4G无线通讯在固定电子警察项目中的应用

张东海+罗文彬

【摘 要】本文根据目前电子警察项目建设的情况，并结合目前在项目建设中数据传输存在的问题，提出采用4G网络的方式进行数据传输，并且结合使用中情况预见了可能出现的问题，并针对这些问题给了比较好的解决方案。

【关键词】无线通讯；电子警察；城市交通；安全

随着智能交通和智慧城市建设的推进，对于一二线的大中型城市，城市建设比较完善，各类违法监控设备比较齐全，对一些新建或者改造道路增加电子警察设备必然存在点位比较分散的问题，无法像新建设备那样存在设备安装区域较为固定，通讯设备完善等特点。由于道路各类监控设备的升级换代，在前期建设中所敷设的光缆等通讯设备资源日渐紧张，普遍存在原有预留光缆用尽，光缆带宽不足，设备建设年限较久，故障率增加等问题，给要求较高实时性及数据完整性的电子警察设备建设带来一定的影响。

随着科技的发展及通信技术的进步，目前各大通信运营商纷纷提高自己在无线通讯技术上的水平，无论从带宽，稳定性，覆盖率等方面都有了长足的进步。

以上的各种因素都给我们从通讯方式探讨一种高效便捷的固定电子警察通讯方法提出了新的要求。

1 应用介绍

前端电子警察设备实现数据采集功能，对采集到的数据才用无线4G技术将现场违法数据传输到相应数据机房。数据传输过程中采用一定的技术手段进行数据加密及保密处理，保证数据的安全性。

数据的安全性主要从物理安全、通信和网络安全、运行安全以及信息安全四个层次上构建电子警察业务安全防范技术体系框架。制定严格的身份认证与权限管理架构，用户身份认证、接入设备认证、数字签名、数字加密以及访问控制等技术手段提供信息安全服务。

对于无线（专网）方式实现前端设备联网的，其违法车辆数据的安全要求应该得到足够的保证，可在工程实施过程通过数据共享加密，VPDN/DDN、VPN等技术以确保数据的安全性，并在中心平台处采取安全隔离措施，确保图像专网的安全管理要求。

根据电子警察对于数据安全的需求建议采用专线接入方式，数据流传输流程为：

前端电子警察设备->4G无线数据终端->运营商4G无线网络 –>运营商4G核心网->通过专用的APN在GGSN上获取专用内网IP地址->专线 ->客户接入路由器->客户内网。

该方式具有访问灵活、快速、安全的特点，可以利用对手机号码的鉴权来限制只有指定用户才可以接入此APN，同时这个专用的APN与通用的Internet APN完全隔离，实现数据传输与公网完全隔离，数据安全性高。

根据经验我们得出每点位日均数据量约为：500M左右；考虑到固定电子警察设备正式执法以后，现场的违法量会有较大比例的下降，因此从经济角度我们将前端每个点位的流量定为10G/月。

在系统的前期筹划及开发阶段，我们对设备前端软硬件可能会出现的问题进行了考虑，并针对这些问题作出了一定的预案，这些问题主要有以下几个方面：

（1）硬件：

1）天线的安装问题

天线的好坏是信号接收质量的保证，因为电子警察设备多在室外，空旷地带，且现场有龙门架，挑臂等金属物体，夏天雷雨天气容易引雷，造成设备损坏，考虑到这种情况，我们采用了一种工程塑料外壳机柜侧壁的安装方式，可以有效避免因为雷雨造成的设备损坏，且工程塑料对无线信号接收没有影响。安装方式如图

2）无线模块

无线信号模块是实现4G数据传输的核心器件，无线信号模块的性能直接关系到整合数据传输的质量，因此，我们选择了华为的4G模块，模块支持TD-LTE和FDD-LTE、HSPA+等制式，可以直接安装在电子警察前端设备的工控机内，通过miniPCIE接口或者USB2.0接口实现数据传输，该模块性能较为稳定，价格便宜。

3）信号质量

考虑到运营商的基站设置位置、发射角度和发射功率对信号强度和信号质量有较大的影响，因此在项目实施阶段我们和运营商进行了沟通，对现场的点位进行了信号优化，进一步保证了数据传输的效果。

