基于隧道的車地高速組播實(shí)現(xiàn)

俞成龍

(銳捷網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，福建 福州350002)

1 PIS 車地網(wǎng)絡(luò)組播傳輸?shù)谋尘芭c問題

PIS（Present Information System，乘客信息系統(tǒng)），在地鐵中被廣泛應(yīng)用。它為地鐵運(yùn)營(yíng)、管理、維修等部門的工作人員提供信息交互平臺(tái)，是軌道交通信息資源共享、生產(chǎn)管理、辦公管理等信息發(fā)布的重要傳輸手段。它通過控制中心和車站的控制，在指定的時(shí)間，將指定的信息顯示給指定的人群。[1]

如圖1 所示，運(yùn)維人員通過PIS 系統(tǒng)，向地鐵列車的車內(nèi)顯示屏投放信息，通常使用組播方式投放。該組播報(bào)文，會(huì)經(jīng)過車地通信系統(tǒng)傳輸?shù)杰囕d子系統(tǒng)上，并在相應(yīng)的顯示屏上顯示畫面或者告警信息。組播在PIS 的應(yīng)用中，存在以下幾個(gè)問題：

1.1 空口傳輸，組播報(bào)文容易丟幀

組播報(bào)文在802.11 中沒有Ack 確認(rèn)機(jī)制[2]，如果出現(xiàn)了丟幀，協(xié)議層面不會(huì)進(jìn)行報(bào)文重傳。即：802.11 無線環(huán)境下，組播一旦出現(xiàn)丟幀，則組播報(bào)文丟失。

1.2 空口傳輸，組播報(bào)文速率低

組播報(bào)文是發(fā)往組播組內(nèi)所有點(diǎn)播成員，其目的地址是組播地址。在802.11 實(shí)現(xiàn)中，組播報(bào)文無法使用聚合方式傳輸。即：802.11 環(huán)境下，組播報(bào)文只能使用非聚合的報(bào)文進(jìn)行傳輸。在802.11 協(xié)議中，非聚合的報(bào)文的最高速率為54mbps[2]。

1.3 組播成員口頻繁切換/更新

地鐵列車在地鐵軌道上不斷移動(dòng)，相應(yīng)的，車載無線設(shè)備會(huì)在地面軌道旁的AP（Access Point，無線接入點(diǎn)）設(shè)備之間不斷切換。因此組播組成員口也需要進(jìn)行相應(yīng)的切換，才能打通組播流[3]。在通常情況下，PIS 點(diǎn)播客戶端無法感知到車載無線設(shè)備漫游切換事件，也不會(huì)主動(dòng)再次發(fā)起點(diǎn)播。當(dāng)車載無線設(shè)備漫游到新的AP 設(shè)備，而新的AP 設(shè)備的上聯(lián)端口未加入組播組，因此上級(jí)設(shè)備不會(huì)往該端口轉(zhuǎn)發(fā)組播流，從而導(dǎo)致組播中斷。

2 現(xiàn)有方案分析

2.1 車地網(wǎng)絡(luò)組播容易丟幀問題解決方案

針對(duì)車地網(wǎng)絡(luò)組播容易丟幀問題，主要的技術(shù)方案是視頻緩存加上丟幀重傳，其工作原理如下：

2.1.1 用戶對(duì)PIS 客戶端軟件設(shè)置視頻緩沖時(shí)長(zhǎng)閾值。

2.1.2 PIS 客戶端發(fā)起組播點(diǎn)播請(qǐng)求。

2.1.6 等緩沖報(bào)文長(zhǎng)度達(dá)到或超過步驟1 所設(shè)定緩沖時(shí)長(zhǎng)（由用戶設(shè)定的緩沖時(shí)間）后，開始將報(bào)文解碼播放。

如圖1所示，Rh2-S在不同濃度下均能抑制K562和KG1a細(xì)胞活力，并呈濃度和時(shí)間依賴性。培養(yǎng)24 h時(shí)，Rh2-S對(duì)K562和KG1a細(xì)胞的半數(shù)抑制濃度（IC50）分別為80、82 μmol/L；培養(yǎng)48 h時(shí)，IC50分別為60、64 μmol/L；培養(yǎng)72 h時(shí)，IC50分別為48、44 μmol/L。根據(jù)以上結(jié)果，選擇60 μmol/L作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)中Rh2-S的濃度。

