无线通信技术在平安城市建设之应用分析

  近年来,随着中国城市化进程的加速,城市规模不断扩张,城市人口不断增长。快速增长的人口以及由此而来的不断增大的人口流动性,给城市治安监管带来很大的压力。传统的以人力防范和事后处理为主的公安管理模式已经开始制约城市治安管理水平的进一步提高。城市公安管理部门迫切需要采取更多的技术手段来提高管理范围和效率,弥补人力管理资源缺乏和效率不高的缺点。在这个大背景下,各地政府陆续开工建设平安城市项目。平安城市(城市动态监控系统)是一个覆盖整个城市的大型综合监控系统,业务范围覆盖治安、交管、消防、刑侦、内保等多个公安警种,系统组成包括社会治安监控系统、交通智能卡口系统、电子警察系统、社会重点防范单位监控系统等多个独立而又互相协作的子系统,系统的核心是城市报警与监控系统。

  在大多数的平安城市视频监控系统中,有线网络(电缆或光纤)一直是主流的传输模式,通过架空或地埋方式搭建的有线网络,为视频监控系统中的图像传输提供了高质量的信息高速公路。近年来,随着平安城市项目逐渐向二、三级城市推进,有限的线路资源、复杂的地理环境往往成为有线网络发展的瓶颈。另外,网络建设过程中,城市管理者们对环境保护、建网速度、建网成本、维护费用等的要求也在不断提升,在这种情况下,无线传输网络以其高度的灵活性、便捷性、移动性、低成本和保护用户投资等特性,在平安城市项目中崭露头角。

  平安城市监控系统中的有线传输网络,其传输媒介主要是光纤,结合网络节点的光端机、路由器、交换机、Hub和前端的以太网线等设备和材料,组成有线传输网络,完成视频监控系统信号的传输。

  有线传输网络的优点是带宽高、稳定性好。但在某些场合会受到布线本身的限制,如审批流程长、布改线工程量大、网络节点不可移动等;特别是当要把相距较远的节点连接起来时,铺设专用有线通信线路的施工难度大、费用高、耗时长,不能完全满足平安城市视频监控系统的投资控制和建设速度的需求。

  平安城市监控系统中的无线传输网络是通过无线电技术,将数字化后的视频信号承载在无线电波上,从发射端(前端)传送到接收端(如监控中心)的传输网络。无线传输网络与有线传输网络最大的不同在于传输媒介的不同,在无线传输网络中,无线电技术取代了传统的光纤。由于无线传输系统只需考虑网络节点(即安装点)的环境条件,从而大大地降低了施工难度,提高了建设效率。

  无线传输网络的优点是组网灵活、安装便捷、维护费用低,且可扩展性好。从组网模式上看,可分为点对点组网模式和点对多点组网模式。

  点对点组网模式常用于固定的两个站点之间,是无线组网的常用方式。这种方式建成的网络,传输距离远,传输速率高,受外界环境影响较小。点对点组网模式如图1所示。

  点对多点组网模式常用于一个中心点和多个远端点的情况。这种方式建成的网络,组网成本低,维护简单,调试方便。点对多点组网模式如图2所示。

  宽带无线接入系统(BroadbandWirelessAccessSystem)是一种基于IP的、支持高速率的无线系统。系统利用无线包交换技术来实现包括快速Internet接入、视频流传输、局域网互联、VoIP和虚拟专网(VPN)等高速的IP业务。系统支持蜂窝组网,具备大规模应用部署能力。

  系统通常工作在免申请频段(5.8GHz),使用时分双工(TDD)模式,利用正交频分复用(OFDM)调制和前向纠错(FEC)技术,可以支持较好的非视距(NLOS)应用,在复杂的地理环境条件下,给用户提供最好的覆盖。系统传输距离较远,最远可达50公里。

  综合宽带无线接入系统的特点我们可以看出,在平安城市视频监控系统中,宽带无线接入系统以其高速率和远传输距离的特点,相对于其它无线技术,具有比较优势,非常契合视频信号高速率、远传输距离的基本要求。