（2）软件

1）连接建立判断机制

在如何判断4G是否联通上，采用的是直接ping的辦法，即用现场的工控机ping中心的通讯服务器，如果可以ping通，认为无线连接是通畅的，而后每间隔30秒进行一次ping操作；如果不通则5秒钟ping一次，连续进行五次；

2）重拨机制

如果连续进行的5次ping操作均无法获取回应，则进行模块重拨动作，将原有模块进程杀掉，执行新的重拨操作，重拨完成后，继续进行ping操作，判断是否连接到中心，如果5次ping操作依然无法获取回应，则继续重拨操作

3）重启机制

在一个小时内经过重拨无法获取回应则进行重启前端工控机操作。

上述的几项保障机制，是我们在项目实施前期可以考虑的保障措施，基本上涵盖了在项目前期实施所遇见的问题，后续的项目实施也证明了这些。

2 安全性保证

鉴于电子警察违法车辆数据的安全性要求，如果不加以安全防护，导致信息外泄，容易滋生权利腐败，扰乱正常的业务管理秩序，有害于社会的公平与公正。电子警察违法数据流转过程中牵涉多个环节，尤其要确保数据传输过程中的安全性要求，通过对信息安全防范技术的合理运用，应保证违法车辆数据的完整要求，做到传输过程中不丢失、不被篡改的原始性要求。

（1）安全性的考虑我们主要从以下两个方面保证

1）数据传输过程

无线数据传输采用无线VPDN模式，无线VPDN即无线虚拟拨号专用网络，是基于无线通信网络和IP承载功能，采用专用的网络加密和通信协议，建立安全的虚拟专用网。保证了电子警察数据网络与公共网络的隔离。endprint

2）增设客户端AAA认证服务器

AAA是认证（Authentication）、授权（Authorization）和记帐（Accounting）的缩写，AAA服务器负责对用户终端的身份进行验证。通过AAA服务区实现验证终端是否是合法用户。以及认证通过后，返回给终端IP地址或者IP地址池。

（2）密码控制

利用专门的密码生产软件随机生产用户名密码，保证用户名，密码，手机号，IP等信息的统一绑定，一卡一点，一点一用户名密码，从管理角度杜绝了信息泄露的可能。

3 技术优势及前景展望

综上所述，采用无线4G方式实现固定电子警察数据传输具有以下几个方面的特点

（1）成本廉价

有线通信方式的建立必须架设电缆，或挖掘电缆沟，因此需要大量的人力和物力；而用无线数传只需要在每个终端连接无线数传电台和架设适当高度的天线就可以了。相比之下用无线数传模块建立专用无线数据传输方式，节省了人力物力，投资是相当节省的。

（2）建设工程周期短

当要把相距数公里到数十公里距离的远程站点相互连接通讯的时候，采用有线的方式，必须架设长距离的电缆或者挖掘漫长的电缆沟，这个工程周期可能就需要数个月的时间，而用数传模块建立专用无线数据传输的方式，只需要架设适当高度的天线，工程周期只需要几天或者几周就可以，相比之下，无线的方式可以迅速组建起通信链路，工程周期大大缩短

（3）适应性好

有线通讯的局限性太大，在遇到一些特殊的应用环境，比如遇到山地、湖泊、林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候，将对有线网络的布线工程有着极强的制约力，而用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将不受这些限制，几乎不受地理环境限制。

（4）扩展性好

在用户组建好一个通讯网络之后，常常因为系统的需要增加新的设备。如果采用有线的方式，需要重新的布线，施工比较麻烦，而且还有可能破坏原来的通讯线路，但是如果采用无线数传只需将新增设备与无线数传电台相连接就可以实现系统的扩充了，相比之下有更好的扩展性。

（5）設备维护上更容易实现

有线通讯链路的维护需沿线路检查，出现故障时，一般很难及时找出故障点，而采用无线数传模块建立专用无线数据传输方式只需维护数传模块，出现故障时则能快速找出原因，恢复线路正常运行。

4G数据传输的应用，更高数据传输速率可以更加方便，更快捷的传输可以使电子警察系统实现更广阔的应用，为交警部门装上‘千里眼。让违法车辆无处遁形，实现了便捷执法、有据可依，为“智慧城市”的交通管理探索了新路。

【参考文献】

[1]王昕.智能交通系统的信息网体系结构及其信息处理和路由算法[D].西安电子科技大学，2007年.

[2]黄云.浅谈“电子警察”的执法问题[J].交通企业管理，2010年06期.endprint