高速铁路动车组 Wi-Fi 运营服务系统综合监控平台研究

董兴芝，王富章

（中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081）

1 概述

近年来，我国铁路以网络化的购票方式、更快捷的旅行速度和不断提升的服务质量全方位提升了旅客的出行体验，收获了连年的客流回归和效益增长。铁路庞大的旅客群体必然会带来巨大的互联网接入流量，一方面，旅客在出行期间，需要通过互联网进行信息查询、服务订购和娱乐消费等活动；另一方面，铁路大量的客服产品需要借助互联网平台服务于旅客，因而增加高速铁路动车组Wi-Fi运营服务能有效实现高铁与互联网的无缝对接。

2017年6月，首列“复兴号”标准动车组列车正式上线运营，高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统作为配套设施也随之面世，旅客乘车期间可以享受高速铁路动车组Wi-Fi这一增值服务。随着大批量“复兴号”标准动车组列车投入运营，高速铁路动车组Wi-Fi运营服务体系规模不断扩大，其运营管理上亟需实现实时掌控系统运行状态、监控系统突发事件，以动态调整运营策略，进而实现高速铁路动车组Wi-Fi运营服务价值最大化[1]。通过研究分析动车组Wi-Fi服务系统的应用场景及运营环境，分别从系统性能、应用服务和用户行为3个维度采集运营监控指标，搭建综合监控系统平台，实现运营服务系统的全方位、可视化监控。该监控平台解决了动车组Wi-Fi运营服务系统资源分散不集中、预警延迟等一系列问题，强化了高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统安全应急管理，实现了高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统的资源整合和数据高度共享[2]。

2 高速铁路动车组 Wi-Fi 运营服务系统架构

2.1 运营服务系统场景分析

我国铁路列车属于常年人口聚集、流动的公共场所，同时由于列车具有平均运行时间长、空间封闭等典型特点[3]，旅客在候车和旅途过程中对上网聊天、娱乐和购物等服务都有较多需求。然而，受运营商基站建设覆盖限制以及不同类信号干扰等因素的影响，铁路沿线运营商的网络建设具有普适性和滞后性；其次，基础互联网的网络建设已无法完全满足日益增长的互联网需求。高速铁路动车组Wi-Fi作为移动蜂窝数据网络的一种补充，可直接弥补铁路沿线网络覆盖面的不足，在一定程度上满足了用户的联网需求。

2.2 运营服务系统功能构成

高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统基于中国铁路客户服务中心“12306”网站平台之上，以车载Wi-Fi作为服务入口，将铁路的站车服务由线下搬至线上，充分利用铁路路内和外部社会资源，为广大旅客提供覆盖出行全过程、全方位、个性化的一站式服务，形成线上线下一体、站车一体、全路一张网的旅客服务平台，丰富了延伸服务内容，并将大幅度提升铁路多元化经营收入。

2.2.1 主要功能构架

高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统由运管中心、地面系统、车载局域网和服务系统4部分组成。高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统功能架构图如图1所示。

运管中心是高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统的运行、维护、监控和经营管理中心，由用户鉴权服务、安全防护、网管服务、综合监控平台和路内外资源管理服务组成。地面网络是列车与公众互联网建立连接的通道，为车内用户终端提供互联网接入服务，主要由中国移动、中国电信和中国联通3大运营商组成[4]。车载局域网由多个车厢的局域网通过有线或无线方式互联组成，是车内用户终端(手机、平板电脑、笔记本电脑)接入车载服务系统的载体平台，主要由单车服务器、中心服务器、无线访问节点AP (Access Point)、交换机等设备组成。服务系统是高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统为旅客或商家直接提供服务的载体平台，主要由提供互联网接入、休闲娱乐、车上商城、行程优选及广告投放等服务的功能版块组成。

2.2.2 功能分析

（1）运管中心。运管中心是高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统的后台管理服务中心，通过对Wi-Fi运营服务系统的全程管控，实时协调及配置系统资源，包括路内资源(列车交路、车站大屏、正晚点查询等客运资源以及商店、旅行社等自主经营资源)和酒店、地方特产、影视等外部社会资源。运管中心的综合监控平台能全方位、实时监控全系统的运行状态，并能及时对监控结果做出响应，进而保障系统稳定运行。

