基于5G 专网的平安城市智慧监控系统研究

宋仕斌，王毅

（1.四川公众项目咨询管理有限公司，四川 成都 610058；2.四川大学锦江学院 电气与电子信息工程学院，四川 眉山 620860）

随着平安城市视频监控系统规模的迅速扩大和数据应用频率增加，传统传输接入模式制约了治安联防、处突维稳、案件侦查等视频监控核心数据业务的应用。为进一步提升社会治安综合治理体系和治理能力建设，形成具有高清视频监控、统一资源共享、智能分析和标准开放融合功能的智能监控系统解决方案是打造平安城市的迫切需要。5G 专网端到端切片技术具备超大连接数、广域覆盖、超大带宽和超高速率特性，从连接密度、吞吐率、时延和频谱效率等方面可以为平安城市智慧监控系统提供高效、可靠的定制化服务。

1 平安城市智慧监控系统现状分析

智慧监控系统主要由数字终端系统、CPE（Customer Premise E）等5G 无线接入、光纤传输网络和MEC（Multi-access Edge Computing）应用服务器组成。终端系统由各种智能数字摄像机组成，传输网络由采用光纤或电缆连接的计算机网络组成，应用服务由上层部署的稽查布控、治安防控、视频侦察及融合指挥等各种应用服务器组成。

随着视频监控系统规模与复杂性的提高，智能摄像机数量急剧增加，传统采用有线固网传输接入的方式，因为城市道路开挖和管线敷设难度大、成本高、效率低、周期长，已无法满足人员密集和道路狭窄地段智能摄像头安装需要。同时，随着图像质量的不断提高，需要更大传输带宽实现高清视频的网络回传。当前智能监控系统传输网络大多采用传统架构设计，系统资源无法实现跨系统、跨层级、跨区域调用，导致需要在多个系统中重复存储，不利于互联互通和数据共享。5G、物联网、云计算及MEC 的成熟应用及5G 专网具有大带宽、低时延、大连接、广覆盖的传输能力特点，可以为平安城市智慧监控系统提供海量的5G 无线智能终端接入和端到端的网络切片定制服务[1]。

2 5G 专网端到端切片应用设计

5G 专网端到端切片技术根据承载的数据业务特征和发展需要，对物理硬件、接口资源、网络功能等端到端的5G 网络资源进行逻辑划分和数据封装，满足不同业务对网络带宽、时延、安全性、可靠性和接入终端数量等网络性能的QoS（Quality of Service）需求。将一张物理的5G 网络切分成多个虚拟且相互高度隔离的逻辑子网络，其高带宽、低时延、广连接和高可靠的安全性为平安城市智慧监控系统提供高性价比的灵活解决方案。5G 网络端到端切片包括无线网、承载网和核心网切片全程全网的组合。

无线网侧利用5G NR（New Radio）空口资源动态分配机制突破现有频谱资源的固定分配格式，将5G NR 空口资源进行按需逻辑切分；通过切片网间5G NR 空口资源共享机制进一步提升Sub-6G 中低频段重耕性能，充分利用有限的频谱资源为治安管理部门提供定制化专享服务。承载网侧根据上层业务定制化需求通过对传送网络的网元、节点、拓扑链路等一系列信息基础设施资源进行虚拟化和统一编排，对底层物理资源组织切片子网和逻辑隔离。结合MEC（多接入边缘计算）使网络计算和应用处理等核心功能按需分散部署在治安管理部门相应的网络边缘层，减轻承载链路和核心网的流量负荷。MEC 系统中，边缘化的计算存储能力会催生更多服务类型和垂直行业应用。因此，为保证端到端的可靠性，提高服务质量，网络切片技术成为一种理想的解决方案[2]。5G 核心网通过软硬件解耦、SDN/NFV（Software Defined Networking/Network Functions Virtualization）技术将网络功能抽象为服务化架构（Service Based Architecture，SBA），各种业务类型之间通过S-NSSAI（Single Network Slice Selection Assistance Information）（网络切片标识）来进行区分与标识，5G 现网配置S-NSSAI 包含的表征切片类型的SST 字段取值如表1，各种服务都可以按需部署和独立演进。

表1 5G 网络切片标识SST 字段取值范围Table 1 5G network slice identification SST field value range

5G 核心网AMF、SMF、UPF、CPF（Access and Mobility Management Function/Session Management Function/User Plane Function/Controller Plane Function）等网络功能通过交互调用服务化接口来实现，简化服务间的交互流程，降低接口定义的耦合度。5G 网络切片技术为平安城市智慧监控系统提供网络功能按需定制。结合SDN 与NFV 两种技术，根据用户偏好特征感知，通过灵活的资源编排管理保证为用户提供的效用最大化[3]。通过虚拟化服务分配虚拟机的方式实现切片资源间的安全隔离，使为治安管理部门分配的虚机拥有专属、独享的网络、存储和计算资源。

3 5G MEC 数据分流部署方案

根据文献[4] 提出的方案，如图1 所示，5G MEC 作为在移动网络边缘运行的云服务器，为智慧监控系统提供灵活的数据分流方案和综合管理平台，把UPF 和MEC 服务器一起下沉到接入汇聚层（如图2 所示），用户数据不必经过核心层UPFAnchor 迂回接入Internet，直接通过UPF-UL CL访问本地网络。集成MEC 应用的智能监控设备互联、接入、加载、启停、配置下发等应用，由标准的云化平台提供虚拟资源，同时提供MEC 应用在边缘业务所需的查询、分析、统计等公共服务。MEC场景中，随着终端设备的海量增长，系统的状态信息变得越来越复杂，如仅使用单个智能体收集系统的所有信息并集中训练，将大大增加计算复杂度[5]。同时，在警务安保、车牌识别等平安城市视频监控系统应用中，监控视频回传流量通常比较大，但大部分视频画面又是静止不动的。因此，可以利用MEC 的边缘计算能力对视频内容进行分析、动态编解码，将大量重要性等级不高的视频监控内容暂存在本地并进行定期删除，提取有变化和有价值的重要画面以及数据片段上传至MEC 服务器，优化视频流量和传输带宽，提高5G 网络资源利用率。

图1 智慧监控系统MEC 部署方案Figure 1 MEC deployment scheme of intelligent monitoring system

图2 智慧监控数据分流模型Figure 2 Intelligent monitoring data diversion model

边缘计算由多个位于本地设备和云计算平台之间的边缘节点协同完成数据存储与计算任务。一般而言，边缘节点与用户之间的链接更为可靠，与云计算平台之间的交互和链接更为稳定[6]。基于MEC Server 解决方案，电信运营商可为当地治安管理部门部署专用MEC 服务器提供数据分流功能，在本地网进行分析和处理，本地服务器保存价值较低或临时的城市监控视频数据，价值较高或重要的视频数据回传到云数据中心核心服务器，减少承载网的压力，节约运营成本。

4 结语

随着5G 行业应用的不断深入，5G-Advanced网络技术及服务能力的持续演进，未来的2B2C（To Business To Consumer）双域专网方案可为平安城市智慧监控系统提供更加智能的融合服务解决方案。执法人员在满足个人通信需求的同时，通过警务终端接入公安内网，对人员、车辆、治安案件等信息进行查询、分析、调取与应用管理，为办案人员提供及时准确的信息支持和资源共享服务，实现2B 和2C 业务互动促进，使能千行百业安全、高效和协调发展。