通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在大型慶典活動中的應(yīng)用

張東

廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院 廣東 廣州 510060

引言

大型慶典活動的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般都存在有公網(wǎng)、活動組織內(nèi)部局域網(wǎng)、智能網(wǎng)等。但安全防范系統(tǒng)具有獨(dú)特的安全保密特性，一般是由安保部門、相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)才能使用和調(diào)控，不對外開放。大型慶典活動中，安保級別一般較高，安全保密性更加突出。同時(shí)大型慶典活動都有公安部門的介入，需接入公安系統(tǒng)專網(wǎng)，對安防計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全性要求進(jìn)一步提高。非開放性、安全性的特點(diǎn)促使安防系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)須采用專網(wǎng)的形式，系統(tǒng)的安全保密性得到保證，能達(dá)到專網(wǎng)專用，可使系統(tǒng)運(yùn)作正常，外界不能干擾。

1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前類似大型慶典活動安防專網(wǎng)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有兩層的，也有三層的。兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是將網(wǎng)絡(luò)分為核心層和接入層，三層網(wǎng)絡(luò)架是將網(wǎng)絡(luò)分為核心層、匯聚層和接入層。兩者在核心層類似，均采用雙核心、雙鏈路設(shè)計(jì)，以適應(yīng)大型慶典活動安防專網(wǎng)高可靠性和高性能的要求。下一層的交換機(jī)均通過雙光纖路由分別接入到兩臺核心交換機(jī)，單點(diǎn)失效可以有效避免，充分保證了設(shè)備間的互聯(lián)。同時(shí)系統(tǒng)還提供充分的冗余備份，可以最大限度地減少故障的可能性，也可以保證安防網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全網(wǎng)路由能快速收斂。

大型慶典活動到底應(yīng)采用兩層，還是三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，得視具體情況。如果大型慶典活動是單一主監(jiān)控中心模式，我們建議采用兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；如果大型慶典活動是異地多監(jiān)控中心模式，我們建議采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

考慮到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，未來的安防計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)我們傾向于兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，核心交換機(jī)的性能、密度等大大增加，造價(jià)也不斷降低，新出現(xiàn)的OVT技術(shù)、VPLSoGRE技術(shù)，也支持著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層次的簡化。

在全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中，數(shù)據(jù)流量將主要集中前端編碼器/NVR至服務(wù)器/客戶端之間，以及監(jiān)控中心服務(wù)器之間，如能減少網(wǎng)絡(luò)層級，如不必再經(jīng)過匯聚層交換機(jī)，勢必會大大減少交換機(jī)之間的交互次數(shù)，并減少延遲，可靠性更高。

在兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，考慮到碼流對網(wǎng)絡(luò)的影響，設(shè)計(jì)上應(yīng)采用以組播為主的工作模式，每個(gè)接入交換機(jī)到核心交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)都采用了全星型的雙千兆，部分為萬兆鏈路，為數(shù)字系統(tǒng)的順暢的調(diào)用、存儲和回放提供了足夠的帶寬資源。視頻網(wǎng)絡(luò)從流量上來分析是一個(gè)典型的點(diǎn)到多點(diǎn)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)流從編碼器發(fā)出給相應(yīng)的接受者（如NVR、工作站、解碼器等）。

考慮到廣播風(fēng)暴的問題，安防專網(wǎng)可將道路監(jiān)控、消防、武警、水面監(jiān)控等每種應(yīng)用劃為一個(gè)邏輯區(qū)域（VLAN），將應(yīng)用劃分為邏輯區(qū)域有以下優(yōu)點(diǎn)[1]：實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的相對獨(dú)立，有利于區(qū)域內(nèi)部的故障隔離；便于實(shí)現(xiàn)基于區(qū)域的訪問控制。

2 網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性

大型慶典活動安防專網(wǎng)非常重要，為從根本上保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作，需要我們在設(shè)計(jì)時(shí)，提高網(wǎng)絡(luò)安全可靠性。

首先就是帶寬保障的問題。網(wǎng)絡(luò)或高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般需要2～6Mbps的帶寬，再加流媒體轉(zhuǎn)、實(shí)時(shí)點(diǎn)播、多碼流傳輸?shù)葧?，所以除了設(shè)計(jì)預(yù)留足夠的帶寬外，還需要做一些網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)化配置，如VLAN、ACCESS-LIST、QOS等。

第二，安全傳輸?shù)膯栴}，這是由于對合法的外部用戶、本地客戶端、移動客戶端開放使用權(quán)限造成的安全隱患，因?yàn)樗芯W(wǎng)絡(luò)客戶端用戶都有不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在其終端設(shè)備上，因此本身是不安全的，通過數(shù)據(jù)的交流以及一些不正確的操作，也會將一些病毒、木馬程序帶到監(jiān)控專網(wǎng)中來，會直接影響系統(tǒng)運(yùn)行?？稍诰W(wǎng)絡(luò)安全方面加強(qiáng)力度，網(wǎng)絡(luò)外部接口設(shè)置防火墻，針對外網(wǎng)用戶可配置VPN進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，另外，還需要在管理平臺和NVR設(shè)備中嵌入殺毒防黑的程序，進(jìn)行全方位的安全預(yù)防。

