新勝安防專業(yè)從事深圳監(jiān)控安裝和網(wǎng)絡(luò)布線、弱電工程，業(yè)務(wù)不論大小，我們一視同仁，希望能為你提供高質(zhì)量的服務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)布線范圍：監(jiān)控系統(tǒng)布線和安裝；局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線安裝和維護；電話網(wǎng)絡(luò)布線，組網(wǎng)；有線電視網(wǎng)絡(luò)布線；音響系統(tǒng)布線；門禁(考勤)系統(tǒng)布線和安裝 24小時服務(wù)熱線：13723468032 18566238032 0755-23462099 宋先生
高速鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)要采取無線寬帶組網(wǎng)技術(shù)，本文介紹該公司無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)在高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)中的應(yīng)用，要點包括需求分析、組網(wǎng)方案、技術(shù)分析、網(wǎng)管和監(jiān)控功能分析等等，特別是其中關(guān)于三層組網(wǎng)方案的內(nèi)容值得從事高鐵安防監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的集成商關(guān)注。
高鐵監(jiān)控背景
武廣高速鐵路客運專線正式投入運營，標志著中國高速鐵路建設(shè)的高潮已經(jīng)到來，這將給安防監(jiān)控設(shè)備供應(yīng)商及相關(guān)系統(tǒng)集成商帶來更多的發(fā)展機會。作為高速鐵路“四電”(通信、信號、電力、電氣化)系統(tǒng)集成和信息系統(tǒng)的組成部分，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高鐵的通信指揮調(diào)度、安全防災(zāi)管理中發(fā)揮著不可忽視的作用。目前中國開通的高鐵時速一般都到達350公里，所以安全就成了大家共同關(guān)注的問題。確實，時速350公里的高速動車如果出現(xiàn)一點點故障，即使第一時間采用剎車制動，也需要減速滑行6500米。武廣高鐵的發(fā)車密度是間隔3分鐘，一旦某輛列車失控，帶來的后果是難以想象的。
高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析
高速鐵路綜合監(jiān)控系統(tǒng)不僅實現(xiàn)對供電系統(tǒng)中的各種供電設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)視、控制及沿線變電所、分區(qū)亭、開閉所的安全監(jiān)控，迅速分析、查找、切除故障點，實現(xiàn)設(shè)備運營狀態(tài)的在線監(jiān)測;同時也要納入行車調(diào)度、計劃調(diào)度、安全監(jiān)控、行車信號等多方面的實時信息;并使各種子系統(tǒng)間的信息進行交互，為提高供電系統(tǒng)調(diào)度管理自動化、智能化水平，確保高速鐵路的安全、可靠、高效運行提供了強大的技術(shù)保障。
高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)無線寬帶組網(wǎng)技術(shù)
高速鐵路要求全線都有設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置點位比較多的是區(qū)間和站點、特大橋、隧道、公跨鐵、區(qū)間基站、變電所等。另外視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要進一步的和入侵報警系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、動力監(jiān)控系統(tǒng)進行融合，使得綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，而這恰恰就是廣大市場進入者面臨的高鐵監(jiān)控市場。除了跨度大、監(jiān)控距離遠、傳輸線路長、應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜之外，高鐵安防應(yīng)用還有一個非常顯著的特點：無人值守。為了減少小站的設(shè)置，高鐵領(lǐng)域很多場站都實行無人值守。另外，鐵路每隔數(shù)百米會有電力機房和通信機房，這些機房基本上都需要無人值守，并用到視頻監(jiān)控和報警系統(tǒng)，以檢測是否有人入侵，現(xiàn)場的情況有無變化等。因此，高鐵無人值守機房對視頻監(jiān)控的需求量非常大。
