基于LTE—M的地铁PIS的媒体系统

张钦洋　陈永生

摘要：随着地铁逐渐成为人们交通出行的首选交通工具，越来越多的人开始关注地铁除了交通运输能力以外的功能性。乘客信息系统中包含有愉悦大众乘客的媒体系统，目前媒体系统面临着网络传输不稳定等问题，阻碍了提升乘客的满意程度。文中提出以LTE-M作为车地通讯承载网络的乘客信息系统及媒体系统，其中媒体系统采用Web、Nodejs开发模式，拥有跨平台、已维护等良好性能，将打破目前的限制，优化乘客体验。

关键词： LTE-M； 媒体系统； Nodejs； 乘客信息系统； 地铁

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）05-0223-03

Abstract：With the subway has gradually become the preferred transportation of people travel， more and more people began to pay attention to the subway in addition to the transport capacity of the functionality. Passenger information system contains a media system which pleases passengers. The current media system is facing the network transmission instability and other issues， hinders the promotion of passenger satisfaction. The paper proposes a passenger information system and a media system with LTE-M as the communication bearer network between vehicle and ground. The media system using Web， Nodejs development model， with cross-platform， has been maintained and other good performance， will break the current restrictions， optimize the passenger experience.

Key words：LTE-M； media system； Nodejs； passenger information system； metro

1 概述

随着中国城市化脚步的不断加快，国内人口更多的集中涌入城市，致使省会及一、二线城市常驻人口日益增多，城市交通压力逐渐增大。城市轨道交通地铁成为了缓解城市交通压力，方便人们出行的不二之选。以上海为例，目前上海在运行地铁线路14条，日均载客量达到900万左右乘次，地铁已经成为上海市民出行的主要交通方式。与此同时，市民对于地铁乘客信息系统（PIS， Passenger Information System）提出了丰富的需求，其中对于媒体系统的要求尤为突出。以上海地铁为例，目前上海地铁列车内媒体系统的车载LED显示屏在视频播放过程中经常出现马赛克或信号中断等情况，在网络小区切换时尤为严重。

传统城市轨道交通行业使用的车地无线通信技术主要有TETRA（陆上集群无线电）用于地铁的运营调度指挥、GSM（全球移动通信系统）、CMDA（码分多址通信）、WLAN（无线局域网）主要用于视频等文件的下行。[1-2]其中作为PIS系统及其子系统列车媒体系统的承载网WLAN目前已暴露出较为严重的弊端：所使用的频段为公共频段，容易受到其他信号干扰；没有多业务优先保障机制，不适合用于地铁列车综合业务的承载；在高速移动的环境下，WLAN的稳定性没有保障性。

2 背景及相关技术

2.1 LTE

长期演进（LTE， Long Term Evolution）是对3G通信技术的演进，被业内看作为“4G”技术。当前，在全球范围内，各国移动通信企业对LTE均投入了大量的试验与研究，这一技术已经日益完善[3]。LTE系统采用了MIMO（Multi-Input & Multi-Output， 多输入多输出）和OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 正交频分复用）等关键技术，使得LTE具有了优秀的性能：

（1）更高的可靠性能：LTE网络可以采用冗余覆盖等技术；

（2）能够保证传输的贷款：下行5bps/Hz，上行2.5bps/Hz。10M的带宽条件下，能夠提供最高达50Mbps/Hz的传输速度；

（3）低延时：使用eNodeB所构成的单层结构，更好的优化了网络结构以及降低了传输时的延迟，也降低了成本；

在我国也已经进行了大量的关于LTE网络针对各领域的网络应用的试验与研究，目前我国对于LTE相关技术及应用工程的研究已经走在了世界的前列，国内已有多家公司掌握了LTE的技术，并已经成功的铺设了针对不同业务和用途的LTE网络。

