通信网络技术在大型庆典活动中的应用

2022-02-15张东

科学与信息化 2022年23期

张东

广州市城市规划勘测设计研究院广东广州 510060

引言

大型庆典活动的计算机网络一般都存在有公网、活动组织内部局域网、智能网等。但安全防范系统具有独特的安全保密特性，一般是由安保部门、相关领导才能使用和调控，不对外开放。大型庆典活动中，安保级别一般较高，安全保密性更加突出。同时大型庆典活动都有公安部门的介入，需接入公安系统专网，对安防计算机网络的安全性要求进一步提高。非开放性、安全性的特点促使安防系统的计算机系统网络须采用专网的形式，系统的安全保密性得到保证，能达到专网专用，可使系统运作正常，外界不能干扰。

1 网络结构

目前类似大型庆典活动安防专网的以太网网络结构有两层的，也有三层的。两层网络架构是将网络分为核心层和接入层，三层网络架是将网络分为核心层、汇聚层和接入层。两者在核心层类似，均采用双核心、双链路设计，以适应大型庆典活动安防专网高可靠性和高性能的要求。下一层的交换机均通过双光纤路由分别接入到两台核心交换机，单点失效可以有效避免，充分保证了设备间的互联。同时系统还提供充分的冗余备份，可以最大限度地减少故障的可能性，也可以保证安防网络系统全网路由能快速收敛。

大型庆典活动到底应采用两层，还是三层网络架构，得视具体情况。如果大型庆典活动是单一主监控中心模式，我们建议采用两层网络架构；如果大型庆典活动是异地多监控中心模式，我们建议采用三层网络架构。

考虑到网络技术的发展，未来的安防计算机网络我们倾向于两层网络架构，扁平化网络结构。随着网络技术的发展，核心交换机的性能、密度等大大增加，造价也不断降低，新出现的OVT技术、VPLSoGRE技术，也支持着网络架构层次的简化。

在全数字化的网络视频监控中，数据流量将主要集中前端编码器/NVR至服务器/客户端之间，以及监控中心服务器之间，如能减少网络层级，如不必再经过汇聚层交换机，势必会大大减少交换机之间的交互次数，并减少延迟，可靠性更高。

在两层网络架构下，考虑到码流对网络的影响，设计上应采用以组播为主的工作模式，每个接入交换机到核心交换机的网络都采用了全星型的双千兆，部分为万兆链路，为数字系统的顺畅的调用、存储和回放提供了足够的带宽资源。视频网络从流量上来分析是一个典型的点到多点的应用网络，数据流从编码器发出给相应的接受者（如NVR、工作站、解码器等）。

考虑到广播风暴的问题，安防专网可将道路监控、消防、武警、水面监控等每种应用划为一个逻辑区域（VLAN），将应用划分为逻辑区域有以下优点[1]：实现区域间的相对独立，有利于区域内部的故障隔离；便于实现基于区域的访问控制。

2 网络的安全可靠性

大型庆典活动安防专网非常重要，为从根本上保证监控系统的正常工作，需要我们在设计时，提高网络安全可靠性。

首先就是带宽保障的问题。网络或高清网络摄像机一般需要2～6Mbps的带宽，再加流媒体转、实时点播、多码流传输等会更高，所以除了设计预留足够的带宽外，还需要做一些网络传输优化配置，如VLAN、ACCESS-LIST、QOS等。

第二，安全传输的问题，这是由于对合法的外部用户、本地客户端、移动客户端开放使用权限造成的安全隐患，因为所有网络客户端用户都有不同的网络应用在其终端设备上，因此本身是不安全的，通过数据的交流以及一些不正确的操作，也会将一些病毒、木马程序带到监控专网中来，会直接影响系统运行。可在网络安全方面加强力度，网络外部接口设置防火墙，针对外网用户可配置VPN进行远程访问，另外，还需要在管理平台和NVR设备中嵌入杀毒防黑的程序，进行全方位的安全预防。

第三，提高关键服务器和关键主干光纤的可靠性。对于关键服务器，可采用双机热备份；对于关键主干光纤，也应采用冗余备份，甚至在冗余线路上，采用双路由（不同方向路由）备份。

第四，提高电源可靠性。除采用常见的UPS双机并联冗余或“N+1”供电外，服务器、核心交换机等关键设备均应采用双电源模块。

3 安防综合布线

综合布线的技术已十分成熟，这里我们主要谈一下安防方面的综合布线应注意的几个问题。

3.1 独立布线

综合布线系统必须根据计算机网络系统的结构来设计。安防计算机网络是一个其他网络系统物理隔离的专网，其网络设备一般放在安防监控中心机房，相应地安防综合布线的设备间也应设在安防监控中心机房内。再加上安防综合布线区域相对集中，也就在安防监控中心、分控中心、各部门指挥站等地，因此，安防综合布线需设计成一个独立的布线系统，不与其他布线系统混在一起。该设计加强了系统的安全性，安装调试也很方便。

