通信網絡技術在大型慶典活動中的應用

張東

廣州市城市規劃勘測設計研究院 廣東 廣州 510060

引言

大型慶典活動的計算機網絡一般都存在有公網、活動組織內部局域網、智能網等。但安全防范系統具有獨特的安全保密特性，一般是由安保部門、相關領導才能使用和調控，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。同時大型慶典活動都有公安部門的介入，需接入公安系統專網，對安防計算機網絡的安全性要求進一步提高。非開放性、安全性的特點促使安防系統的計算機系統網絡須采用專網的形式，系統的安全保密性得到保證，能達到專網專用，可使系統運作正常，外界不能干擾。

1 網絡結構

目前類似大型慶典活動安防專網的以太網網絡結構有兩層的，也有三層的。兩層網絡架構是將網絡分為核心層和接入層，三層網絡架是將網絡分為核心層、匯聚層和接入層。兩者在核心層類似，均采用雙核心、雙鏈路設計，以適應大型慶典活動安防專網高可靠性和高性能的要求。下一層的交換機均通過雙光纖路由分別接入到兩臺核心交換機，單點失效可以有效避免，充分保證了設備間的互聯。同時系統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，也可以保證安防網絡系統全網路由能快速收斂。

大型慶典活動到底應采用兩層，還是三層網絡架構，得視具體情況。如果大型慶典活動是單一主監控中心模式，我們建議采用兩層網絡架構；如果大型慶典活動是異地多監控中心模式，我們建議采用三層網絡架構。

考慮到網絡技術的發展，未來的安防計算機網絡我們傾向于兩層網絡架構，扁平化網絡結構。隨著網絡技術的發展，核心交換機的性能、密度等大大增加，造價也不斷降低，新出現的OVT技術、VPLSoGRE技術，也支持著網絡架構層次的簡化。

在全數字化的網絡視頻監控中，數據流量將主要集中前端編碼器/NVR至服務器/客戶端之間，以及監控中心服務器之間，如能減少網絡層級，如不必再經過匯聚層交換機，勢必會大大減少交換機之間的交互次數，并減少延遲，可靠性更高。

在兩層網絡架構下，考慮到碼流對網絡的影響，設計上應采用以組播為主的工作模式，每個接入交換機到核心交換機的網絡都采用了全星型的雙千兆，部分為萬兆鏈路，為數字系統的順暢的調用、存儲和回放提供了足夠的帶寬資源。視頻網絡從流量上來分析是一個典型的點到多點的應用網絡，數據流從編碼器發出給相應的接受者（如NVR、工作站、解碼器等）。

考慮到廣播風暴的問題，安防專網可將道路監控、消防、武警、水面監控等每種應用劃為一個邏輯區域（VLAN），將應用劃分為邏輯區域有以下優點[1]：實現區域間的相對獨立，有利于區域內部的故障隔離；便于實現基于區域的訪問控制。

2 網絡的安全可靠性

大型慶典活動安防專網非常重要，為從根本上保證監控系統的正常工作，需要我們在設計時，提高網絡安全可靠性。

首先就是帶寬保障的問題。網絡或高清網絡攝像機一般需要2～6Mbps的帶寬，再加流媒體轉、實時點播、多碼流傳輸等會更高，所以除了設計預留足夠的帶寬外，還需要做一些網絡傳輸優化配置，如VLAN、ACCESS-LIST、QOS等。

第二，安全傳輸的問題，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限造成的安全隱患，因為所有網絡客戶端用戶都有不同的網絡應用在其終端設備上，因此本身是不安全的，通過數據的交流以及一些不正確的操作，也會將一些病毒、木馬程序帶到監控專網中來，會直接影響系統運行。可在網絡安全方面加強力度，網絡外部接口設置防火墻，針對外網用戶可配置VPN進行遠程訪問，另外，還需要在管理平臺和NVR設備中嵌入殺毒防黑的程序，進行全方位的安全預防。

第三，提高關鍵服務器和關鍵主干光纖的可靠性。對于關鍵服務器，可采用雙機熱備份；對于關鍵主干光纖，也應采用冗余備份，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雙機并聯冗余或“N+1”供電外，服務器、核心交換機等關鍵設備均應采用雙電源模塊。

