光傳輸網(wǎng)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

標(biāo)簽：光傳輸網(wǎng)  高速公路監(jiān)控

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路機電系統(tǒng)中一個非常重要且不可缺少的子系統(tǒng)，其可對交通流量和交通運行狀況進(jìn)行監(jiān)視，對關(guān)鍵路段實施交通實時控制，及時發(fā)現(xiàn)各種異常情況并采取相應(yīng)應(yīng)急措施，保證高速公路高速、安全、有效地運行。本文在具體分析高速公路視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，主要針對高速公路視頻監(jiān)控光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)用提出了一個更加完善的解決方案——綜合業(yè)務(wù)光傳輸網(wǎng)。

近年來，我國以高速公路為主體的國道干線建設(shè)取得了重大進(jìn)展，截止2008年底高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到6.03萬公里，穩(wěn)居世界第二位。隨著交通運量的增加，高速公路運營中存在的問題，特別是交通事故問題日益凸顯，為此，在高速公路建設(shè)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)受到了更多的重視。而隨著前端監(jiān)控點的增多，業(yè)務(wù)量的增大，以及用戶對視頻圖像的清晰度和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求，高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在朝著高度集成化、更快速傳輸、大容量等方向發(fā)展。

針對當(dāng)前高速公路視頻監(jiān)控需求，業(yè)內(nèi)主流廠家根據(jù)自身實力紛紛推出較為可行的解決方案，包括以H3C為代表的光網(wǎng)絡(luò)解決方案、以蛙視為代表的光傳輸平臺，以及以諾龍為代表的綜合業(yè)務(wù)光傳輸網(wǎng)等。

高速公路視頻監(jiān)控需求分析

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般分為收費監(jiān)控和道路監(jiān)控兩部分：收費監(jiān)控系統(tǒng)主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況，對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程以及收費過程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)行觀察和記錄，并實施有效的監(jiān)督;道路監(jiān)控系統(tǒng)主要是對高速公路干線、互通立交、隧道等高速公路重點路段進(jìn)行監(jiān)視，掌握高速公路交通狀況，及時發(fā)現(xiàn)交通阻塞路段、違章車輛，給予引導(dǎo)，保證高速公路的安全通暢。而對高速公路的總體服務(wù)質(zhì)量提出更高要求的同時，也帶來了高速公路監(jiān)控點位的增加——現(xiàn)階段一條100公里左右的路段，其監(jiān)控的視頻路數(shù)大約為200-400路左右的規(guī)模，因此，如何構(gòu)建一個大型、穩(wěn)定可靠、高效且便于管理的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是擺在高速公路業(yè)主面前的一個新問題。

同時，高速公路視頻監(jiān)控新需求的提出，也對視頻傳輸系統(tǒng)提出了更高的要求：

·可管理性：支持分級分域的管理，以滿足高速公路區(qū)域監(jiān)控中心、路段中心、收費站等不同的監(jiān)控需求，監(jiān)控中心需要快速、便捷地對所有監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行管理;

·多業(yè)務(wù)集成：滿足高速公路多業(yè)務(wù)傳輸需求，并進(jìn)行有效融合;

·可靠的傳輸平臺：應(yīng)對突發(fā)事件時，需保證監(jiān)控系統(tǒng)可靠、快速的調(diào)閱當(dāng)時歷史圖像，并具備自我保護(hù)功能;

·標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計：系統(tǒng)應(yīng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，基于開放的協(xié)議，易于擴展;

·大容量設(shè)計：滿足大容量視頻接入需求。

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

隨著高速公路視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)新需求的提出，傳統(tǒng)的高速公路視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)逐漸顯出“力不從心”的疲態(tài)。

傳統(tǒng)的高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般采取模擬視頻圖像集中監(jiān)控模式，但隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，模擬監(jiān)控系統(tǒng)由于其難擴展、難管理、難維護(hù)等缺點，已無法滿足高速公路監(jiān)控點的增加而提供按需擴展;且模擬圖像在傳輸過程中衰減較大、抗干擾能力較差等缺點，決定了模擬傳輸不適合遠(yuǎn)程傳送監(jiān)視圖像，難以實現(xiàn)視頻資源共享，其集中于路段管理中心的模式已不能滿足管理人員遠(yuǎn)程監(jiān)控的需求。