2.1.5 在報(bào)文緩沖過程中，同時(shí)對(duì)組播報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)缺失的組播報(bào)文，則單獨(dú)向服務(wù)器請(qǐng)求該缺失報(bào)文。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備收到PIS 客戶端對(duì)應(yīng)端口上送的組播點(diǎn)播請(qǐng)求，將對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)端口加入組播成員口，隨后向該端口轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文。

2.1.4 PIS 客戶端收到組播報(bào)文后，并不立即進(jìn)行解碼播放，而是將報(bào)文緩存到報(bào)文緩沖區(qū)。

2.1.7 重復(fù)步驟2.1.4～2.1.6。

為了進(jìn)一步提高立體車庫的運(yùn)行效率，將超過預(yù)計(jì)停車時(shí)間的車輛向遠(yuǎn)離出入口的車位停放，由此可以得出如表2所示的模糊規(guī)則。在表2中，input1為用戶停車時(shí)間，input2為超過預(yù)計(jì)停車時(shí)間的時(shí)長(zhǎng)，output為停放車輛的位置到出入口的距離。

該方案的優(yōu)點(diǎn)：在一定程度上解決丟幀問題，可以使視頻播放更平滑。如果緩沖時(shí)間足夠長(zhǎng)，即使發(fā)生報(bào)文丟失，PIS 客戶端也可通過單獨(dú)請(qǐng)求丟失的數(shù)據(jù)幀來補(bǔ)齊所有數(shù)據(jù)。

但該方案也存在弊端：由于對(duì)視頻做緩存，車內(nèi)的組播視頻與視頻源存在時(shí)間差，緩存時(shí)間越長(zhǎng)，時(shí)間差越大。

2.2 組播組成員口頻繁切換/遷移問題解決方案

針對(duì)組播成員口頻繁切換/遷移問題，當(dāng)前主要方案是車載子系統(tǒng)的車載AP 上實(shí)現(xiàn)PIS 點(diǎn)播代理，其工作原理如下：

2.2.1 在車載AP 上監(jiān)聽車載PIS 客戶端的組播點(diǎn)播請(qǐng)求，并做記錄。

內(nèi)部審計(jì)部門的架構(gòu)情況對(duì)內(nèi)部審計(jì)的獨(dú)立性形成直接的影響，與此同時(shí)也決定著審計(jì)監(jiān)督的權(quán)威性和監(jiān)督程度。內(nèi)部審計(jì)部門應(yīng)該杜絕和其他職能部門形成隸屬關(guān)系或和其他職能部門聯(lián)合辦公的情況，而是應(yīng)該對(duì)話公司的最高領(lǐng)導(dǎo)層，并對(duì)其負(fù)責(zé)。公司最高領(lǐng)導(dǎo)層權(quán)利范圍大，可以對(duì)審計(jì)結(jié)果形成有效的反饋，表現(xiàn)為對(duì)內(nèi)部審計(jì)部門的建議快速采取有效措施，毫無疑問，這極大地增強(qiáng)了內(nèi)部審計(jì)的效能的發(fā)揮。

a.組播報(bào)文會(huì)先經(jīng)過隧道封裝，然后再經(jīng)過車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，車地?zé)o線系統(tǒng)傳輸?shù)膱?bào)文是經(jīng)過隧道封裝的單播報(bào)文。因此，如果在空口發(fā)生了丟包，則在空口就會(huì)進(jìn)行報(bào)文重傳，從而解決了無線空口環(huán)境下，組播報(bào)文容易丟幀的問題。

近幾年，電磁發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不斷顯現(xiàn)，技術(shù)不斷取得突破，中國科學(xué)院院士馬偉明院士曾表示，由于電磁能發(fā)射具有更快、更強(qiáng)、更遠(yuǎn)、更高效的特性，電磁發(fā)射技術(shù)，將在10年左右取代化學(xué)能,給我們?nèi)祟愄峁└踩?、更快捷的技術(shù)。

2.2.3 在漫游切換完成后，車載AP 代理PIS 客戶端重新發(fā)起一次組播請(qǐng)求，使得上游網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（漫入的軌道旁AP）相應(yīng)端口加入組播組。

2.2.4 漫入AP 將組播報(bào)文向車載AP 轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2.5 重復(fù)步驟2.2.1～2.2.4。

