网络功能虚拟化及其在轨道交通通信网络中的应用研究

网络功能虚拟化及其在轨道交通通信网络中的应用研究

李冠儒

大连地铁运营有限公司，辽宁大连  116000

摘要：近年来，在我国高速发展的背景下，带动了社会经济水平提升，科学技术水平随之进步，现阶段，软件化的出现意味着对网络设计和管理的重新思考，在铁路领域引入网络功能虚拟化具有挑战性，但其能够颠覆性地改进管理系统，并为下一代铁路通信网络铺平道路。网络功能虚拟化具有对资源的灵活共享和调配、能够提高资源利用率等优势。

关键词：网络功能虚拟化；软件定义网络；轨道交通通信网络

引言

城市轨道交通，作为现代都市的血脉，为日益增长的城市人口提供了快速、便捷的出行方式。随着城市轨道交通网络的迅猛发展，相关的安全问题也日益凸显。事故，延误，设备故障等问题，不仅影响了乘客的出行体验，更对乘客的生命安全构成了威胁。安全问题的出现，很大程度上是由于技术、管理和人为因素相互交织而导致的。如何有效地解决这些问题，提高城市轨道交通的行车安全性，已成为业界关注的焦点。

1通信系统特征

车车通信系统是列车的控制主体。将其引入设备中具有不同的系统特征，能够减少地面设备的控制工作量和造价。与传统信号系统地面控制设备相比，目标控制器更为复杂，但不受场地约束，简化了改造旧线的难度。地面控制设备的测试功能较少，缩短了建设时间。车车通信系统优化了系统架构方式和子系统的控制数据流，能够优化控制内容。在车载设备中集中功能，减少系统内部的耦合性与复杂性，降低互联互通的难度，提高系统的兼容性。改善车车间通信通道，使运营组织更加灵活，并能够灵活调整列车的间隔。根据项目需求分配车载设备和地面设备，使地面设备能够执行系统功能。如果一个区域的地面设备发生故障，会影响全线运营，需要完成大量抢修工作。当车车通信系统的车载设备出现故障时，需要立即安排故障列车退出运营。在运营结束或车辆段维修故障列车时，需要提高系统的可维护性和可用性，降低人工应急处理故障的难度。

2网络功能虚拟化及其在轨道交通通信网络中的应用

2.1/NFV和边缘计算

当铁路中的各个基础设施均部署了SDN通信网络之后，可以在资源软件化的基础上实现虚拟网络功能和边缘计算。NFV的使用可以提供可编程的应用服务来处理特定流量资源。在轨旁指定距离内部署通用的SDN资源，这些资源能够托管或者控制多个虚拟机，每个虚拟机可以支持不同的服务，包括虚拟网络功能。同时SDN控制器能够对软件化的网络设备进行编程控制，将流量定向传输到不同的虚拟机，从而实现可配置的VNF链。为了保证铁路系统的可靠性和安全性，铁路沿线会放置监测点来实时监控铁路的运行状态，如图1所示NFV编排器(NFVOrchestrator)与虚拟基础设施管理器(VirtualInfrastructure Manager，VIM)和广域网基础设施管理器(WideArea Network Infrastructure Manager，WIM)进行交互，对收集到的监控数据进行分析判断是否存在异常。事实上，在软件化和虚拟化的基础上可以通过边缘节点来处理不同的节点传回的监测数据。边缘节点通过调用虚拟机或者其他虚拟资源来收集和预处理数据，数据优先通过有线链路进行传输，并通过无线链路备份连接，保证铁路通信系统的可靠性和安全性。

图1：铁路监控系统和总体编排架构

2.2站点疏散设计

站点疏散设计针对现代城市轨道交通站点的客流量与日俱增，应确保合理的疏散路线设计。疏散路线应基于乘客流动模式、站台布局和交通连接性进行优化，确保在突发事件中能够迅速、有效地疏散大量乘客。疏散路线需要避免交叉、折返或绕行，应尽可能直接指向最近的安全出口。疏散指示标识的设置需依据人流高峰和非高峰时段的动线考量。标识应采用醒目的颜色、明确的图形符号以及简洁的文字指示，确保在复杂环境中迅速引导乘客。对于视障或听障乘客，加入触觉和听觉辅助工具如地面的盲道、振动报警及紧急广播系统。整合疏散路径与火灾探测、喷淋、照明和其他安全设备。疏散通道需保持宽敞、无障碍，并避免出现可能造成人员拥堵的瓶颈。紧急照明系统应确保在断电情况下，疏散路径能维持一定时间的亮度，而气体探测器可在初期阶段即时发现有毒或可燃气体，及时启动通风系统。实施定期的疏散演练和培训是提高站点疏散效率的关键。通过实际操作，可以检验疏散设计的适应性和实际效果，同时加强乘客和工作人员对疏散流程的熟悉度。在演练中，模拟软件和数字化技术的辅助可帮助发现疏散方案的潜在问题，并为之后的优化提供数据支持。站点疏散设计需综合考虑人流、设备、标识以及培训等多方面因素，确保在突发情况下能够迅速、有序地进行疏散，确保乘客和工作人员的安全。

2.3健全5G通信设施

5G通信技术越发成熟，应用在工业领域和交通领域的程度也随之加深，健全5G通信设施以发挥出5G技术的使用价值。信息通信行业的重点主要集中在5G网络建设上，深化建设移动、联通、电信等5G网络，加快构建信息基础设施，发挥主动性。通过5G技术实现全覆盖的轨道交通，提升轨道交通系统的信息化程度和自动化程度，确保交通系统运输的安全性和稳定性，从而充分发挥5G技术的价值，提高通信水平。同时深化智慧化程度，使人们能够安全出行并获得最大化的效益。在5G通信网络构建中，工作人员需要综合分析交通系统与网络信息，完善相关计划，发挥轨道交通网络系统的功能，提高系统运行效率。同时不断健全5G技术，提升轨道交通网络质量，让公众安全出行。

2.4视频监控业务

高清视频监控业务作为轨道交通中的一个典型应用场景之一，通过仿真平台测试验证了SDN传输高清视频监控业务的可行性。具体而言，该平台在虚拟机中创建了一个linux的操作系统（ubantu），在该操作系统中基于开源的SDN控制器ONOS来构建了一个SDN仿真平台。通过多媒体播放器VLC经WiFi传输一个H.265编码后的1080P流媒体文件，并在接收端对接收到的视频数据进行分析。通过验证分析，在上行链路约634kbps的传输速率时没有任何数据帧丢失，并且视频质量在传输过程中并未损失且无明显延迟。

结语

本文首先概述了目前NFV的发展背景与现状，接下来对NFV框架进行了介绍，并阐述了NFV与SDN之间的联系，给出了集成NFV和SDN的网络切片架构，总结了NFV在轨道交通通信网络中的潜在应用，最后指出了NFV及其在轨道交通通信网络中应用面临的机遇与挑战。目前，NFV的发展越来越迅速，但同时很多方面也处于探索阶段，许多标准化组织和企业都在努力推动NFV关键技术的发展，积累了许多经验。将NFV技术引入轨道交通领域是一个复杂而具有挑战性的任务，需要综合考虑实时性、网络安全性、资源管理和调度、整合与互操作性，以及系统可靠性与容错性等重点难点，并采取相应的解决措施，以确保轨道交通系统的正常运行和安全性。

参考文献

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