，广播网管可以随时添加、删除和替换全线语音合成模块里的mp 3音频文件。

（四）网络交换机

南京地铁二号线广播系统采用TL-SF1008V型网络交换机，该交换机是二层以太网交换机，提供8个10/100M自适应RJ45端口，每端口均支持MDI/MDIX自动翻转功能并可实现线速转发。它支持基于端口的VLAN、基于802.1Q VLAN、基于端口和802.1p优先级的QOS策略以及端口限速等功能，能满足对接入层设备的可靠性及性能有高要求的网络环境。

（五）广播网管

广播网管是实现故障管理、性能管理、配置管理、安全管理的计算机。维护人员可通过广播网管实时监测全线广播系统的运行状态，了解故障信息，自动对中心、车站、车场的广播设备和模块进行远程监测和远程管理，发现故障时即时报警，报警信息精确到某个站点的某块模块或设备。所有现场设备的故障告警信息等相关信息均实时上传给通信专业集中告警。对全线各站的预录语音进行集中管理、维护、。

三、地铁广播以太网设备功能

（一）从控制中心到车站/车场传送以下数据

1、中心广播子系统远程控制车站/车场广播子系统命令。中心调度员要对车站广播，首先应通过以太网通道命令车站广播子系统打开广播通道，将广播的音频输入信道同网络控制模块的音频输出通道连接起来。

2、中心广播子系统对车站播音。中心调度员的播音首先经中心网络控制模块A/D转换，并赋予音频数据地址IP信息，通过OTN以太网通道到达车站，经车站网络控制模块D/A转换后，将模拟音频信号交由功放放大输出。

3、广播网管轮询全线广播设备状态命令。广播网管需要对全线广播设备发送轮询命令，一旦设备中心/车站/车场广播子系统接到轮询命令就必须向广播网管上传当前状态信息，以实现广播系统无人值守功能。

4、广播网管远程设置广播设备参数。广播网管通过状态控制界面修改车站各个车站的前级放大音量和功放音量；可以远程关闭车站正在使用的广播区；可以修改车站广播子系统各个用户的优先级。

5、广播网管远程操作语音合成模块内mp3文件。维护人员根据车站语音合成模块的IP地址，利用广播网管对语音合成模块内mp3文件进行远程添加、删除和替换。

6、列车到站信息转发。中心广播子系统通过一个单独的网络控制模块连接列车自动监控系统（ATS），并实时通过以太网通道下发到车站广播子系统，车站广播子系统通过调用语音合成模块定的mp3音频文件向地铁乘客播放列车到站广播，使乘客了解列车接近、发车和延迟等信息。

（二）从车站/车场到控制中心传送以下数据

1、车站/车场广播设备运行状态信息和故障信息。车站/车场广播中央控制器有设备自检功能，一旦车站广播中央控制器检测到车站/车场广播发生故障会立即通过网络控制模块向广播网管发送故障告警信息。

2、中心广播子系统监听车站广播。每个中心调度员可以监听一路车站当前的播音信息，车站播音内容经监听模块上传至车站网络控制模块进行A/D转换，并赋予音频数据地址IP信息，通过OTN以太网通道到达控制中心，经中心网络控制模块D/A转换后，供调度员监听。

四、一般广播设备模块告警的上传机制

如以太网设备功能正常，地铁广播系统故障上传机制为：

步骤一：车站中央控制器检测到本地设备故障后通过I/O发送给网络控制模块。

步骤二：车站网络控制模块把I/O故障信息转换为以太网数据包经局域网上传至控制中心网络控制模块；

步骤三：控制中心网络控制模块将告警数据包转换成I/O信息发送个控制中心中央控制器，中央控制器再通过I/O将故障通过通信扩展模块告知广播网管。

五、广播网管检测“以太网模块”故障的机制

（一）故障判断

网管按照一定周期向每个站点广播机柜发送一次轮询命令。正常情况下，车站收到轮询命令应向网管回复状态信息。一般网管轮询完29架广播机柜的时间为1分20秒。如网管连续3次轮询某站机柜，且3次未收到该机柜的状态信息，则判断该机柜以太网模块故障。

（二）故障恢复

一旦网管轮询到发生“以太网模块”故障的机柜，并收到该机柜的状态信息，则判断该机柜“以太网模块故障恢复”。

（三）“以太网模块”告警与一般机柜设备告警的差异

1、一般机柜故障必须在以太网链路完好的前提下通过以太网发送；故障由中央控制器即时发现即时上传，即时恢复即时上传，不依赖轮询时间。

2、“以太网模块故障”只有网管对目标机柜轮询期间才能获悉目标机柜的告警信息；只要网管在轮询期间接收不到目标车站的回复，就认为该机柜故障，如果连续3次收不到该机柜回复。

六、可能导致网管显示“以太网模块故障”的原因

（一）以太网链路中断

网络控制模块、网络交换机故障、传输系统故障、连接线缆及配线架故障是导致网管“以太网模块故障”告警的常见原因。判断此类故障第一步应检查广播中央控制器工作是否正常，如中央控制器工作正常，则通过广播网管分别向网络控制模块和语音合成模块发送PING命令： （下转第120页）

（上接第89页）

1、如网络控制模块不正常，而语音合成模块回复正常则有可能网络控制模块存在硬件故障。

2、如网络控制模块和语音合成模块均回复不正常，应先紧固车站以太网链路上所有电缆，如故障仍没有恢复，则可判断网络交换机故障或传输系统故障。

（二）因以下故障导致的“中央控制器”的状态信息无法发送到“网络控制模块”，“网络控制模块”没有状态信息回复网管。

1、中央控制器软硬件故障。中央控制器是广播系统的“大脑”，如“大脑”出现损伤，广播系统就无法接收网管的轮询命令，也无法回复网管状态信息。中央控制器除硬件电路外，软件数据也至关重要。中央控制器采用MCS-51系列单片机作为处理器，广播控制程序通过C语言写入单片机，一旦软件数据丢失或程序运行出错也会导致中央控制器停止工作。

2、机箱背板总线故障。中央控制器协调所有广播系统模块工作的指令都是在I/O背板总线上传送，一旦总线中断，中央控制器就无法处理网管发送的轮询指令。

3、机柜或机箱停电。一旦发生停电，中央控制器和网络控制模块都无法工作，车站/车场广播子系统与广播网管与广播网管失去联系。

（三）如控制中心广播网管——通信扩展模块这条链路或其它控制中心设备故障，网管会显示全线“以太网模块”故障。

七、结束

随着通信技术的发展和设备高度集成化的实现，以太网通信技术将在地铁车站设施设备系统中发挥越来越重要的作用。以太网技术在地铁广播系统中的应用将对地铁通信的发展产生积极意义，对以后地铁通信系统的架设提供宝贵的经验。由于以太网的优越性，在目前和未来的相当长一段时间内，以太网将成为地铁广播系统组网的必选方案。

作者简介：

苏志勋，南京地铁运营有限责任公司助理工程师。