該方案能較好地解決由于車載AP 不斷漫游導(dǎo)致的組播組成員口遷移的問題。

從檢測(cè)結(jié)果可以看出，精煤磁選機(jī)和掃選磁選機(jī)磁選效果較差。在生產(chǎn)過程中，這兩臺(tái)磁選機(jī)均存在翻花現(xiàn)象，將其調(diào)整到最大通過量時(shí)，尾礦帶介情況也沒有好轉(zhuǎn)。精煤磁選尾礦帶介高，造成浮選尾礦帶介高，進(jìn)入掃選磁選環(huán)節(jié)后又沒有得到充分回收，致使大量介質(zhì)流失。分析表明，磁選效果差的主要原因是磁選機(jī)能力不足，原設(shè)計(jì)精煤磁選機(jī)3臺(tái)，掃選磁選機(jī)2臺(tái)，型號(hào)均為DMM914×2972，設(shè)計(jì)處理能力273 m3/h。為滿足磁選能力，選煤廠增設(shè)了1臺(tái)掃選磁選機(jī)(HMDA1219×2972)和1臺(tái)精煤磁選機(jī)(HMDA914×2972)。改造完成后，各產(chǎn)品帶介情況見表3。

但該方案也存在的一定的局限性：由于組播組成員口切換/遷移的動(dòng)作滯后于車載AP 漫游動(dòng)作，因此在漫游完成到組播組成員口遷移完成這段時(shí)間，組播報(bào)文不會(huì)向新的端口（軌道旁漫入AP）轉(zhuǎn)發(fā)，即：漫游完成到重新點(diǎn)播完成這段時(shí)間，PIS 客戶端無法收到下行的組播流。

2.3 無線空口中組播報(bào)文傳輸速率低的問題解決方案

對(duì)于無線空口中組播報(bào)文傳輸速率低的問題，目前并沒有較好的解決方案，而該問題制約PIS 系統(tǒng)組播碼率上限, 也就是：在使用無線組播的情況下，視頻碼率帶寬最高不超過54mbps。

本研究運(yùn)用重要性和表現(xiàn)程度分析工具IPA(Importance-Performance Analysis)，以實(shí)證研究方式調(diào)查游客對(duì)四川旅游團(tuán)餐服務(wù)質(zhì)量的重要性程度和表現(xiàn)性程度的感知，探討游客對(duì)旅游團(tuán)餐的期望與實(shí)際表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性差距，歸納出影響游客對(duì)旅游團(tuán)餐滿意度的關(guān)鍵因素，為相關(guān)利益主體在提升旅游團(tuán)餐服務(wù)質(zhì)量方面提供理論依據(jù)和參考.

3 基于隧道的車地?zé)o線組播傳輸方案

隧道技術(shù)是一種通過使用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞數(shù)據(jù)的方式。使用隧道傳遞的數(shù)據(jù)(或負(fù)載)可以是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包。隧道協(xié)議將這些其他協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包重新封裝在新的包頭中發(fā)送。新的包頭提供了路由信息，從而使封裝的負(fù)載數(shù)據(jù)能夠通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳遞。

被封裝的數(shù)據(jù)包在隧道的兩個(gè)端點(diǎn)之間通過公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由。被封裝的數(shù)據(jù)包在公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上傳遞時(shí)所經(jīng)過的邏輯路徑稱為隧道。一旦到達(dá)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)，數(shù)據(jù)將被解包并轉(zhuǎn)發(fā)到最終目的地。注意隧道技術(shù)是指包括數(shù)據(jù)封裝、傳輸和解包在內(nèi)的全過程。[4]

要繼續(xù)和同學(xué)、老師、家長(zhǎng)保持良好的關(guān)系。實(shí)在郁悶的時(shí)候，甚至可以大哭一場(chǎng)，但是，千萬不要因?yàn)橐粫r(shí)沖動(dòng)而說出傷害他們的話！與他們相處的時(shí)間已經(jīng)很短暫了，請(qǐng)一定、一定不要留下令他們難過的印象。

圖2 隧道組播方案網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

隧道組播方案實(shí)施拓?fù)淙鐖D2，實(shí)施步驟如下：

有些父母教育起孩子可謂天衣無縫、頭頭是道，可孩子就是不買賬；有些父母對(duì)孩子沒有講什么道理，甚至根本就不講道理，可孩子相信他們。其關(guān)鍵就是做父母的是將“有效”放在第一位，還是將“正確”放在第一位；是將“情”放在第一位，還是將“理”放在第一位。