  在宽带无线接入系统市场上,奥维通的BreezeACCESSVL和BreezeNETB产品,以其优异的性能表现,占据了较大的市场份额。这两款产品均工作在4.9-5.8GHz频段,射频采用正交频分复用调制和前向纠错技术,可以有效地克服电磁波的多径衰落和干扰,支持更好的非视距传输能力,确保在复杂的传播环境下,提供高速稳定可靠的数据传输。

  支持点对点和点对多点组网模式(其中BreezeNETB仅支持点对点组网模式);

  宽带无线接入系统组网及频率规划比较灵活,现以5.8GHz频段为例进行详尽分析。

  5.8GHz频段可用频率波道配置如下图所示,共有10个20MHz频点(有频率交叉),具体频率值如图8所示。

  在进行单基站频率配置时,遵循图9(10MHz)和图10(20MHz)所示原则。图中单基站配置分别为OMNI(360)×1扇区、120×3扇区、90×4扇区和60×6扇区。

  在平安城市网络建设初期,可采用120×3扇区(20MHz)的单基站配置。每扇区空口容量54Mbps,每基站容量为162Mbps。后期如网络容量需求扩大,可使用90×4扇区,每基站容量将扩大至216Mbps。

  系统可用频率资源较少,提供带宽低,从技术角度讲,在平安城市建设中,移动无线视频传输系统较难进行大规模的组网(如使用8MHz/信道,可用信道仅1个,无法进行多扇区划分和频率复用;而如采用2MHz/信道,可用信道为4个,可以考虑多扇区划分和频率复用,但由于信道带宽减小4倍,相应的系统容量也会减小4倍)。3.4两种主要无线技术参数比较表

  从上表可以看出,宽带无线接入系统以其高容量、规模组网能力和长距离传输取胜,非常适合在平安城市传输网络中的接入层、汇聚层(及部分骨干层)应用,特别是在网络的接入和汇聚节点,可以作为光纤的替代来使用。

  而且,比照光纤,宽带无线接入系统有很大的成本优势。在没有光纤资源或光纤资源不足的区域,用宽带无线接入系统代替光纤,在提供同等通信质量的情况下,宽带无线接入系统的投资成本要远远小于光纤的投资成本,从保护用户投资的角度考虑,在特定区域,宽带无线接入系统有着广阔的应用空间。

  移动无线视频传输系统主要以其移动性取胜,在平安城市的一些特殊场合(如移动中的视频传输)进行应用。

  总体来看,两种无线技术本身是互补关系。作为平安城市建设中可以选择的两种主要无线技术,它们的加入,有力地补充了有线传输网络天然的缺陷和不足,大大提高了网络规划的灵活性。

  从平安城市建设的情况看,单纯的基于有线的传输网络在进行视频监控信号传输时存在着明显的缺点。这些缺点有:布点受限制,监控点的选择一般都需靠近有线接入节点的地方,这种方式限制了布点的灵活性;布点工程量大,需要铺设网线和光纤,由于基础网络的工程量比较大,因此一般有线传输比较适用于已有基础网络的场合;工程周期长,铺设基础线缆耗时耗力;缺乏灵活性、移动性,扩展和调整不方便,会增加不必要的基础网络建设和工程施工量。

  而无线传输网络具有诸多先天性的优点,可以让视频监控彻底摆脱有线传输网络带来的种种限制,伴随着相关无线技术(如终端技术、组网技术、传输技术等)的持续进步,并与其它安防技术的紧密融合,我们相信,未来平安城市的传输网络,必然是一种有线与无线相结合的方式。其中,(光纤)有线传输网络主要负责骨干网络的高数据量(Gbps)传输,无线传输网络负责汇聚和接入层的中低数据量(10/100Mbps)传输。当然,对于一些前端到接入节点较近的情况(100米以内),中低数据量的传输也可使用有线以太网线直接连接的方式完成。总之,基于无线的视频监控业务数据传输,必将在平安城市的建设中获得越来越广泛的应用。

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