关于卡口系统中“无线4G+有线光纤”双网接入组网技术研究与实践 作者：林运生，钟定光
来源：《中国新通信》 2018年第7期
引言：通信作为信息传输与信息交换的手段, 在当今信息社会中扮演着非常重要的角, 已经成为信息时代社会发展和经济生活的生命线, 是保障公共安全信息传输的基本前提。在公共安全信息尤其是视频监控过程中, 监控图像信息( 可包括视音频信息、控制信息及报警信息等) 必须及时传送到公安机关, 应用到公安机关的治安防控、刑事侦查、交通管理等业务和实战中; 实践中结合构建疏密有度、科学合理的卡口布局，形成有效的涉车犯罪轨迹研判、逃逸轨迹自动生成及应急封控、有效拦截的卡口组网格局，以此满足相关警种业务运作和实战需求。以上这些信息数据的传输都是建立在通信系统基础之上的, 通信网作为卡口系统的神经,是一个复杂、分布面广、信息参数多的通信系统, 传输网络组建的合理性、安全性、稳定性、实时性将直接影响到卡口系统的正常运行。 一、卡口系统的现状和技术需求
近年来，随着涉车犯罪行为的增多，卡口系统资源角日趋彰显重要，各警种对卡口系统的使用需求不断增加，也对卡口系统建设提出新的要求。为保证系统组建的合理性、安全性、稳定性、实时性，提
升传输链路的可靠性问题，黄埔区公安分局在2015 年-2017 年卡口三年规划工作中着重分析了卡口系统及其通信网络的现状和需求，针对性的提出解决方案，并付诸于实践。
1.1 卡口系统信息传输的问题
为了保障卡口系统的信息传输，需要考虑系统的高度安全性和稳定性，传统的单一光纤传输在出现光纤故障时会导致系统完全实效，而如果改为单一4G 无线网络则无法保障通信的稳定性。因此，设计一套双传输系统互为备份的传输机制，是我们在新建卡口系统中亟需解决的问题。如果采用有线备份专线的方式，一是从成本考虑，由于分支节点较多，且建设规模不断增加，这种备份方式造价太高；二是从稳定性考虑，由于系统应用中分支节点的管道资源是限制的，尤其不同运营商的接入段光缆是走在同一个管道中，因此这段管道出问题时，主、备链路将同时失效。如何高稳定性的、低成本的解决此类专线保障已经成为我们关注的焦点。
1.2 卡口系统改进的需求
随着无线4G 网络技术的发展和高清视频图像信息的应用，我局在2015 年-2017 年卡口三年规划建设中提出通过有线光纤及无线4G 双网络接入方式实现数据传输，以保证卡口前端采集的过车数据图片及视频的传输稳定性和实时性。卡口系统中，当信息（可包括视音频信息、控制信息及报警信息等）经由IP 网络传输时，端到端的信息延迟时间（包括发送端信息采集、编码、网络传输、信息接收
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端解码、显示等过程所经历的时间）应满足下列要求：
气囊减震器 1、以广州市的实践应用为例，《广州市公安局道路卡口系统联网技术规范》过车数据与图片从抓拍后传输到广州市公安局卡口整合大数据平台，总时延≤ 18 秒（《广州市公安局道路卡口系统联网技术规范》）。其中：1）卡口摄像机抓拍并识别数据上传到汇聚服务器时延，应控制在2 秒以内；2）汇聚服务器推送数据到前置服务器时延，应控制在2 秒以内；3）边界接入平台交换时延应控制10 秒以内；4）后置服务器推送数据到广州市公安局卡口整合大数据平台时延，应控制在4 秒以内；5）卡口过车数据与图片从抓拍后传输到广州市公安局卡口整合大数据平台整体时延，应控制在18 秒以内。
2、联网系统网络带宽设计应能满足卡口前端设备接入公安分局机房、监控中心、用户终端接入监控中心的带宽要求，并留有余量。前端设备接入监控中心单路全景摄像机的网络传输带宽应不低于51200kbps。
图像传输质量应符合如下要求：（1）视频网络时延上限值为400ms；（2）时延抖动上限值为50ms；（3）丢包率上限值为1×10-3；（4）包误差率上限值为1×10-4。组织芯片
高清视频中，本地录像支持的视频帧率应不低于25 帧/秒；图像格式为1080P 或以上时，网络传输的视频帧率应不低于25 帧/ 秒，重要视频图像信息宜为30 帧/ 秒。
每套卡口前端连接入公安机房的链路光纤，带宽必须满足前端全景视频、拍照图片、前端控制和状态监控等传输要求。采用4G 传输时，需保持图片数据能够按照传输需求即时上传到机房卡口平台。
二、卡口系统通信网络改进方向和可行性分析
2.1 通信网络的改进方向
基于对卡口系统信息传输的问题和接入需求，黄埔区公安分局卡口项目重点研究解决无线线路备份有线线路的问题，有效的降低了系统传输网络建设投入成本，提高传输网络的稳定性。
项目采用无线4G 专线网络+ 有线光纤的双物理路由方式，通过无线EOIP 隧道技术实现点对点业务的透明传输。在接入段有线光缆出现故障时，自动切换到无线4G 专线替代光缆两端的光电转换设备，使得网络业务得以恢复。通过有线光纤+ 无线4G 的物理双路由传输备份保护，主链路采用传统的有线接入方式，承载网为运营商的SDH 或PTN/IPRAN等网络，备链路采用4G 无线的接入方式，具体实施方案描述如下：