a.在車載網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)上，增加部署車載隧道客戶端。

b. 在地面部署隧道服務(wù)端，該服務(wù)端具備組播IGMP Snooping 功能[5]，可向特定組播組成員轉(zhuǎn)發(fā)組播流。

圖3 隧道組播方案，上行點(diǎn)播

c. 車載網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)上的PIS 點(diǎn)播客戶端會(huì)主動(dòng)發(fā)起組播點(diǎn)播請(qǐng)求。

d.步驟c 所述的組播點(diǎn)播請(qǐng)求報(bào)文，會(huì)通過車地之間的隧道送達(dá)地面的隧道服務(wù)端。

圖4 隧道組播方案，組播下行

e.地面隧道服務(wù)端，從隧道接收到組播點(diǎn)播請(qǐng)求后向該隧道轉(zhuǎn)發(fā)組播流

f. 步驟e 所述的組播報(bào)文通過車地隧道轉(zhuǎn)發(fā)到車載隧道客戶端。

g.車載隧道客戶端，將隧道內(nèi)的組播報(bào)文解除隧道封裝，并轉(zhuǎn)發(fā)到車載網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的PIS 點(diǎn)播客戶端上。

h.車載網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)上的PIS 點(diǎn)播客戶端收到組播報(bào)文，開始緩存或者播放組播視頻內(nèi)容。

圖5 列車移動(dòng)，組播組成員口不變

i.使用隧道方案，由于組播組成員口是在地面隧道服務(wù)端的隧道口上，而不是地面無線AP 的上聯(lián)端口，因此雖然列車在不斷移動(dòng)，并且上聯(lián)的物理端口在不斷變化，但是組播組成員口始終沒有改變，因此PIS 點(diǎn)播客戶端無需重新發(fā)起點(diǎn)播，從而避免了因點(diǎn)播操作延遲于漫游切換導(dǎo)致的組播丟包問題。

綜上：

2.2.2 車載AP 在列車行進(jìn)過程中，根據(jù)漫游閾值設(shè)定值，進(jìn)行漫游切換動(dòng)作，在軌道旁的AP 間漫游。

表1 測(cè)試環(huán)境設(shè)備要求

表2 傳統(tǒng)方案和隧道組播方案效果對(duì)比

b.車地網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖菃尾ニ淼缊?bào)文，因此可以對(duì)該報(bào)文使用高速率進(jìn)行傳輸，從而提高了車地之間的傳輸帶寬，解決了空口直接傳輸組播報(bào)文最高速率只有54mbps 的問題。

當(dāng)已知高精度淺部地層剖面及地震資料時(shí)，可結(jié)合兩種方式進(jìn)行淺水流的預(yù)測(cè)。通過地層剖面上的明顯強(qiáng)反射和雜亂反射特征識(shí)別淺水流砂層，在此基礎(chǔ)上通過多種地震屬性反演，分析海底沉積物的巖石物性數(shù)據(jù)，找出有關(guān)的地球物理屬性參數(shù)，對(duì)于識(shí)別淺水流層具有很大作用；結(jié)合疊前AVA反演、基于遺傳算法的全波形反演及疊后反演的混合反演方法，提取地震資料中振幅、相干性、密度、縱橫波速度比、泊松比等屬性進(jìn)行淺水流的識(shí)別。

c.組播組的成員口是地面隧道服務(wù)器的隧道口上，從邏輯上看，組播組成員口始終沒有發(fā)生變化，因此，即使列車上的車載設(shè)備在不斷移動(dòng)，也不需要重新發(fā)起組播點(diǎn)播，從而避免了因?yàn)檐囕d設(shè)備漫游帶來的組播報(bào)文丟失問題。

通過隧道承載組播報(bào)文，從而避免空口直接傳輸組播報(bào)文帶來的低速率的限制，同時(shí)由于組播組成員口是在隧道口上，因此也解決了因?yàn)榱熊囈苿?dòng)而帶來的組播客戶端需要重新點(diǎn)播的問題。

歐·亨利的小說《警察和贊美詩》是一部眾人皆知的文學(xué)作品。在這部小說作品里，作者不僅為各國的讀者精心地塑造了典型的人物形象，而且還通過這些人物形象的豐富意蘊(yùn)再現(xiàn)了作品深刻的生活主題。因此，以《警察和贊美詩》為探究個(gè)案無疑能夠解決諸多的文學(xué)問題。眾所周知，文學(xué)是語言的藝術(shù)。通過對(duì)其語言特色的分析，既能提升廣大讀者的賞析水平，又能引導(dǎo)讀者發(fā)現(xiàn)小說的文學(xué)價(jià)值。