3 安防綜合布線

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

3.1 獨立布線

綜合布線系統必須根據計算機網絡系統的結構來設計。安防計算機網絡是一個其他網絡系統物理隔離的專網，其網絡設備一般放在安防監控中心機房，相應地安防綜合布線的設備間也應設在安防監控中心機房內。再加上安防綜合布線區域相對集中，也就在安防監控中心、分控中心、各部門指揮站等地，因此，安防綜合布線需設計成一個獨立的布線系統，不與其他布線系統混在一起。該設計加強了系統的安全性，安裝調試也很方便。

3.2 屏蔽網絡布線

大型慶典活動的安防專網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、技偵、國保、網監等諸多機要信息，機密程度非常高，為了避免外界任何干擾，同時防止中途信息被截取，采用屏蔽網絡布線將是比較好的手段。根據政府相關文件規定，此類布線也應采用屏蔽布線系統。

采用屏蔽網絡布線，可以減少電磁輻射對網絡傳輸線路的影響，大幅降低信號傳輸的誤碼率，有效的保證網絡交換速度。屏蔽層能防止電磁輻射泄露，保證機密信息在網絡內部安全傳輸。

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

注意設計的靈活性，預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、軍隊等，其中公安系統就又有治安、戶政、交通、消防、特警等十幾個部門。每個安保業務部門都有自己的資源需求[2]。而且，根據經驗，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計時，一定要注意系統的靈活性，預留足夠多的主干光纖；各監控中心機房至室外主干管線的孔道，需預留足夠多的管孔數；室外主干管線，也要為安防預留足夠多的管孔數。

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調度系統，是移動通信的一種[3]。無線集群通信系統所具有的可用信道可為系統的全體用戶共用，具有自動選擇信道功能，它是共享資源、分擔費用、共用信道設備及服務的多用途、高效能的無線調度通信系統。

無線集群通信的發展經歷了模擬集群到現在的數字集群，數字集群新技術解決了安全問題，對客戶端可實施加密，竊聽和監聽幾乎是不可能的，同時網絡帶寬和容量將更大。

4.2 系統的基本設備及組成

4.2.1 基站。若干基本無線收發信機、天線共用器、天饋線系統和電源等設備組基站。天線共用器包括發信合路器和接收多路分路器。天饋線系統包括接收天線、發射天線和饋線。

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

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

4.2.4 控制中心。控制中心包括系統控制器、系統管理終端和電源等設備，它主要控制和管理整個集群通信系統的運行、交換和接續。它由接口電源、交換矩陣、集群控制邏輯電路、有線接口電路、監控系統、電源和微機組成。

4.3 功能應用

無線集群通信系統可以實現一對一的私線呼叫、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、遇忙排隊等功能。

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

前面提到，大型慶典活動的安保工作需很多安保單位參加，指揮調度往往需要各部門、各單位的協作，統一調度。集群系統由于具有靈活的編碼組網能力，可以讓每個單位在同一個系統網絡中建立起自己相對獨立的調度系統，而不會互相干擾。同時，集群技術采用信道共享的方式，既提高了信道的利用率，又保證了系統具有較大的容量。

過去的大型慶典活動的安保，北京奧運、上海世博、廣州亞運、濟南全運會等，無一不采用了無線集群通信系統，為慶典活動的順利進行，起到了重大的貢獻作用。

5 系統建設

早期的調度系統是專用的，即一個單位一個獨立的通信網。而集群系統具有靈活的編碼組網方式，可以讓每個單位在同一個系統網絡中建立起自己相對獨立的調度系統，而不會互相干擾[5]。同時，集群技術采用信道共享的方式，既提高了信道的利用率，又保證了系統具有較大的容量。這些都從技術上提供了向公用網發展的可靠條件。大型慶典活動正好可利用這個公用無線集群系統，建立自己的調度系統，不必花重金另行建設。

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

5.1 系統容量預測

系統容量是指無線集群通信系統所能容納的用戶數。大型慶典活動參與的單位多，人數更多。系統的無線用戶數一般應由組委會和網的建設單位合作，根據網絡所在地區的現狀，綜合各方面的需要進行合理的預測后提供。

5.2 信號覆蓋

建設一個無線集群通信網，需結合活動現場進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，也為哪些區域需做信號放大、信號覆蓋提供依據。

5.3 工程協調

綜上所述，通信網絡技術的應用，為大型慶典活動管理帶來了更好的安全性。必須認識到通信網絡技術在大型慶典活動的價值所在：保障信息安全，使通信網絡技術在大型慶典活動得到合理應用，以此來有效利用通信網絡技術來提升大型慶典活動的管理效能和水平。