第三，提高關(guān)鍵服務(wù)器和關(guān)鍵主干光纖的可靠性。對于關(guān)鍵服務(wù)器，可采用雙機(jī)熱備份；對于關(guān)鍵主干光纖，也應(yīng)采用冗余備份，甚至在冗余線路上，采用雙路由（不同方向路由）備份。

第四，提高電源可靠性。除采用常見的UPS雙機(jī)并聯(lián)冗余或“N+1”供電外，服務(wù)器、核心交換機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備均應(yīng)采用雙電源模塊。

3 安防綜合布線

綜合布線的技術(shù)已十分成熟，這里我們主要談一下安防方面的綜合布線應(yīng)注意的幾個(gè)問題。

3.1 獨(dú)立布線

綜合布線系統(tǒng)必須根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)。安防計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理隔離的專網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般放在安防監(jiān)控中心機(jī)房，相應(yīng)地安防綜合布線的設(shè)備間也應(yīng)設(shè)在安防監(jiān)控中心機(jī)房內(nèi)。再加上安防綜合布線區(qū)域相對集中，也就在安防監(jiān)控中心、分控中心、各部門指揮站等地，因此，安防綜合布線需設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的布線系統(tǒng)，不與其他布線系統(tǒng)混在一起。該設(shè)計(jì)加強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性，安裝調(diào)試也很方便。

3.2 屏蔽網(wǎng)絡(luò)布線

大型慶典活動的安防專網(wǎng)由于有諸多政府安保部門的使用，因此會涉及公安信息、政務(wù)、技偵、國保、網(wǎng)監(jiān)等諸多機(jī)要信息，機(jī)密程度非常高，為了避免外界任何干擾，同時(shí)防止中途信息被截取，采用屏蔽網(wǎng)絡(luò)布線將是比較好的手段。根據(jù)政府相關(guān)文件規(guī)定，此類布線也應(yīng)采用屏蔽布線系統(tǒng)。

采用屏蔽網(wǎng)絡(luò)布線，可以減少電磁輻射對網(wǎng)絡(luò)傳輸線路的影響，大幅降低信號傳輸?shù)恼`碼率，有效的保證網(wǎng)絡(luò)交換速度。屏蔽層能防止電磁輻射泄露，保證機(jī)密信息在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部安全傳輸。

屏蔽布線是一個(gè)整體工程，包括屏蔽水平線纜、屏蔽主干線纜、屏蔽工作區(qū)連接硬件、屏蔽電信間連接硬件、屏蔽跳接線等，整個(gè)鏈路必須實(shí)現(xiàn)“端到端”屏蔽應(yīng)用。屏蔽系統(tǒng)要求必須正確有效地接地，否則屏蔽本身可能會成為一個(gè)輻射源，生成電流接地環(huán)路，或接收周圍輻射，這樣的屏蔽將形同虛設(shè)，毫無意義。

注意設(shè)計(jì)的靈活性，預(yù)留足夠多的主干光纖和孔道。大型慶典活動的安防工作有很多政府安保部門介入，公安、國安、武警、要員警衛(wèi)、軍隊(duì)等，其中公安系統(tǒng)就又有治安、戶政、交通、消防、特警等十幾個(gè)部門。每個(gè)安保業(yè)務(wù)部門都有自己的資源需求[2]。而且，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這些資源需求的變化也是十分之多的，因此，這就要求我們在安防綜合布線設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注意系統(tǒng)的靈活性，預(yù)留足夠多的主干光纖；各監(jiān)控中心機(jī)房至室外主干管線的孔道，需預(yù)留足夠多的管孔數(shù)；室外主干管線，也要為安防預(yù)留足夠多的管孔數(shù)。

4 無線集群通信

4.1 集群通信概念

無線集群通信又稱為專用業(yè)調(diào)度系統(tǒng)，是移動通信的一種[3]。無線集群通信系統(tǒng)所具有的可用信道可為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動選擇信道功能，它是共享資源、分擔(dān)費(fèi)用、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途、高效能的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。

無線集群通信的發(fā)展經(jīng)歷了模擬集群到現(xiàn)在的數(shù)字集群，數(shù)字集群新技術(shù)解決了安全問題，對客戶端可實(shí)施加密，竊聽和監(jiān)聽幾乎是不可能的，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)帶寬和容量將更大。

4.2 系統(tǒng)的基本設(shè)備及組成

4.2.1 基站。若干基本無線收發(fā)信機(jī)、天線共用器、天饋線系統(tǒng)和電源等設(shè)備組基站。天線共用器包括發(fā)信合路器和接收多路分路器。天饋線系統(tǒng)包括接收天線、發(fā)射天線和饋線。