高鐵組網(wǎng)方案
Strix提出3層式的解決方案，保證車載快速切換和高帶寬，網(wǎng)絡(luò)有極強的自愈能力等技術(shù)特點，完全適合鐵路無線組網(wǎng)的需求。
表1
Tier-1網(wǎng)絡(luò)
Tier-1網(wǎng)絡(luò)基于802.11a無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，將部署與鐵軌沿線延伸到所有需要覆蓋的區(qū)域�；竟�(jié)點部署在鐵路沿線區(qū)域的桿子上，在Tier-1多數(shù)的無線基站都是完全無線的，僅有一些在車站或其他具有光纖的位置才會是有線基站。在Strixmesh無線回程中的所有流量都將從最近的有線接口處發(fā)送到有線網(wǎng)絡(luò)。
在每輛列車上都會有一個Strix節(jié)點，叫做移動節(jié)點，這也是Tier-1網(wǎng)絡(luò)中的一部分。該節(jié)點負責處理快速切換，將列車無縫的接入到鐵路沿線由多個固定節(jié)點組成的基礎(chǔ)架構(gòu)。Tier-1網(wǎng)絡(luò)中的所有抱桿安裝的節(jié)點都連接到多層交換網(wǎng)絡(luò)中，然后通過路由器連接到ISP網(wǎng)絡(luò)或者Internet，出于可擴展性考慮，所有的交換應(yīng)該是基于層次化結(jié)構(gòu)的多層交換系統(tǒng)。所有的抱桿安裝的節(jié)點必須連接到第二層網(wǎng)絡(luò)，并且允許組播和廣播流量的透明傳輸。
表2
Tier-1網(wǎng)絡(luò)中的每個OWS節(jié)點選用室外型無線系統(tǒng)OWS2400-20產(chǎn)品，該型號內(nèi)置了2塊802.11a模塊和2塊802.11g模塊，其功能如下：
1快802.11a模塊作為mesh匯聚設(shè)備，接入列車和其他節(jié)點的mesh回程，將mesh網(wǎng)絡(luò)向遠離有線網(wǎng)絡(luò)方向擴展。該無線模塊工作于ClientConnect模式。另外1塊802.11a模塊作為mesh回程設(shè)備，將無線流量向有線網(wǎng)絡(luò)方向回傳。該無線模塊工作于NetworkConnect模式。OWS2400-20中的2塊802.11g模塊可以有選擇的使用，可以用于鐵路沿線的應(yīng)急服務(wù)或者維護隊伍的無線通
在列車機車位置的MWS節(jié)點作為移動節(jié)點，優(yōu)化掃描和切換過程。該移動節(jié)點處可以使用高增益的全向天線(9dBi以上)，每個802.11a無線模塊均兩個5.8GHz定向天線，背靠背指向交通線路兩側(cè);定向天線組之間的垂直距離應(yīng)不小于50公分，天線距地面的最低高度為3.5米(若丘陵地帶，必須提高天線安裝高度)，OWS支持110-240VAC和12-24VDC供電方式，支持第三方太陽能電池供電。
為了保證車輛在高速移動的情況下仍然能夠一直在線并且保持無線連接，必須在車輛上安裝Strix移動車載設(shè)備MWS100。MWS100作為Strix最新的車載Mesh設(shè)備，專門用于車載設(shè)備的接入，保證車載設(shè)備高速移動和快速切換下依然保證無間斷的通訊。
Tier-2網(wǎng)絡(luò)
Tier-2網(wǎng)絡(luò)是車廂內(nèi)部的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，通常由幾個OWS、IWS無線節(jié)點和第三層網(wǎng)關(guān)組成。其中一個OWS/IWS節(jié)點將車廂內(nèi)中的多個無線節(jié)點連接到網(wǎng)關(guān)的內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口(該網(wǎng)關(guān)完成路由器、NAT和其他功能;而在網(wǎng)關(guān)的外網(wǎng)網(wǎng)口將連接到移動節(jié)點，該移動節(jié)點就是負責將列車無縫接入到鐵路沿線固定的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。Tier-2網(wǎng)絡(luò)具有自動發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點和自動完成配置的能力，保證整列車多個車廂之間的連接性，僅在列車車廂重新分組和列車配置改變的情況下，才會影響車廂間的連接性。