1、系统接入模式。在各前端点位单独放置一台可管理3G/4G 无线接入设备，向下提供多路以太网接口接入到用户分支网络，向上通过3G/4G 无线的方式接入到运营商的3G/4G 网络，通过EOIP 隧道方式延伸到运营商的汇聚机房的3G/4G 无线接入设备并接入到同机房的多业务接入平台，进而延伸接
入到黄埔区公安分局机房，搭建一条无线的备用链路。同时，通过运营商监控机房的综合网管平台，可实现全网设备的统一管理，包括有线接入设备和3G/4G 无线接入设备，实现对设备和业务的实时监控和管理。2、线路切换模式。针对分布式实时系统，采用内部探测机制，通过主链路（有线线路）发起探测包，当探测到主链路中断时，将业务切换到3G/4G 备份链路。当探测到主链路恢复时，再次将业务切换到主链路，有效的节省了3G/4G 流量。
2.2 可行性分析
项目提出的“无线4G+ 有线光纤”双网技术是在国家对公共安全视频监控系统提出新要求的背景下，为解决卡口智能系统升级中网络传输系统的需求而提出的关键技术，是建设合理、高效、安全、稳定的卡口系统的保障。项目实施前，充分调研了卡口系统建设的现状，对传统单一光纤组网或双光纤备份组网系统进行了充分的研究，并通过建设实施单位掌握的大量实际案例，提出了光纤主链路与4G 网络备份组网的解决方案，具有高度的科学性。“无线4G+ 有线光纤”双网技术是建设单位黄埔区公安分局、承建单位中国电信及设备供应商通力合作的研究成果，该项技术融入在卡口系统建设的具体实施过程中，具备通用性和实用性。在技术层面上，应用了大量成熟技术，以新的模式和集成应用重构出创新的解决方案，提高了本项技术的有效性和成熟度。因此，在综合了背景支撑度、需求分析及解决方案的充分性、理论与实践研究的科学性等条件，项目提出的“无线4G+ 有线光纤”技术解决方案必是可行的、有效的。
三、无线4G 网络与有线光纤网络混合组网系统的实践
3.1 网络拓扑结构
基于“4G 无线网络+ 光纤有线网络”的卡口系统网络逻辑拓扑图如下图所示：
图1 混合组网系统架构示意图
前端系统通过4G 无线网络和光纤有线网络接入，两种网络接入方式互为备份。在光纤出现故障的情况下，自动切换启用4G 无线网络进行图片及数据传输，视频在前端管理设备进行应急存储，4G 传输码流为4Mbps。
气模 3.2 网络接入流程
无线网络接入流程
（1）前端摄像头采集的视频信号传输到双网接入设备。
（2）双网接入设备通过4G 无线网络传输到，经传输网络接入4G 网关，并最终接入城市视频专网。
有线网络接入流程
（1）前端摄像头采集的视频信号传输到双网接入设备；（2）双网接入设备将视频信号回传到光传输网的前端接入光传输设备；（3）视频信号经光传输网到达光传输网络的骨干节点传输设备；（4）视频信号传送到后台存储与现有平台中。系统中有线接入网络主要采用PON 技术[4]，整体组网采用纵向分层、横向成环的方式，每层网络均形成环网保护，可以充分保证信号在光传输网络的安全性与可靠性。
固定IP 地址分配策略针织加工
卡口终端对应设置视频专网对应专用的固定IP 地址池，并且每一个监控终端分配与该地址对应的20
位编码设备域名。并在视频管理平台中通过SIP 协议，将域名与摄像头IP进行动态绑定，实现摄像机的远程控制和远程管理。
前端传输网络
前端光传输网络由双网接入设备（双网接入设备）、光网络单元、光网络终端、汇聚路由器组成；前端4G 传输网主要由TDD-LTE/FDD-LTE/TD-LTE/WCDMA/TD-SCDMA/TD-HSDPA/TD-HSUPA/EVDO/CDMA2000 路由器（双网接入设备）、汇聚路由器组成。
四、系统测试
本文在黄埔公安高清卡口建设项目进行了实战系统测试, 测试网络环境采用了中国电信4G 传输网络。经过对卡口点位的信号测试，中国电信4G 网络信号全部覆盖，保证点位4G 信号强度，保证卡口数据传输的速率及稳定性。
前端卡口系统采用光纤网络及4G 无线网络双网接入模式，中国电信的4G 无线网络作为光纤网络的热备，当光纤线路故障时，4G 无线网络自动连接，只向后端传输卡口抓拍图片及车辆记录数据。
本系统实践中，我局结合以往治安卡口项目经验，采用的双网接入设备(4G+ 光纤) 产品品牌型号为： Raisecom,Gazelle R203i-A-GE4FE-11。经实践及测试，此产品技术指标完全满足“无线4G+ 有
线光学”双网切换自动切换的需求，有效的提升了卡口系统通信网络的实时性和稳定性。
五、结论
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网络传输系统使用光纤网络与4G 移动网络混合组网、互为备份的技术可有效实现建设合理的、安全的、稳定的、高效的卡口系统需求，以较低的成本有效的解决传统卡口网络传输系统的稳定性和实时性问题，是卡口系统创新性的关键技术。通过黄埔区卡口的具体实施，证明了技术的有效性和实际应用价值。将来，传输系统还可通过5G 网络、SDN等新通信技术进一步升级，并实现与物联网、人工智能识别等系统的整合应用，具有高度的工程应用性，发展前景乐观，市场潜力巨大。
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