2024年5月21日发(作者：孝雁菱)
ｌ城市轨道广场Ｉ解决方案
ＩＰｖ６在城市轨道交通建设中的应用
随着计算机技术、网络技术和自动控制技术的进
步，轨道交通各专业系统不同程度地实现了自动化控制
和管理。但是这些监控系统和网络相互独立，相互间联
络困难，而且成本高、层次低，不利于实现轨道交通运
营管理的信息互通及资源共享，降低了综合可靠性、响
应性和运营管理效率。
为提高轨道交通运营管理水平，可以将地铁车站和
控制中心具有相关功能的系统进行集成与互联，达到多
专业系统设备共享、数据信息互通、提高运营管理效率
的目的。提高运营效率、提高应变能力、提高轨道交通
现代化运营管理水平，并且为优化运营调度和值班模式
提供灵活的平台。其总体目标为：保障乘客安全、保障
行车、提高运营管理效率以及节能降耗。
ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏ１）技术在多个工业控制领域具
有良好应用，是当前控制网络发展的重要方向。由于地
铁应用环境自身的特点，传统ＩＰ控制网络技术在移植到
地铁应用环境中时会遇到各种问题，影响了这一技术在
地铁控制与管理活动中的进一步推广。
ＩＰｖ４与ＩＰｖ６技术介绍
ＩＰｖ４（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｖｅｒｓｉｏｎ ４）是目前工业控
制网络中主要应用的技术。其具有简单、设备成本低、
应用技术成熟等特点。ＩＰｖ４在过去的地铁建设中满足基
础网络建设的要求，然而，由于其自身实现机制的局限
性。在未来地铁信息化建设中面临着一些不足：ＩｐＶ４地
址空间有限，无法满足海量设备的组织要求。ＩｐＶ４系
统路由负担较重，通信速度受到影响，系统提升潜力有
限。ＩＰｖ４的Ｑｏｓ实现机制存在缺陷，无法根据需求动态
调整。ＩＰｖ４的系统的移动性较差，无法满足高速移动应
用环境中，网络快速迁移的要求。ＩＰｖ４的实现协议存在
缺陷，为利用网络开展的攻击留下漏洞。
ＩＰｖ６是“Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｖｅｒｓｉｏｎ ６”的缩写，它
是ＩＥＴＦ设计的用于替代现行版本ｌＰ协议ＩＰｖ４的下一代ＩＰ
协议。与传统的ｌＰｖ４技术相比，它就有以下的技术特
点：ＩＰｖ６地址长度为１２８比特，地址空间增大了２的９６次
５６世界轨道交通２０１２ ９
◎暴伟郭皓明舒适良
表一数据包往返延时
、、
、《息量（
＼＼
字节）
ＩＰ
６４ １２８ ２５６ ５１２ １０２４ １４４０
ＩＰｖ４ ２４６ ２６２ ２９７ ３６４ ４８７ ６０３
ＩＰｖ６ ２４４ ２６１ ２９５ ３６０ ４８２ ５９６
表二Ｔｃｐ带宽（ＫＢ／ｓ，千字节每秒）
＼造息量（字节） １０Ｍｂ以太网 １００Ｍｂ￣；，Ｌ太网
ｌｐ
＼
ＩＰｖ４ １０９５ １１００３
ＩＰｖ６ １０９２ ９０７６
方倍；灵活的ＩＰｔ￣．文头部格式。使用一系列固定格
式的扩展头部取代了ＩＰｖ４中可变长度的选项字段；
ＩＰｖ６简化了报文头部格式，字段只有７个，加快报
文转发，提高了吞吐量；提高安全性。身份认证和
隐私权是ＩＰｖ６的关键特性；支持更多的服务类型；
加入了对自动配置的支持。这是对ＤＨＣＰ协议的改
进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加
方便和快捷。允许协议继续演变，增加新的功能，
使之适应未来技术的发展。
表１中展示了在１００Ｍｂｐｓ网络上，６４字节到
１４４０字节的ｐｉｎｇ数据包的往返延迟。
通过测试数据表明，随着数据包的增大，
ＩＰｖ６在网络延迟方面性能明显优于ＩＰｖ４。这一优