4.2.2 移動臺。用于運(yùn)行中或停留在某未定地點(diǎn)進(jìn)行通信的用戶臺，它包括車載臺、便攜臺的手持臺，由收發(fā)信機(jī)、控制單元、天饋線（或雙工臺）和電源組成。

4.2.3 調(diào)度臺。它是能對移動臺進(jìn)行指揮、調(diào)度和管理的設(shè)備，分有線和無線調(diào)度臺兩種，無線調(diào)度臺由收發(fā)機(jī)、控制單元、天饋線（或雙工臺）、電源和操作臺組成。有線調(diào)度臺只有操作臺。

4.2.4 控制中心?？刂浦行陌ㄏ到y(tǒng)控制器、系統(tǒng)管理終端和電源等設(shè)備，它主要控制和管理整個(gè)集群通信系統(tǒng)的運(yùn)行、交換和接續(xù)。它由接口電源、交換矩陣、集群控制邏輯電路、有線接口電路、監(jiān)控系統(tǒng)、電源和微機(jī)組成。

4.3 功能應(yīng)用

無線集群通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一對一的私線呼叫、一對多的組呼、有線電話呼叫無線用戶、無線用戶撥打有線電話、緊急呼叫、多組呼叫、遇忙排隊(duì)等功能。

一般來講，無線集群系統(tǒng)主要提供系統(tǒng)內(nèi)部用戶之間的相互通信，但也可提供與系統(tǒng)外如市話網(wǎng)的通信[4]。無線集群通信系統(tǒng)區(qū)別于公眾無線電移動通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是，除了可以提供移動電話的雙向通話功能外，還可提供系統(tǒng)內(nèi)的群（組）呼、全呼；甚至建立通話優(yōu)先級別。這些特點(diǎn)特別適合大型慶典活動指揮調(diào)度需要。

前面提到，大型慶典活動的安保工作需很多安保單位參加，指揮調(diào)度往往需要各部門、各單位的協(xié)作，統(tǒng)一調(diào)度。集群系統(tǒng)由于具有靈活的編碼組網(wǎng)能力，可以讓每個(gè)單位在同一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中建立起自己相對獨(dú)立的調(diào)度系統(tǒng)，而不會互相干擾。同時(shí)，集群技術(shù)采用信道共享的方式，既提高了信道的利用率，又保證了系統(tǒng)具有較大的容量。

過去的大型慶典活動的安保，北京奧運(yùn)、上海世博、廣州亞運(yùn)、濟(jì)南全運(yùn)會等，無一不采用了無線集群通信系統(tǒng)，為慶典活動的順利進(jìn)行，起到了重大的貢獻(xiàn)作用。

5 系統(tǒng)建設(shè)

早期的調(diào)度系統(tǒng)是專用的，即一個(gè)單位一個(gè)獨(dú)立的通信網(wǎng)。而集群系統(tǒng)具有靈活的編碼組網(wǎng)方式，可以讓每個(gè)單位在同一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中建立起自己相對獨(dú)立的調(diào)度系統(tǒng)，而不會互相干擾[5]。同時(shí)，集群技術(shù)采用信道共享的方式，既提高了信道的利用率，又保證了系統(tǒng)具有較大的容量。這些都從技術(shù)上提供了向公用網(wǎng)發(fā)展的可靠條件。大型慶典活動正好可利用這個(gè)公用無線集群系統(tǒng)，建立自己的調(diào)度系統(tǒng)，不必花重金另行建設(shè)。

由于大型慶典活動是利用公用800MHz無線集群系統(tǒng)，因此，在大型慶典活動的無線集群通信系統(tǒng)的建設(shè)上，需注意以下幾方面：

5.1 系統(tǒng)容量預(yù)測

系統(tǒng)容量是指無線集群通信系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)。大型慶典活動參與的單位多，人數(shù)更多。系統(tǒng)的無線用戶數(shù)一般應(yīng)由組委會和網(wǎng)的建設(shè)單位合作，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)所在地區(qū)的現(xiàn)狀，綜合各方面的需要進(jìn)行合理的預(yù)測后提供。

5.2 信號覆蓋

建設(shè)一個(gè)無線集群通信網(wǎng)，需結(jié)合活動現(xiàn)場進(jìn)行接收信號電平的分布情況，以便正確地確定基站的無線覆蓋范圍和基站位置，也為哪些區(qū)域需做信號放大、信號覆蓋提供依據(jù)。

5.3 工程協(xié)調(diào)

綜上所述，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，為大型慶典活動管理帶來了更好的安全性。必須認(rèn)識到通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在大型慶典活動的價(jià)值所在：保障信息安全，使通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在大型慶典活動得到合理應(yīng)用，以此來有效利用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來提升大型慶典活動的管理效能和水平。