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬、計算機處理能力和存儲容量的迅速提高，以及各種視頻信息處理技術(shù)的出現(xiàn)，使得數(shù)字視頻傳輸技術(shù)已逐步從理論轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，這為實現(xiàn)數(shù)字圖像傳輸提供了很好的技術(shù)支持。數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)也以其高度的開放性、集成性和靈活性為視頻監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備的整體性能提升創(chuàng)造了必要的條件，因此，在各省高速公路視頻監(jiān)控項目中，數(shù)字化的視頻傳輸模式已經(jīng)廣泛得到認(rèn)可?，F(xiàn)階段，高速公路數(shù)字化視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)主要采用兩種解決方案：數(shù)字化非壓縮視頻傳輸及數(shù)字化壓縮視頻傳輸系統(tǒng)。

數(shù)字化非壓縮視頻傳輸

數(shù)字化非壓縮視頻傳輸技術(shù)通常應(yīng)用于光矩陣傳輸平臺，它是集業(yè)務(wù)接入、光纖傳輸、信號交換及業(yè)務(wù)管理于一身的綜合性業(yè)務(wù)傳輸平臺，其整套系統(tǒng)視頻傳輸只進(jìn)行一次A/D、D/A轉(zhuǎn)換，并采用非壓縮傳輸以保證視頻傳輸質(zhì)量，但其同時也存在一些問題。

因其本質(zhì)可看作為數(shù)字非壓縮光端機+矩陣的結(jié)合，因此，該系統(tǒng)圖像接入容量有限，單點同時多路上傳依然存在技術(shù)瓶頸，同時由于沒有統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，各廠家設(shè)備難以兼容，使得系統(tǒng)更加封閉，給整個監(jiān)控系統(tǒng)以后的擴容升級帶來了很大的不便;當(dāng)在多個子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)時，還得用數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)實現(xiàn)視頻的資源共享。因此，數(shù)字化非壓縮視頻傳輸技術(shù)可看作是模擬系統(tǒng)向數(shù)字化改造升級的一個解決方案。

數(shù)字化壓縮視頻傳輸

數(shù)字壓縮視頻傳輸方案通常是采用視頻編解碼器+傳輸網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng)交換機、工業(yè)級以太網(wǎng)、EPON組網(wǎng))的模式，系統(tǒng)中每一路圖像對應(yīng)一個視頻編碼器，采用編碼方式，將圖像壓縮數(shù)字化為視頻數(shù)據(jù)流，利用視頻編碼器的10/100M接口傳輸視頻數(shù)據(jù)流至各收費站，同時視頻以太網(wǎng)交換機匯聚若干視頻編碼器，并通過SDH的以太網(wǎng)板，將各站的數(shù)字視頻信號傳至監(jiān)控中心的三層以太網(wǎng)交換機。其采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字視頻壓縮技術(shù)，兼容性較好;采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)方式接入，組網(wǎng)更方便靈活，易于系統(tǒng)升級擴容及實現(xiàn)多級共享。

但大流量的視頻流極大地占用通信系統(tǒng)帶寬，而隨著系統(tǒng)不斷增大，需要增加更高帶寬的SDH設(shè)備，使得系統(tǒng)建設(shè)成本大為增加。同時，數(shù)字壓縮視頻傳輸系統(tǒng)面向的是以太網(wǎng)，而非各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，系統(tǒng)容量及視頻傳輸質(zhì)量較依賴于以太網(wǎng)傳輸?shù)馁|(zhì)量和容量，從而無法提供針對業(yè)務(wù)的QoS保證，其視頻質(zhì)量一直得不到突破。

那么，有沒有一種能夠融合以上兩種系統(tǒng)優(yōu)勢的傳輸系統(tǒng)呢?UTN綜合業(yè)務(wù)光傳輸網(wǎng)的出現(xiàn)，很好地解決了這些問題。

UTN綜合業(yè)務(wù)光傳輸網(wǎng)的應(yīng)用

UTN(UniversalTransportNetworkoverFiber)綜合業(yè)務(wù)光傳輸網(wǎng)是針對數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化的視頻監(jiān)控發(fā)展趨勢，通過深度挖掘市場需求及現(xiàn)有產(chǎn)品、技術(shù)的特點而推出的新一代視頻監(jiān)控光傳輸網(wǎng)，UTN結(jié)合了SDH光纖通訊網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化和高可靠性的特點，具有靈活交換、共享等優(yōu)勢。

UTN面向視頻、音頻、數(shù)據(jù)、狀態(tài)報警、對講、以太網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)，采用自主知識產(chǎn)權(quán)專利的帶寬預(yù)留傳輸、交換技術(shù)，具有光纖自愈環(huán)網(wǎng)拓?fù)洹⒖焖俚箵Q等特點，提供針對不同業(yè)務(wù)的以太網(wǎng)QoS保證，接入方式多樣，組網(wǎng)靈活，很好地滿足了各高速公路視頻監(jiān)控領(lǐng)域的實際需求(UTN應(yīng)用拓?fù)鋱D見圖1)。