势，在大流量数据密集交换的应用环境中效果更为
突出；
表２展示了在１０Ｍｂ和１００Ｍｂ以太网上，使用
ＴＣＰ发送６４ ＭＢ的带宽。１０Ｍｂ以太网中，两者区
别并不。但是在快速网络（１００Ｍｂ以太网）中，
ＩＰｖ６的带宽优势逐渐体现。
通过测试表明，与ＩＰｖ４ｔｌ￣比，ＩＰｖ６在大流量
数据传输方面具有更明显的优势。
ＩＰｖ６的应用优势
Ｐｖ６对于ＩＰｖ４的技术与性能优势在地铁应用
环境中效果尤为明显。相对ＩＰｖ４，ＩＰｖ６ 在基础协议中，ＩＰｖ６将ＩＰＳｅｃ
Ｉ２Ｏ
自身具有巨大的地址空间，同一子网可
嵌入到基础协议栈中，通信的两端
ｌｏａ韩
捌口Ｉ‘
８Ｏ
惴
以标示２６４个节点，完全满足未来地铁
可以启动ＩＰＳＥＣ３［Ｉ密通信的信息和
各个子系统中设备增容扩容的需求。巨
通信过程。攻击者不能通过第三方
大的网络空间容量，在满足今后地铁发
攻击的方法对通信过程进行破坏与
２Ｏ＇‘
偶
展要求的同时，为设备网络建设提供更
劫持。同时黑客即时截取了通信数
加灵活的组织方式。通过合理网络划
据包，也会因为无法解码而不能窃
８●ｌ２Ｂ ２５６ ５１２ ｌ ｏ２●ｌ ２∞ｌ ４９８
■■大圆）
分，可以提高系统整合程度，减少子网
系统数量，在跨网穿行等方面相较ＩＰｖ４
具有巨大的优势；ｌＰｖ６可以采用了无状
态的地址分配方案解决地铁全线范围内
设备ｌＰ地址分配的问题。采用这一策略
后，网络不再需要保存节点的地址状
态，维护设备地址的更新周期，简化了
地址分配的过程，网络可以以很低的资
源消耗来分配来达到海量地址分配的目
的，真正实现即插即用；在高速行驶的
应用环境中，保证设备的即时接入与
可靠控制；ＩＰｖ６充分考虑了移动性的问
题，针对移动ｌＰｖ４网络中的三角路由问
＾赫１ｅ｝粗－瞧）— 稚
题，通过ＩＰ地址绑定缓冲的以及探测节
点移动的方法给出了解决方案。与ＩＰｖ４
相比，ＩＰｖ６的最大优势是数据流可以直
接发送到移动节点，而非通过家乡代理
转发。在地铁列车高速移动的过程中，
在不同子系统网络环境穿行时，传统的
ｌＰｖ４环境的三角路由大大降低了传输的
效率，导致延时过长，严重影响了运营
部门对行驶车辆状况的正确掌握。
从ＩＰｖ６的规范框架中可以看到，
Ｉ Ｐｖ６流标签提出的支持服务质量保证
的最低要求是标记流，既给标记流打标
签。在应用环境中普遍存在节点数量众
多，通信流量突发性较强的特点。与
ＩＰｖ４相比，ＩＰｖ６的流标签有２０ｂｉｔ足够
记录大量节点的数据流，同时ＩＰｖ６可以
在一个通信过程中，只在必要时数据包
才携带流标签，既在节点发送重要数据
时，动态提高应用的服务质量等级，可
以实现精细化的通信控制，与ＩＰｖ４的粗
放型管理形成根本区别。
取通信节点的信息。因此在通信安
ＩＰｖ４一ＩＰｖ６网关转换过程中吞吐量测试的基本情况
全方面，ＩＰｖ６具有明显的优势；
综上所述，相对ＩＰｖ４，ｌＰｖ６
７Ｏ
技术在解决地铁应用环境中各种问
∞
５ｏ
题时具有一定优势。同时，为未来
‘ｏ
地铁信息化建设进一步发展预留一
３ｏ
定的技术空间，可以满足地铁行业
２ｏ
ｌＯ
实现自动化、智能化精细管理的基
Ｏ
本。在可预见的未来，ＩＰｖ６技术可
８‘ １２８ ２５６ ５１２ ｌ ｏ１４ Ｉ ２１１０ ｌ ４９１１
羲■■
望进一步推进地铁行业整体发展。
指定帧大小情况下的延迟情况
ＩＰｖ４与ＩＰｖ６相互转换
从ＩＰｖ４向ＩＰｖ６整体过渡。
地铁是一个由多设备控制系统构成
（１ 瓣■
由于ＩＰｖ６技术在工业控制领域的巨
的综合复杂系统，其建设遵循循序渐进
大优势，一些传统的控制设备制造商推
的基本方针。在未来ＩＰｖ６技术应用的过
出较为成熟的工业以太网交换设备，例