（2）地面网络与车载局域网。地面网络与车载局域网是高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统功能实现的重要支撑，车载中心服务器通过车顶天线与铁路沿线运营商公网基站建立无线通道，通过运营商的光缆到达核心路由器实现系统互联网的接入。车载局域网通过车载设备之间的有线或无线组网，实现列车内部网络的互联互通，可为旅客提供列车本地娱乐等服务，如高铁影院、车载音乐等。

（3）服务系统。服务系统是高速铁路动车组Wi-Fi提供互联网接入、休闲娱乐、车上商城、行程优选和广告投放的服务平台。旅客使用终端设备时，无需支付费用，通过服务系统平台认证即可享受互联网接入服务。旅客可接入车载Wi-Fi享受列车本地影院、新闻资讯、音乐、小说等休闲娱乐服务，增加了旅途乐趣，提高用户乘车体验感；旅客可在线订餐，乘务员根据座位信息配送到座；旅客还可以享受沿途车站特产或纪念品购买、酒店预订、目的地旅游景点门票预订、联程票预订、积分兑换商品等增值服务。该服务系统基于旅客的行程及基于位置服务(LBS)信息进行服务匹配，为旅客提供旅服信息(车型、车厢布局、座位、时刻表、沿途站、实时位置等)查询，并为旅客推送沿途站旅游介绍、目的地酒店推荐、多式联运售票、到站提醒及拼车、接送站等服务，方便旅客掌控自己的行程并做好规划。另外，该服务系统根据动车组Wi-Fi特殊的应用场景，结合当前地域特征，进行精准的广告投放，用以开展市场营销、智慧诱导消费，进一步挖掘动车组Wi-Fi市场的巨大商业价值。

3 高速铁路动车组 Wi-Fi 运营服务系统综合监控平台功能设计

高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统综合监控平台设计，通过对系统全链路监控，从整体维度到局部维度追踪各环节指标，如节点设备状态、网络带宽、网络速率、网络延迟、网络吞吐量、网络攻击、用户行为信息、栏目点击量、交易信息、一致性检查状况等指标，将所有同步环节信息集中展现，从而监控整体和局部情况，掌握系统应用服务动态，有利于追溯故障源头、快速诊断故障、缩短应急响应时间、节省应急预案的实施消耗，也有助于开展用户行为分析、侧面评估运营、反向指导决策等研究工作[5]。

3.1 监控平台功能设计

根据高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统运营维护和管理的实际需求，设计基于Zabbix (一种基于WEB界面的提供分布式系统监视以及网络监视功能的企业级开源解决方案)的综合性监控平台，在研究Zabbix开源框架与数据可视化的基础上，利用其优秀的性能和可扩展性，从系统性能、应用服务、用户行为3个角度将车载Wi-Fi设备系统参数、列车交路、平台运营等数据高度集中、可视化展示，同时，使用推送媒介建立实时性、高效性的推送机制。综合监控平台功能设计架构如图2所示。

（1）系统性能监控。良好的系统性能是高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统发挥平台优势，增强用户体验感的必然前提。综合监控平台主要从系统的稳定性、安全性及系统设备状态入手，对系统内的网络带宽、网络速率、信号强度、非法入侵、故障预警、各设备运行状态等参数进行实时性监控。

（2）应用服务监控。应用服务监控主要针对系统服务范围内的休闲娱乐、车上电商、行程优选3个应用服务模块展开监控。通过实时监控应用服务的页面浏览量(PV)、服务界面访问路径流失率、车上电商订单详情和完成情况等参数值，追溯高铁影院、新闻资讯、小说等资源的旅客偏好程度。分析挖掘监控数据，可进一步优化调整应用服务资源，有助于增强高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统用户粘度，提高Wi-Fi服务产品商业化价值。

（3）用户行为监控。通过整合其他平台数据资源，结合Wi-Fi运营服务平台登录数据，可追溯用户的基本属性和出行属性，基本属性包括用户的姓名、年龄、地域及手机号信息；出行属性包括用户出行的始发站、终到站、座位信息等信息。通过车载Wi-Fi控制管理中心，可获取用户终端属性，借助第三方平台的数据分析，结合系统平台用户的点击属性，可模糊匹配出用户的社会属性，进而为用户进行个性化推荐，提供智慧诱导服务。例如，根据旅客大致的社会属性，结合用户出行的目的地，在旅客浏览Wi-Fi服务平台过程中，可适当地推送目的地酒店、旅游景点、特产等信息。