UTN主要由遠(yuǎn)端接入設(shè)備ONU及局端光接收設(shè)備OLT組成，中心光接收交換設(shè)備OLT采用插卡式設(shè)計，可根據(jù)實際情況進(jìn)行配置(其詳細(xì)配置參見表1)。

多業(yè)務(wù)接入，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中，包括收費監(jiān)控、道路監(jiān)控等存在大量的各類業(yè)務(wù)接入需求，主要包括監(jiān)控的視頻圖像、監(jiān)控子速率業(yè)務(wù)、音頻、對講、電話等。

針對高速公路多業(yè)務(wù)接入應(yīng)用需求，UTN通過光纖將監(jiān)控系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)接入、傳輸、交換、管理等系統(tǒng)結(jié)合于一體。在全光網(wǎng)、高可靠傳輸?shù)幕A(chǔ)上，ONU單體設(shè)備可實現(xiàn)數(shù)字視頻、音頻、報警開關(guān)量、各種低速數(shù)據(jù)、對講、VoIP等信號通過以太網(wǎng)接入傳輸。它基本涵蓋了高速公路機電系統(tǒng)中外場至收費站側(cè)的各類接入方式，極大地簡化了用戶監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)的復(fù)雜程度。

多種視頻接入方式，組網(wǎng)靈活

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般包括收費監(jiān)控和道路監(jiān)控兩部分，由各自監(jiān)控點數(shù)量、分布情況決定了需要采用不同的接入方式及組網(wǎng)方式。

而UTN則支持多種視頻接入模式，包括遠(yuǎn)端ONU光纖接入、本地視頻模擬接入，以及編解碼器網(wǎng)絡(luò)接入等;其組網(wǎng)方式靈活，可組成鏈形網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)、相切環(huán)網(wǎng)和多種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

無論用戶光纖鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星型、環(huán)型、鏈?zhǔn)交蚧旌辖M網(wǎng)，UTN都可采用不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以充分利用原有光纖資源實現(xiàn)監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)。針對高速公路采用分級分域的多級管理模式，主干可采用自愈環(huán)形網(wǎng);道路外場、隧道監(jiān)控則采用鏈路或環(huán)網(wǎng)，系統(tǒng)具備自愈保護(hù)功能，組網(wǎng)方便，可靠性高。

標(biāo)準(zhǔn)開放的IP架構(gòu)，便于升級、擴展

高速公路監(jiān)控所涉及每個子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展速度非常快，因此，為保證系統(tǒng)能夠與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行融合，同時為降低用戶的投資成本，并方便后期擴容，而不局限于使用一個廠家的設(shè)備，整個系統(tǒng)都需采用標(biāo)準(zhǔn)化、開放式的架構(gòu)。

為此，UTN在實際應(yīng)用中，整體采用了基于開放協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，兼容性強，易于擴展。其傳輸與交換均采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議，高速互換，同時又具有專網(wǎng)的傳輸交換性能。相對于傳統(tǒng)切換矩陣受其容量限制的問題，UTN則采用了高品質(zhì)的IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時視頻監(jiān)控流的交換處理，相當(dāng)于將IP網(wǎng)絡(luò)作為虛擬交換矩陣，具備無限擴展能力。其前端ONU設(shè)備具備標(biāo)準(zhǔn)FE口，可接入任何廠家的視頻編解碼器;中心光接收設(shè)備OLT具備標(biāo)準(zhǔn)的FE/GE接口，在網(wǎng)絡(luò)平臺下，可實現(xiàn)更高安全性的數(shù)據(jù)存儲(支持NAS、SAN存儲)，以及系統(tǒng)擴展級聯(lián);其還具備數(shù)據(jù)流量監(jiān)測、隔離外網(wǎng)廣播風(fēng)暴等功能，保證聯(lián)網(wǎng)后系統(tǒng)的安全性。

虛擬雙環(huán)傳輸技術(shù)，保證傳輸質(zhì)量

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)存在大量的各類業(yè)務(wù)接入應(yīng)用，因此傳輸網(wǎng)絡(luò)也越來越多地需要考慮對多種業(yè)務(wù)的支持及保證，如視頻信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，信息發(fā)布業(yè)務(wù)的實時性等。