Tier-2網(wǎng)絡(luò)由IP網(wǎng)關(guān)、列車機車上的IWS/OWS上連節(jié)點和每個車廂內(nèi)一到兩個用于連接車廂的節(jié)點。Tier-2網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的無線鏈路均采用基于802.11a技術(shù)，以減少與用戶802.11g(Tier-3網(wǎng)絡(luò))之間的干擾。同Tier-1網(wǎng)絡(luò)一樣，節(jié)點將自動發(fā)現(xiàn)并且自動配置，自動的形成基礎(chǔ)架構(gòu)。這對于車廂可能頻繁的、隨意的重組是非常重要的。
Tier-3網(wǎng)絡(luò)
Tier-3網(wǎng)絡(luò)提供802.11g的無線接入服務(wù)。該無線接入可以服務(wù)于列車乘客或者其他諸如視頻監(jiān)控和遙感設(shè)備的應(yīng)用。應(yīng)用流量通過無線mesh網(wǎng)絡(luò)回程到Tier-2網(wǎng)絡(luò)，最終通過Tier-1網(wǎng)絡(luò)傳輸回有線網(wǎng)絡(luò)。無論是Tier-1網(wǎng)絡(luò)或者Tier-2網(wǎng)絡(luò)對用戶都是透明的。用戶總是會連接到車廂中距離最近的802.11g節(jié)點，而不會感知到網(wǎng)關(guān)外網(wǎng)口處不斷發(fā)生的切換。Strixmesh自動配置和快速自愈的特性將減少部署的負荷和成本。網(wǎng)絡(luò)中的每一層具有足夠的智能，而不需要管理人員的手工干預(yù)。
Tier-3網(wǎng)絡(luò)由802.11g接入網(wǎng)絡(luò)組成，建立在負責車廂互聯(lián)的Tier-2網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上。由于StrixAccess/One解決方案允許多個無線模塊的堆疊，這些無線模塊可以物力的堆疊在IWS/OWS節(jié)點中。非常可能，每個車廂只需要一個802.11g模塊就可以保證車廂內(nèi)絕大部分區(qū)域的覆蓋。用戶可以通過IP網(wǎng)關(guān)的DHCP服務(wù)器自動獲取IP地址。Tier-3網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由三種無線模塊配置組成，802.11g模塊負責處理用戶接入，兩個802.11a模塊完成車廂之間的無線互聯(lián)鏈路。
高鐵組網(wǎng)技術(shù)分析
切換和速度分析
為了解決列車在固定節(jié)點之間的快速切換，車載設(shè)備需要持續(xù)的背景掃描以不同尋找最優(yōu)的上聯(lián)鏈路，同時固定基站也將不斷的提供動態(tài)性能指標回應(yīng)車載設(shè)備的質(zhì)詢。當移動速度加快時，切換時間就可能成為問題。StrixAccess/One系統(tǒng)解決了這個問題，利用車載設(shè)備的無線回程模塊持續(xù)的信道背景掃描，不斷動態(tài)的自動的更新上聯(lián)鏈路狀態(tài)，以滿足自動修復(fù)和自動調(diào)整的功能。背景掃描的工作方式如下：
車載設(shè)備信道背景掃描時間間隔為500ms-5s(可配置)，每次信道掃描耗時約30ms。
背景掃描期間，車載設(shè)備將調(diào)整其工作信道，以掃描該信道的可用上行鏈路及其指標;工作于該信道的固定基站也將針對車載設(shè)備的proberequest，提供自身性能指標信息(包括信號強度及其性能)�？膳渲密囕d設(shè)備的信道掃描列表(建議軌道延線固定基站使用3個或3個以下的信道)，減少車載設(shè)備掃描次數(shù)。
車載設(shè)備根據(jù)多個信道背景掃描，確定所有可用上行鏈路，動態(tài)更新車載設(shè)備的上行路徑表，當備選上行鏈路指標超出當前主鏈路一定指標時(可配置切換條件)，車載設(shè)備就會執(zhí)行切換動作，從而備選鏈路成為主鏈路。