2.2 LTE-M

LTE-M（LTE-Metro，用于地铁的LTE）技术是LTE技术在地铁行业领域的针对应用。自2014年3月份起，由北京市轨道交通安全运营小组牵头，正式展开了对LTE-M用于地铁领域，作为承载列车的控制业务（CBTC，Communication Based Train Control）、PIS业务、闭路视频监控（CCTV，Closed Circuit Television）等业务的可行性实验和研究的工作，实验选取燕房地铁线路作为实验的示范应用线路。于同年7月-9月在中国铁道科学院东郊分院进行了实地测试，测试取得了有效的数据，为之后的应用研究提供了理论及实践的基础。中国城市轨道交通协会于2015年联合各相关单位制定了中国第一个LTE-M的技术规范，截止至2016年首批规范已经正式发布，其中包括LTE-M总结构、LTE-M需求规范以及LTE-M相关功能等，为LTE-M之后在我国城市轨道交通中的应用提过了理论依据[4]。

3 媒体系统设计

媒体系统使用HTML5、Javascript的体系使用前段Web页面实现视频的播放，后台使用Nodejs搭载，主要负责发布局域网内的服务器，接受地面站台发送的信息。使用Web模式搭载媒体系统是由于Web的敏捷开发和迭代速度快的特点，并且易于维护操作简单。同时搭配Nodejs的后台，开发语言使用HTML、CSS进行前端渲染，使用JavaScript进行逻辑判断和操控，这个开发体系拥有良好的跨平台型，对于后期的扩展有非常好的效果。

3.1 系统总体框架

根据需求媒体系统共分为前、后端两个模块，前端包括视频播放模块、信息展示模块、站点信息及紧急通知模块，后端包括：服务器模块以及车地通信模块，如图1所示。

3.2 系统模块功能设计

（1）视频播放模块：媒体系统的主要展示模块，功能为播放直播、本地播放两种类型视频；

（2）信息展示模块：展示一些日常信息，如日期、天气、温度等；

（3）站点信息及紧急通知模块：重复播放当前下一站点信息以及在突发状况或者紧急情况下播放驾驶员播报的信息；

（4）服务器模块：为前端页面提供服务器支持，发布页面，存储信息和下载的视频文件。当直播播放不畅时自动切换为本地视频文件播放。

（5）车地通信模块：负责接收车站控制台的通讯信号，包括视频信号、报站信号以及紧急通知。

4 系统的实现

4.1 前端的设计

4.1.1 视频播放模块

4.1.3 站点信息以及紧急通知模块

模块功能实现动态获得Node服务器模块发来的到站信息，如果有紧急通知则优先播放紧急通知。文字内容以走马灯的方式循环滚动。使用setInterval方法设置定时器，每30秒向Node服务器模块请求数据，如果数据有更新则根据新的数据重新渲染，如果没有则维持当前页面。

4.2 后台的设计

4.2.1 服务器模块

服务器模块server.js用于发布页面、处理客户端发送的请求并返回数据、拿取车地通信模块返回的站台控制中心返回的数据。与客户端的通讯接口统一使用RESTful风格API，使接口面向资源，简单的理解就是每一个请求得到的都是一个数据或者资源。

5 结束语

本文简要地介绍了LTE-M系统的发展以及目前的研究应用，随着人们对LTE-M的深入研究和对系统协议的完善，LTE-M一定会在城市轨道交通通讯中承载更重要的责任。可以预见的是在PIS系统中国LTE-M将会大大提高PIS系统的體验。本文系统是LTE-M作为承载网络的PIS系统中的一部分，能够提高车载视频播放的清晰程度和流畅程度，能够为乘客提供更好的服务。

参考文献：

[1] 唐霈. 城市轨道交通PIS车地无线传输方案研究[J]. 信息通信，2014（12）：177-178.

[2] 戴克平， 张艳兵， 朱力， 等. 基于LTE的城市轨道交通车地通信综合承载系统[J]. 都市快轨交通，2016（1）：69-74.

[3] 房杰. LTE-M技术在地铁乘客信息系统的应用[J]. 通讯世界，2015（24）：45-46.

[4] 韦文， 牛建华， 师进，等. LTE-M车地通信中的综合接入技术研究[J]. 铁路通信信号工程技术，2016（5）：59-62.