程中，势必会与现有的ｌＰｖ４系统衔接，
如Ｍｏｘａ于２００９年推出ＥＤＳ－５１０Ａ系列产
在一定时期内存在ｌＰｖ４与ＩＰｖ６共存的
品。这就为ＩＰｖ６在地铁行业中的推广提
情况。因此需要解决两者并存的综合组
供了物质基础。
网问题。针对这一问题，通常可以采用
双栈策略以及隧道策略两种基本方法。
结合地铁自身特点与未来发展，
双栈策略是指在网元中同时具有ｔＰｖ４和
本文对ＩＰｖ４与ＩＰｖ６技术展开对比与深
ｌＰｖ６两个协议栈，它既可以接收、处
入分析，总结了ＩＰｖ６技术在地铁行业中
理、收发ＩＰｖ４的分组，也可以接收、处
应用的优势。在轨道交通监控系统中构
理、收发ＩＰｖ６的分组。隧道策略就是利
筑ＩＰｖ６网络，是对传统的监控系统的突
用一种协议来传输另一种协议的数据技
破，是实现智能化、自动化精细管理的
术。研究人员针对混合组网展开深入研
技术基础，反应了对轨道交通建设中进
究，提出一系列方法。在ｌＰｖ４与ｌＰｖ６过
一
步发展要求，同时，也将极大地推动
渡时期，虽然混合组网会造成网络整体
ＩＰｖ６在中国的普及和应用，提高我国在
性能的部分下降，但是其影响可以控制
轨道交通建设中设备互联监控领域的信
在合理的范围内。
息化水平。
通过这些测试可以看到在ｌＰｖ６与
（作者：北京新奥集团有限公司；
ｌＰｖ４并存的情况下，系统整体性能是能
北京航空航天大学；国家体育总局信息
够满足当前应用的基本要求，从而保证
中心
５７
2024年5月21日发(作者：孝雁菱)
ｌ城市轨道广场Ｉ解决方案
ＩＰｖ６在城市轨道交通建设中的应用
随着计算机技术、网络技术和自动控制技术的进
步，轨道交通各专业系统不同程度地实现了自动化控制
和管理。但是这些监控系统和网络相互独立，相互间联
络困难，而且成本高、层次低，不利于实现轨道交通运
营管理的信息互通及资源共享，降低了综合可靠性、响
应性和运营管理效率。
为提高轨道交通运营管理水平，可以将地铁车站和
控制中心具有相关功能的系统进行集成与互联，达到多
专业系统设备共享、数据信息互通、提高运营管理效率
的目的。提高运营效率、提高应变能力、提高轨道交通
现代化运营管理水平，并且为优化运营调度和值班模式
提供灵活的平台。其总体目标为：保障乘客安全、保障
行车、提高运营管理效率以及节能降耗。
ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏ１）技术在多个工业控制领域具
有良好应用，是当前控制网络发展的重要方向。由于地
铁应用环境自身的特点，传统ＩＰ控制网络技术在移植到
地铁应用环境中时会遇到各种问题，影响了这一技术在
地铁控制与管理活动中的进一步推广。
ＩＰｖ４与ＩＰｖ６技术介绍
ＩＰｖ４（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｖｅｒｓｉｏｎ ４）是目前工业控
制网络中主要应用的技术。其具有简单、设备成本低、
应用技术成熟等特点。ＩＰｖ４在过去的地铁建设中满足基
础网络建设的要求，然而，由于其自身实现机制的局限
性。在未来地铁信息化建设中面临着一些不足：ＩｐＶ４地
址空间有限，无法满足海量设备的组织要求。ＩｐＶ４系
统路由负担较重，通信速度受到影响，系统提升潜力有
限。ＩＰｖ４的Ｑｏｓ实现机制存在缺陷，无法根据需求动态
调整。ＩＰｖ４的系统的移动性较差，无法满足高速移动应
用环境中，网络快速迁移的要求。ＩＰｖ４的实现协议存在
缺陷，为利用网络开展的攻击留下漏洞。
ＩＰｖ６是“Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｖｅｒｓｉｏｎ ６”的缩写，它