通過減少掃描間隔時間和需要掃描的信道數(shù)量，將進一步提高切換時間。換句話說，可以將802.11a的信道掃描減少到3個甚至更少。背景掃描的時間間隔與Tier-1網(wǎng)絡(luò)中固定節(jié)點之間的距離有直接的關(guān)系。以上所有的優(yōu)化手段將會將切換的速度提升到100-150msec。注意：切換時間是不直接受限于移動速度的，在以上三種不同速度情況下切換速度在100ms上下。軌道沿線基站和車輛之間的上行和下行通信，對于切換時間基本上沒有影響：
情形1:上行業(yè)務(wù)(從車輛到軌道沿線基站)
(1)緩存500個包文;
(2)根據(jù)不同業(yè)務(wù)緩存大小有所不同，例如iperf默認報文為8K;
(3)根據(jù)緩存容量，Strix應(yīng)該能夠緩存4M比特的數(shù)據(jù)，盡可能的減少丟包;
(4)因此，系統(tǒng)在切換期間帶來極少的延時，約為100-150ms。
情形2:下行業(yè)務(wù)(從軌道沿線基站到車輛)
(1)緩存500個包文，多車情況下均分緩存容量;
(2)根據(jù)不同業(yè)務(wù)緩存大小有所不同，例如iperf默認報文為8K;
(3)根據(jù)緩存容量，Strix應(yīng)該能夠緩存4M比特的數(shù)據(jù)，盡可能的減少丟包;
(4)因此，系統(tǒng)在切換期間帶來極少的延時，約為100-150ms。
在實際的無線設(shè)備切換過程完成后，一般來說應(yīng)用層需要額外的時間切換業(yè)務(wù)，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)容量可能會帶來一定的延時或者丟包(由于應(yīng)用層timeout原因);因此，良好的切換也需要在應(yīng)用層進行相應(yīng)的緩存機制。
另一種計算切換方式
另外一種計算切換的方式是：切換時間和基站間隔時間的比值。例如，對于350公里時速情況下，每10秒鐘之中的100ms的切換時間對于性能的影響為0.1/10。接下來需要把背景掃描時間需要考慮進來，假設(shè)信道的掃描間隔為500ms，掃描時間約為為30ms;這些參數(shù)都是可軟件配置的，供不同速度情況下的微調(diào)和性能優(yōu)化。加上由于背景掃描帶來的600ms延遲，以及切換帶來的100ms延遲，在每10s的區(qū)間內(nèi)總體延遲約為700ms，即總體性能損耗約為7%，對于系統(tǒng)的影響很有限。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量遠小于上行鏈路容量，通過緩存技術(shù)，基本上不會有可察覺的帶寬損耗。
從目前的理論模型和實際測試效果推斷，行車速度會對切換頻繁程度和射頻誤碼率造成直接影響，從而影響固定基站與移動設(shè)備之間的上下行帶寬;在300公里以上的高速切換數(shù)據(jù)還需進一步的通過測試驗證。
多跳性能分析
StrixAccess/One產(chǎn)品支持多模塊、多信道和多射頻技術(shù)進行Mesh組網(wǎng)，如下圖所示-每個節(jié)點都有多個不同功能的無線模塊，分別處理無線終端接入、Mesh回程和Mesh擴展等，利用多個專用模塊提高無線Mesh內(nèi)部的性能。同時，每跳都是使用不同的2.4GHz或者5.8GHz信道進行傳輸，大幅度的改善了多個Mesh節(jié)點之間或者外界射頻環(huán)境帶來的干擾。在實驗室條件下每跳吞吐量下降在1%以下，在實際應(yīng)用環(huán)境下，每跳吞吐量下降在10%以下。
安全性分析
無線Mesh基站設(shè)備互聯(lián)安全性
系統(tǒng)統(tǒng)一認證無線Mesh設(shè)備，管理人員在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中可通過一次性的操作批量認證和授權(quán)Mesh設(shè)備;未經(jīng)認證授權(quán)的Mesh節(jié)點將自動阻斷用戶數(shù)據(jù)，保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)私有性;AES強制加密方式實現(xiàn)MeshAP之間的鏈路安全性;面向無線用戶接入的多種安全機制。
冗余分析
