行业应用软件（轨道交通）MPIS与SCT及终端设备联网功能检测技术规范

1. 检测项目分类及技术要点

MPIS（乘客信息显示系统）、SCT（信号通信系统）及终端设备的联网功能检测，旨在验证轨道交通信息系统在复杂网络环境下的互联互通性、数据准确性、实时性与可靠性。检测项目主要分为三大类：网络连通性与协议一致性检测、系统功能与数据同步检测、以及故障切换与冗余机制检测。

• 1.1 网络连通性与协议一致性检测

  • 技术要点：

    • 物理层连通性： 验证从SCT核心交换机至各车站MPIS接入交换机，再到PIS屏、广播控制器等终端设备的物理链路是否导通。使用线缆测试仪确认双绞线或光纤的接线图、长度、衰减、串扰等指标是否符合TIA/EIA-568或ISO 11801标准。

    • 逻辑层连通性： 基于TCP/IP协议栈，通过ICMP协议（如Ping、Tracert）测试各网元（MPIS服务器、车站控制器、LED/LCD屏、SCT接口服务器）之间的IP连通性、往返时延和丢包率。重点检测VLAN划分是否正确，路由策略是否生效。

    • 协议一致性： 验证系统是否遵循特定行业或国家标准协议。

      • MPIS专用协议： 检测PIS控制器与终端显示屏之间的私有或公开通信协议（如基于UDP的屏幕刷新协议、基于TCP的状态上报协议），验证协议字段定义、封装格式、心跳机制和校验算法是否符合系统设计规范。

      • SCT接口协议： 验证SCT向MPIS发送的列车到发信息（ATS信息）是否遵循规定的接口协议，如基于TCP的Socket数据流或MQTT协议。检测内容包括消息头定义、数据体格式（如车次号、到站时间、目的地、开门方向）、序列号校验和CRC校验。

• 1.2 系统功能与数据同步检测

  • 技术要点：

    • 数据源准确性： 模拟SCT系统产生不同场景下的ATS数据（如正常到发、列车晚点、扣车、通过、终点站变更），检测MPIS前端接收软件能否准确无误地解析并处理这些数据，验证解析后的列车目的地、到站时间、换乘信息与源端完全一致。

    • 端到端延迟： 测量从SCT数据发生变化（触发时刻），到终端设备（如站台LCD屏）显示相应更新内容之间的总延迟。该指标通常要求在秒级以内。检测时需采用高精度时间同步（如NTP），并在关键节点抓包打时间戳，计算应用层数据抵达时间。

    • 媒体同步： 对于包含音频广播（SCT可触发）和视频信息（MPIS播放）的场景，检测语音报站与LCD屏显示的到站信息、闪灯图（动态线路图）之间的同步性。通过专业音视频分析仪或人工目测法，评估声画同步误差是否在可接受范围内（如±100ms）。

    • 内容播发可靠性： 向MPIS系统下发紧急信息、广告模板或实时流媒体，检测所有指定区域的终端设备能否完整、无失真、无马赛克地接收并播放。对于LED屏，检测文字滚动刷新是否流畅，有无丢字、乱码。

• 1.3 故障切换与冗余机制检测

  • 技术要点：

    • 网络冗余切换： 在启用环网协议（如RSTP、MSTP）或链路聚合的网络上，人为制造单点故障（如拔掉核心交换机间互联光纤、断开终端设备的接入链路）。使用网络抓包工具持续向目标设备发送Ping包，记录网络中断时间（丢包数）和恢复时间。验证切换过程是否符合设计要求（如RSTP要求在秒级甚至50ms内恢复）。

    • 服务器主备切换： 模拟MPIS核心服务器或SCT接口服务器宕机或服务进程崩溃。观察备用服务器是否自动接管服务，检测终端设备在此期间是否出现信息中断或显示异常，记录服务中断时间和数据丢失情况。

    • 终端离线/恢复机制： 强制断开终端设备的网络连接，观察MPIS网管系统能否在预期时间内（如30秒）准确上报该设备离线告警。恢复连接后，检测终端能否自动重连服务器，并同步离线期间错过的关键信息（如最新的列车时刻表或紧急通知）。

2. 各行业检测范围的具体要求

轨道交通行业涉及多个子系统，其联网功能检测需覆盖从控制中心到车站，再到轨旁和车载的所有环节。

• 2.1 控制中心系统联网检测

  • 范围： 核心交换机、MPIS中心服务器（含接口服务器、发布服务器）、SCT系统接口机、网管工作站、时钟系统（NTP服务器）。

  • 具体要求：

    • 验证中心MPIS服务器与SCT接口机之间的网络冗余连接，要求双链路必须工作在不同的物理端口或板卡上。

    • 检测中心级设备与全线所有车站级设备的跨三层路由可达性，确保路由收敛时间符合设计规范。

    • 验证中心网管平台能否通过SNMP协议（如v2c或v3）获取到所有车站交换机、MPIS控制器、甚至智能终端的运行状态、CPU负载和端口流量。

• 2.2 车站级系统联网检测

  • 范围： 车站接入交换机、车站MPIS控制器（本地服务器）、广播控制盒、站厅/站台各类终端（LCD/LED显示屏、查询机）。

  • 具体要求：

    • 广播与PIS联动： 在车站级模拟列车到发事件，检测车站控制器是否能正确驱动站台LED屏显示车次信息，同时触发相应站台的广播功放，播放对应的预录音频。检测广播分区是否正确，不得出现错区广播。