4 實(shí)測(cè)驗(yàn)證

4.1 測(cè)試設(shè)備要求（如表1）

在地面安裝PIS 服務(wù)器，以及隧道服務(wù)器，并且安裝地面AP 模擬地鐵地面網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，車上安裝PIS 點(diǎn)播客戶端，車載隧道客戶端，車載顯示屏模擬地鐵列車網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，具體設(shè)備要求如表1 所示。

4.2 測(cè)試步驟

4.2.1 傳統(tǒng)組播方案測(cè)試

a.搭建如圖1 的拓?fù)洹?/p>

新生入學(xué)教育是指新生入學(xué)后，學(xué)生根據(jù)大學(xué)教育的特點(diǎn)很人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，針對(duì)新生在生活、學(xué)習(xí)、和心理等方面的變化和需要，有目的的，有計(jì)劃、有組織的開展的一系列活動(dòng)，讓大學(xué)盡快適應(yīng)大學(xué)的生活。

b.車載AP 安裝在汽車上,模擬地鐵列車。

另一方面，近期Lawrence和Prieto（2011）基于Prieto等（2009）的算式，在美國西部對(duì)衰減構(gòu)造進(jìn)行了層析成像研究。但是，一定要注意，采用的公式是針對(duì)均質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行理論推導(dǎo)的結(jié)果。在非均質(zhì)構(gòu)造情況下，不能采用（20）式，要在（19）式中針對(duì)非均質(zhì)構(gòu)造使用格林函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，但現(xiàn)在這方面的理論研究還不是很充分。也就是說，針對(duì)非均勻介質(zhì)的衰減構(gòu)造，基于（24）式進(jìn)行衰減成像的合理性，今后還有必要進(jìn)一步驗(yàn)證。

c.在靜態(tài)情況下,車載PIS 點(diǎn)播客戶端執(zhí)行點(diǎn)播動(dòng)作,并播放組播視頻,觀測(cè)組播帶寬。

d.汽車開動(dòng),從地面無線AP-1 漫游到地面無線AP-2。

(1)直接測(cè)試漫游組播。

(2)開啟丟幀重傳功能,再次測(cè)試。

4.2.2 隧道組播方案測(cè)試

a.搭建如圖2 的拓?fù)洹?/p>

b.車載AP 安裝在汽車上,模擬地鐵列車,車載隧道客戶端也安裝在汽車上。

c.在靜態(tài)情況下,車載PIS 點(diǎn)播客戶端執(zhí)行點(diǎn)播動(dòng)作,并播放組播視頻,觀察組播帶寬。

d.汽車開動(dòng),從地面無線AP-1 漫游到地面無線AP-2。

(1)直接測(cè)試漫游組播。

(2)開啟丟幀重傳功能,再次測(cè)試。

4.3 測(cè)試數(shù)據(jù)

從內(nèi)部測(cè)試情況看:

傳統(tǒng)組播方案,在靜態(tài)下組播性能約24mbps,在移動(dòng)漫游后,畫面會(huì)出現(xiàn)2～3 個(gè)馬賽克,畫面卡頓約2～3 秒鐘,配合丟幀重傳方案,移動(dòng)漫游后,仍會(huì)出現(xiàn)2～3 個(gè)馬賽克。

隧道組播方案, 在靜態(tài)下組播性能約240mbps (11N 設(shè)備)/500mbps(11AC 設(shè)備),在移動(dòng)漫游后,畫面無馬賽克,并且不會(huì)出現(xiàn)卡頓。

測(cè)試結(jié)果匯總?cè)绫?。

(1)沒有結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)物信息沒有上鏈，實(shí)現(xiàn)共享。傳統(tǒng)的貨物信息監(jiān)督依靠第三方監(jiān)管，或者是核心企業(yè)本身，信息有一定的滯后。實(shí)物信息沒有定量化，后期跟蹤成本高，影響信息對(duì)稱的問題，阻礙了供應(yīng)鏈金融的發(fā)展。

5 結(jié)論

經(jīng)過理論論證以及實(shí)測(cè)驗(yàn)證,證明了基于隧道的車地組播傳輸技術(shù),可有效提高地鐵PIS 組播有效帶寬,并提升組播視頻顯示效果。同時(shí)還具備了低成本,可維護(hù)性強(qiáng),易于擴(kuò)展等特性,可方便地在其他項(xiàng)目中復(fù)制部署, 對(duì)地鐵系統(tǒng)信息化建設(shè)起到積極作用。