軌道沿線的每個固定基站將自動決策回到有線節(jié)點的最佳路徑。這樣，不同的Mesh段將在軌道上行或者下行的兩個方向上根據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能來負載均衡。另外，如果軌道沿線的任何一個基站出現(xiàn)故障，其相鄰的基站將會自動地調(diào)整鏈路，迅速將數(shù)據(jù)流切換到相反方向的最近節(jié)點。這種方式提供完全的冗余性。當所有無線Mesh基站啟動運行后，各個基站將自動決策到有線網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路徑，隨之產(chǎn)生的Mesh拓撲將基于網(wǎng)絡(luò)性能進行流量的負載平衡。
當軌道沿線任何一個光纖點發(fā)生故障，該區(qū)間內(nèi)的固定Mesh基站將自動的調(diào)整無線鏈路，重新匯聚到就近的另外一個光纖點處。當軌道沿線任何一個固定基站發(fā)生故障時，受到影響的固定Mesh基站將自動的調(diào)整無線鏈路，按照性能最優(yōu)的方式重新進行匯聚。通過以上的無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)備份、多個光纖點有線備份以及管理服務(wù)器板卡冗余備份等方式，可以大幅的提高軌道沿線無線寬帶系統(tǒng)的可考性。
網(wǎng)管和監(jiān)控功能
Access/One網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)集合了業(yè)界獨特的Mesh路由智能和電信級別的集中式網(wǎng)元管理軟件和專用的管理硬件模塊(NetworkServer)。Access/One網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用了多種頻段，可以滿足其他產(chǎn)品無法實現(xiàn)交通沿線大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)部署。
Manager/One自有網(wǎng)管
通過Access/One提供的自有網(wǎng)管平臺Manager/One，令網(wǎng)絡(luò)部署和成百上千的Mesh節(jié)點的安全、無縫的802.11覆蓋的控制變得輕而易舉。強大的批量配置功能，可以將網(wǎng)絡(luò)整體配置同時更新到多個子網(wǎng)中的所有模塊中去，內(nèi)置于基于硬件的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模塊和Access/One網(wǎng)絡(luò)中所有的無線模塊。Managere/One的網(wǎng)管界面通過登陸分布于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的多個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中的任意一個獲取整網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)、配置、監(jiān)測等信息。
全局和增量軟件升級：為了滿足大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)部署，Manager/One支持全局部署和統(tǒng)一升級系統(tǒng)軟件，通過一次操作達到整網(wǎng)升級的目的。
Manager/One監(jiān)控狀態(tài)和監(jiān)控：提供查看和管理整個網(wǎng)絡(luò)的工具，從不同的界面監(jiān)控整個網(wǎng)絡(luò)，包括Strix節(jié)點的地理圖形界面，更便于定位問題。
結(jié)束語
利用無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)有著得天獨厚的有利條件，讓安防集成商免去布設(shè)大量線纜而帶來的麻煩，節(jié)省大量的線纜成本，從而提高信號傳輸?shù)目煽啃院拖到y(tǒng)運行的可靠性，代表了未來視頻傳輸?shù)陌l(fā)展方向。未來五年國內(nèi)中國仍將在各大中心城市持續(xù)興建高鐵或地鐵，了解無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)在高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)中的應(yīng)用有著現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。 |