    • 本地缓存与播放： 断开车站控制器与中心网络的连接，模拟“降级模式”。检测终端设备是否能从本地缓存读取预存的公共信息或应急内容进行循环播放。恢复网络后，验证本地内容是否能被中心的最新内容覆盖更新。

    • 多屏同步： 检测同一站台两侧的多块LCD屏，在播放同一直播视频源或紧急图文时，画面切换、滚动起始时间的高度同步性，差异应在毫秒级，避免造成视觉干扰。

• 2.3 轨旁与车载系统联网检测

  • 范围： 轨旁无线接入点（AP）、车载交换机、车载控制器、车载LCD/LED显示屏、车载摄像机。

  • 具体要求：

    • 车地无线切换： 列车在高速运行（如80km/h）状态下，检测车载终端与控制中心网络的连续性。重点测试车载PIS在跨AP切换时，视频流或实时信息的丢包率和延迟变化，切换过程应平滑，不出现长时间卡顿或信息黑屏。

    • 实时信息更新： 列车运行中，SCT通过车地无线向车载PIS发送实时到站信息。检测列车进入隧道等信号弱区前，能否成功接收即将到站的完整信息。验证列车在不同位置（如区间运行、进站停稳、出站）时，车载屏显示的动态线路图、到站指示的准确性。

    • 车厢视频实时上传： 如涉及车载摄像机视频上传功能，检测在列车运行时，将车厢内实时视频流通过车地无线网络回传至控制中心的网络带宽、稳定性和图像质量。验证在带宽受限时，系统是否能智能调整码率以保证关键数据的传输。

3. 检测仪器的原理和应用

• 3.1 网络协议分析仪

  • 原理： 基于软件（如Wireshark、Tshark）或专用硬件，通过将网卡设置为混杂模式，捕获网络链路上的原始数据包。仪器对数据包进行解封装，解析L2-L7层的协议头及负载内容，并根据预设的过滤器或触发器进行统计、解码和故障定位。

  • 应用：

    • 部署在SCT接口服务器与MPIS核心交换机之间的镜像端口上，捕获ATS实时数据流。通过分析TCP或UDP载荷，验证MPIS接收软件对车次号、到站时间等字段的解析逻辑是否正确。

    • 部署在车站MPIS控制器与PIS终端之间的链路上，分析厂商自定义的应用层协议，检测心跳包发送周期、状态上报字段以及屏幕刷新指令的格式。

    • 用于测量端到端的精确延迟，通过在发送端和接收端抓包，并利用NTP同步时间戳，计算特定数据帧从离开SCT到被终端网卡接收的时间差。

• 3.2 网络损伤仪

  • 原理： 仪器串联在被测网络链路中，能够在物理层或网络层对数据流进行干扰。它可以模拟广域网的恶劣环境，引入可控的延迟（Delay）、抖动（Jitter）、丢包（Packet Loss）、带宽限制（Bandwidth Throttling）和错序（Reordering）。

  • 应用：

    • 模拟车地无线链路在列车高速移动或经过干扰区时的网络劣化情况，测试车载PIS视频播放的抗丢包能力和图像恢复时间。

    • 在中心与车站的骨干链路上引入高延迟，测试MPIS系统在长肥网络下的TCP传输性能，以及控制指令是否能超时重传。

    • 模拟SCT接口链路产生少量丢包，检验MPIS接口程序的数据重传请求机制和丢包容忍度，是否会因少量丢包导致数据解析中断或进程崩溃。

• 3.3 一线网络综合测试仪（Fluke或同类产品）

  • 原理： 集成多种测试功能，包括数字万用表（DMM）、时域反射计（TDR）、电容测量和专业的线序测试。对于光纤，则使用光时域反射计（OTDR）原理，通过发射光脉冲并分析背向散射信号来检测光纤链路的长度、损耗、熔接点和断点。

  • 应用：

    • 在施工验收阶段，用于验证从弱电间交换机端口到站台PIS屏信息点之间的网线制作质量，确认其布线长度不超过100米限制，并测试近端串扰（NEXT）、回波损耗（RL）等关键参数是否满足六类线或超五类线的标准。

    • 排查物理层故障，例如当某个PIS屏间歇性断网时，使用TDR功能测试网线是否有隐性断裂或接触不良。

    • 使用光功率计和光源，测试连接车站与中心之间的骨干光纤的插入损耗，确保光模块接收功率在允许的阈值范围内。

• 3.4 视频质量分析仪与音频分析仪

  • 原理：

    • 视频质量分析仪： 通过对比发送端的原始视频流和接收端捕获的受损视频流，利用峰值信噪比（PSNR）、结构相似性（SSIM）或视频多方法评估融合（VMAF）等算法，对视频经过网络传输和解码后的质量进行客观评分。

    • 音频分析仪： 生成标准频率的音频信号，通过高精度麦克风拾取广播系统输出的声音，分析其频率响应、总谐波失真（THD+Noise）、信噪比（SNR）以及语音传输指数（STIPA），评估广播清晰度。

  • 应用：

    • 视频质量： 在控制中心播放标准测试视频序列，在轨旁或车载LCD屏处通过摄像头采集显示画面，输入视频质量分析仪，评估车地无线传输和压缩编码对图像造成的损伤程度。

    • 声画同步： 音频分析仪与视频分析仪联动，检测广播报站声音与LCD屏画面切换之间的时间差。

    • 广播清晰度： 在站台嘈杂环境下，利用音频分析仪播放测试信号，并通过麦克风在站台有效收听区域采集声音，计算STIPA值，评估广播系统的语言清晰度是否满足轨道交通设计规范（通常要求STIPA ≥ 0.5）。