3.2 监控平台功能的应用

3.2.1 系统性能监控

系统性能监控主要从系统稳定性、系统安全性和设备状态3方面细化监控指标。稳定性监控主要从系统的带宽、速率、CPU负载、流量消耗等方面实时监控指标项，后台建立多监控指标的相关性分析[6]，系统随着列车开行时间推移，将网络速率、上下行带宽、信号强度、CPU负载等指标可视化展示，结合关键监控数据配置故障告警触发器，合理配置告警触发的频度与延迟阈值，实现列车运行异常即时上报，同时又避免频繁误报现象的功能[7-8]。车载设备作为高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统重要组成部分，其运行状态可直接影响Wi-Fi运营系统服务质量，综合监控平台通过实时监测终端设备的心跳包(客户端与服务器间的响应数据包)，分析其呼应频率特性，判断设备在线状态。

高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统Zabbix客户端启动时，根据Zabbix服务端设定的采样间隔请求监控项，通过综合监控平台预设端口将监控数据项传送给服务器，综合监控平台将接收的数据项进行分组过滤，并以Web形式图形化展现，形成监控网卡数据的可视化界面，进一步展示了旅客用户在Wi-Fi使用过程中带宽的实时变化趋势。车载Wi-Fi下行带宽分布如图3所示，图中数据急剧变化区段为受隧道影响或车站对运营商信号的屏蔽效应，带宽上下的波动同时也受铁路沿线运营商信号覆盖率的影响。综合监控平台对系统性能监控的应用保障了高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统的稳定性，有助于增强旅客用户乘车体验感。

3.2.2 应用服务监控

应用服务监控是通过分析应用服务各栏目的被访问数据，挖掘用户在享受应用服务过程中的欣赏习惯或用户背景数据，建立用户偏好模式并制订精准营销策略，设计有针对性、定制化的商旅服务产品。例如，统计新闻资讯版块分类点击量可了解旅客的关注点，在该版块中，铁路旅伴类的资讯最受旅客欢迎，点击比例占总比的79%，其次是铁路新闻占比14%，旅游超市占比7%。通过统计应用服务平台各应用模块的页面流转路径，可分析不同应用页面间的关联属性，优化应用服务平台布局，如“行程优选”查询、沿途“车站风采”及“订餐”3个应用界面之间的流转率最高，根据这一统计数据推行应用营销组合方案，将3个应用模块采用交叉服务方式，可使应用服务效能最大化。

3.2.3 用户行为监控

用户行为监控的目的是实时掌控高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统用户登录数量、区域分布情况、用户活跃状态等信息，通过整合分析多维度用户数据，可精准定位用户属性标签。高速铁路动车组Wi-Fi运营服务平台用户活跃度统计分布如图4所示，用户活跃度主要描述了当天和15天用户的活跃成分占比，最上层为活跃用户1天的用户，依次向下类推，活跃用户天数多的用户是最近经常使用服务平台的用户，也是忠诚度较高的用户。分析系统服务平台用户活跃度，能从宏观上了解每日用户活跃成分占比，观察活跃度的持续变化，可用于评估系统应用平台服务质量，从而优化系统服务策略，提高系统服务吸引度，增强用户体验。

图4 高速铁路动车组Wi-Fi运营服务平台用户活跃度统计分布Fig.4 Statistical distribution of user activity on the platform

4 结束语

根据高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统应用场景及部署环境，结合系统运营数据搭建综合监控平台，实现了系统运营数据的可视化监控与管理，这些改进突破了传统的运营管理方式，整合了监控管理工具和通用集中监控平台的优势，对保障运营服务系统平稳运行、优化运营服务具有重要意义。综合监控系统全面应用以来，实现了运营服务的数字化、信息化及自动化管理，节约了系统运营维护成本，增加了对系统运行状态评估的精准性，切实对高速铁路动车组Wi-Fi运营服务系统起到了保驾护航、反向指导运营的重要作用，有助于提升客运服务品质，提高系统运维效率，增强铁路客运竞争力，为推进铁路网向互联网经济融合发展提供参考。