3.2 屏蔽网络布线

大型庆典活动的安防专网由于有诸多政府安保部门的使用，因此会涉及公安信息、政务、技侦、国保、网监等诸多机要信息，机密程度非常高，为了避免外界任何干扰，同时防止中途信息被截取，采用屏蔽网络布线将是比较好的手段。根据政府相关文件规定，此类布线也应采用屏蔽布线系统。

采用屏蔽网络布线，可以减少电磁辐射对网络传输线路的影响，大幅降低信号传输的误码率，有效的保证网络交换速度。屏蔽层能防止电磁辐射泄露，保证机密信息在网络内部安全传输。

屏蔽布线是一个整体工程，包括屏蔽水平线缆、屏蔽主干线缆、屏蔽工作区连接硬件、屏蔽电信间连接硬件、屏蔽跳接线等，整个链路必须实现“端到端”屏蔽应用。屏蔽系统要求必须正确有效地接地，否则屏蔽本身可能会成为一个辐射源，生成电流接地环路，或接收周围辐射，这样的屏蔽将形同虚设，毫无意义。

注意设计的灵活性，预留足够多的主干光纤和孔道。大型庆典活动的安防工作有很多政府安保部门介入，公安、国安、武警、要员警卫、军队等，其中公安系统就又有治安、户政、交通、消防、特警等十几个部门。每个安保业务部门都有自己的资源需求[2]。而且，根据经验，这些资源需求的变化也是十分之多的，因此，这就要求我们在安防综合布线设计时，一定要注意系统的灵活性，预留足够多的主干光纤；各监控中心机房至室外主干管线的孔道，需预留足够多的管孔数；室外主干管线，也要为安防预留足够多的管孔数。

4 无线集群通信

4.1 集群通信概念

无线集群通信又称为专用业调度系统，是移动通信的一种[3]。无线集群通信系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。

无线集群通信的发展经历了模拟集群到现在的数字集群，数字集群新技术解决了安全问题，对客户端可实施加密，窃听和监听几乎是不可能的，同时网络带宽和容量将更大。

4.2 系统的基本设备及组成

4.2.1 基站。若干基本无线收发信机、天线共用器、天馈线系统和电源等设备组基站。天线共用器包括发信合路器和接收多路分路器。天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线。

4.2.2 移动台。用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，它包括车载台、便携台的手持台，由收发信机、控制单元、天馈线（或双工台）和电源组成。

4.2.3 调度台。它是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种，无线调度台由收发机、控制单元、天馈线（或双工台）、电源和操作台组成。有线调度台只有操作台。

4.2.4 控制中心。控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备，它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续。它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。

4.3 功能应用

无线集群通信系统可以实现一对一的私线呼叫、一对多的组呼、有线电话呼叫无线用户、无线用户拨打有线电话、紧急呼叫、多组呼叫、遇忙排队等功能。

一般来讲，无线集群系统主要提供系统内部用户之间的相互通信，但也可提供与系统外如市话网的通信[4]。无线集群通信系统区别于公众无线电移动通信系统的主要特点是，除了可以提供移动电话的双向通话功能外，还可提供系统内的群（组）呼、全呼；甚至建立通话优先级别。这些特点特别适合大型庆典活动指挥调度需要。

前面提到，大型庆典活动的安保工作需很多安保单位参加，指挥调度往往需要各部门、各单位的协作，统一调度。集群系统由于具有灵活的编码组网能力，可以让每个单位在同一个系统网络中建立起自己相对独立的调度系统，而不会互相干扰。同时，集群技术采用信道共享的方式，既提高了信道的利用率，又保证了系统具有较大的容量。

过去的大型庆典活动的安保，北京奥运、上海世博、广州亚运、济南全运会等，无一不采用了无线集群通信系统，为庆典活动的顺利进行，起到了重大的贡献作用。

5 系统建设

早期的调度系统是专用的，即一个单位一个独立的通信网。而集群系统具有灵活的编码组网方式，可以让每个单位在同一个系统网络中建立起自己相对独立的调度系统，而不会互相干扰[5]。同时，集群技术采用信道共享的方式，既提高了信道的利用率，又保证了系统具有较大的容量。这些都从技术上提供了向公用网发展的可靠条件。大型庆典活动正好可利用这个公用无线集群系统，建立自己的调度系统，不必花重金另行建设。

由于大型庆典活动是利用公用800MHz无线集群系统，因此，在大型庆典活动的无线集群通信系统的建设上，需注意以下几方面：