是ＩＥＴＦ设计的用于替代现行版本ｌＰ协议ＩＰｖ４的下一代ＩＰ
协议。与传统的ｌＰｖ４技术相比，它就有以下的技术特
点：ＩＰｖ６地址长度为１２８比特，地址空间增大了２的９６次
５６世界轨道交通２０１２ ９
◎暴伟郭皓明舒适良
表一数据包往返延时
、、
、《息量（
＼＼
字节）
ＩＰ
６４ １２８ ２５６ ５１２ １０２４ １４４０
ＩＰｖ４ ２４６ ２６２ ２９７ ３６４ ４８７ ６０３
ＩＰｖ６ ２４４ ２６１ ２９５ ３６０ ４８２ ５９６
表二Ｔｃｐ带宽（ＫＢ／ｓ，千字节每秒）
＼造息量（字节） １０Ｍｂ以太网 １００Ｍｂ￣；，Ｌ太网
ｌｐ
＼
ＩＰｖ４ １０９５ １１００３
ＩＰｖ６ １０９２ ９０７６
方倍；灵活的ＩＰｔ￣．文头部格式。使用一系列固定格
式的扩展头部取代了ＩＰｖ４中可变长度的选项字段；
ＩＰｖ６简化了报文头部格式，字段只有７个，加快报
文转发，提高了吞吐量；提高安全性。身份认证和
隐私权是ＩＰｖ６的关键特性；支持更多的服务类型；
加入了对自动配置的支持。这是对ＤＨＣＰ协议的改
进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加
方便和快捷。允许协议继续演变，增加新的功能，
使之适应未来技术的发展。
表１中展示了在１００Ｍｂｐｓ网络上，６４字节到
１４４０字节的ｐｉｎｇ数据包的往返延迟。
通过测试数据表明，随着数据包的增大，
ＩＰｖ６在网络延迟方面性能明显优于ＩＰｖ４。这一优
势，在大流量数据密集交换的应用环境中效果更为
突出；
表２展示了在１０Ｍｂ和１００Ｍｂ以太网上，使用
ＴＣＰ发送６４ ＭＢ的带宽。１０Ｍｂ以太网中，两者区
别并不。但是在快速网络（１００Ｍｂ以太网）中，
ＩＰｖ６的带宽优势逐渐体现。
通过测试表明，与ＩＰｖ４ｔｌ￣比，ＩＰｖ６在大流量
数据传输方面具有更明显的优势。
ＩＰｖ６的应用优势
Ｐｖ６对于ＩＰｖ４的技术与性能优势在地铁应用
环境中效果尤为明显。相对ＩＰｖ４，ＩＰｖ６ 在基础协议中，ＩＰｖ６将ＩＰＳｅｃ
Ｉ２Ｏ
自身具有巨大的地址空间，同一子网可
嵌入到基础协议栈中，通信的两端
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８Ｏ
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各个子系统中设备增容扩容的需求。巨
通信过程。攻击者不能通过第三方
大的网络空间容量，在满足今后地铁发
攻击的方法对通信过程进行破坏与
２Ｏ＇‘
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展要求的同时，为设备网络建设提供更
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加灵活的组织方式。通过合理网络划
据包，也会因为无法解码而不能窃
８●ｌ２Ｂ ２５６ ５１２ ｌ ｏ２●ｌ ２∞ｌ ４９８
■■大圆）
分，可以提高系统整合程度，减少子网
系统数量，在跨网穿行等方面相较ＩＰｖ４
具有巨大的优势；ｌＰｖ６可以采用了无状
态的地址分配方案解决地铁全线范围内
设备ｌＰ地址分配的问题。采用这一策略
后，网络不再需要保存节点的地址状
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地址分配的过程，网络可以以很低的资
源消耗来分配来达到海量地址分配的目
的，真正实现即插即用；在高速行驶的
应用环境中，保证设备的即时接入与
可靠控制；ＩＰｖ６充分考虑了移动性的问
题，针对移动ｌＰｖ４网络中的三角路由问
＾赫１ｅ｝粗－瞧）— 稚
题，通过ＩＰ地址绑定缓冲的以及探测节
点移动的方法给出了解决方案。与ＩＰｖ４
相比，ＩＰｖ６的最大优势是数据流可以直
接发送到移动节点，而非通过家乡代理
转发。在地铁列车高速移动的过程中，
在不同子系统网络环境穿行时，传统的
ｌＰｖ４环境的三角路由大大降低了传输的
效率，导致延时过长，严重影响了运营
部门对行驶车辆状况的正确掌握。
从ＩＰｖ６的规范框架中可以看到，
Ｉ Ｐｖ６流标签提出的支持服务质量保证
的最低要求是标记流，既给标记流打标
签。在应用环境中普遍存在节点数量众
多，通信流量突发性较强的特点。与
ＩＰｖ４相比，ＩＰｖ６的流标签有２０ｂｉｔ足够
记录大量节点的数据流，同时ＩＰｖ６可以
在一个通信过程中，只在必要时数据包
才携带流标签，既在节点发送重要数据
时，动态提高应用的服务质量等级，可
以实现精细化的通信控制，与ＩＰｖ４的粗
放型管理形成根本区别。
取通信节点的信息。因此在通信安
ＩＰｖ４一ＩＰｖ６网关转换过程中吞吐量测试的基本情况
全方面，ＩＰｖ６具有明显的优势；
综上所述，相对ＩＰｖ４，ｌＰｖ６
７Ｏ
技术在解决地铁应用环境中各种问
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题时具有一定优势。同时，为未来
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地铁信息化建设进一步发展预留一
３ｏ
定的技术空间，可以满足地铁行业
２ｏ
ｌＯ
实现自动化、智能化精细管理的基
Ｏ
本。在可预见的未来，ＩＰｖ６技术可
８‘ １２８ ２５６ ５１２ ｌ ｏ１４ Ｉ ２１１０ ｌ ４９１１
羲■■
望进一步推进地铁行业整体发展。
指定帧大小情况下的延迟情况
ＩＰｖ４与ＩＰｖ６相互转换
从ＩＰｖ４向ＩＰｖ６整体过渡。
地铁是一个由多设备控制系统构成
（１ 瓣■
由于ＩＰｖ６技术在工业控制领域的巨
的综合复杂系统，其建设遵循循序渐进
大优势，一些传统的控制设备制造商推
的基本方针。在未来ＩＰｖ６技术应用的过
出较为成熟的工业以太网交换设备，例
程中，势必会与现有的ｌＰｖ４系统衔接，
如Ｍｏｘａ于２００９年推出ＥＤＳ－５１０Ａ系列产
在一定时期内存在ｌＰｖ４与ＩＰｖ６共存的
品。这就为ＩＰｖ６在地铁行业中的推广提
情况。因此需要解决两者并存的综合组
供了物质基础。
网问题。针对这一问题，通常可以采用
双栈策略以及隧道策略两种基本方法。
结合地铁自身特点与未来发展，
双栈策略是指在网元中同时具有ｔＰｖ４和
本文对ＩＰｖ４与ＩＰｖ６技术展开对比与深
ｌＰｖ６两个协议栈，它既可以接收、处
入分析，总结了ＩＰｖ６技术在地铁行业中
理、收发ＩＰｖ４的分组，也可以接收、处
应用的优势。在轨道交通监控系统中构
理、收发ＩＰｖ６的分组。隧道策略就是利
筑ＩＰｖ６网络，是对传统的监控系统的突
用一种协议来传输另一种协议的数据技
破，是实现智能化、自动化精细管理的
术。研究人员针对混合组网展开深入研
技术基础，反应了对轨道交通建设中进
究，提出一系列方法。在ｌＰｖ４与ｌＰｖ６过
一
步发展要求，同时，也将极大地推动
渡时期，虽然混合组网会造成网络整体
ＩＰｖ６在中国的普及和应用，提高我国在
性能的部分下降，但是其影响可以控制
轨道交通建设中设备互联监控领域的信
在合理的范围内。
息化水平。
通过这些测试可以看到在ｌＰｖ６与
（作者：北京新奥集团有限公司；
ｌＰｖ４并存的情况下，系统整体性能是能
北京航空航天大学；国家体育总局信息
够满足当前应用的基本要求，从而保证
中心
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