因此，UTN采用獨特的虛擬雙環(huán)傳輸技術(shù)，將高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流及低速率業(yè)務(wù)分別傳輸，其網(wǎng)絡(luò)倒換時間小于30ms，充分保障監(jiān)控系統(tǒng)實時、穩(wěn)定地運行。高速通道主要針對高速公路監(jiān)控項目需要的高實時性PLC控制信號、信息發(fā)布等業(yè)務(wù)，低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則可通過專用低速數(shù)據(jù)環(huán)進(jìn)行傳輸。同時，采用帶寬預(yù)分配技術(shù)對各節(jié)點網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行統(tǒng)一控制，有效地保證了在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)堵塞、丟包等現(xiàn)象，保障了視頻圖像傳輸質(zhì)量。

大容量業(yè)務(wù)接入、交換

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)隨著對高速公路的總體服務(wù)質(zhì)量的更高，其規(guī)模也越來越大。因此，對監(jiān)控系統(tǒng)的接入、交換能力也提出了更高的要求。

而UTN具備大容量的業(yè)務(wù)交換能力，其重要設(shè)備OLT配置光接收卡，可接收以多種組網(wǎng)傳輸方式接入的光信號;根據(jù)需要配置的視頻編碼卡，則可對周邊信號模擬視頻信號直接接入，配置解碼卡可將IP數(shù)字信號還原為模擬圖像，同時輸出到電視墻，從而實現(xiàn)區(qū)內(nèi)各主要部位的實時監(jiān)控。UTN的單機箱背板交換能力最大可達(dá)到40G，其通過擴展最大可進(jìn)行1024×256路的視頻交換，完全滿足高速公路視頻監(jiān)控發(fā)展需求。

高質(zhì)量視頻傳輸

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)視頻采集點多，分散區(qū)域廣，傳輸距離長。針對高速公路行車速度快，車流量大的特點，配合圖像分析系統(tǒng)，因此對圖像清晰度、適時性有較高要求。

UNT前端ONU設(shè)備支持標(biāo)準(zhǔn)H.264視頻協(xié)議，H.264使得視頻圖像在較低帶寬下可實現(xiàn)更高的圖像質(zhì)量，例如其在3M帶寬下，可以實現(xiàn)MPEG-2需要近8M碼流才能實現(xiàn)的圖像質(zhì)量。

同時，UTN全網(wǎng)只需要進(jìn)行一次模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換。其意義在于：一方面，在多級聯(lián)網(wǎng)項目中，可以保證圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量和效果。UTN將數(shù)字視頻交換技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)有機結(jié)合，不需增加任何中間環(huán)節(jié)，可最大程度保證圖像質(zhì)量，同時簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，便于后期維護(hù)。另一方面，其支持雙碼流傳輸模式，更可以實現(xiàn)高碼流圖像的實時圖像調(diào)用，低碼流圖像的實時數(shù)據(jù)存儲。

強大的網(wǎng)管能力

應(yīng)對高速公路大規(guī)模的監(jiān)控系統(tǒng)，需要能快速地對所有監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行管理，同時能對系統(tǒng)中各設(shè)備運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控、及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障并處理，實現(xiàn)對所有監(jiān)控設(shè)備降低高速公路監(jiān)控的維護(hù)成本。

針對這一點，UTN綜合業(yè)務(wù)光傳輸網(wǎng)采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字設(shè)計實現(xiàn)全網(wǎng)網(wǎng)管功能。其基于標(biāo)準(zhǔn)SNMP協(xié)議進(jìn)行設(shè)計，提供人性化的人機交互界面，可以在任意一個節(jié)點接入，對整個系統(tǒng)進(jìn)行管理和監(jiān)控，操作簡單快捷，賦予用戶輕松便捷的使用體驗。它還支持UTN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動發(fā)現(xiàn);可配置各種業(yè)務(wù)狀態(tài)報警、故障自動告警GIS地圖功能;支持網(wǎng)管對系統(tǒng)中各節(jié)點進(jìn)行配置;標(biāo)準(zhǔn)SNMP協(xié)議;支持WindowsNT/2000/XP等。

靈活方便的管理模式

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)一般采用多級管理模式，如：收費站、路段監(jiān)控中心、區(qū)域監(jiān)控中心、省監(jiān)控中心四級中心，各級中心采用不同權(quán)限對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作。

UTN融合了IP數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)便于管理的優(yōu)勢，通過視頻管理服務(wù)器可實現(xiàn)對所有監(jiān)控設(shè)備及監(jiān)控業(yè)務(wù)的智能化管理。其徹底改變了傳統(tǒng)監(jiān)控只能依靠人工進(jìn)行系統(tǒng)管理和維護(hù)的局面，通過視頻管理服務(wù)器不僅可以對前端設(shè)備進(jìn)行集中的管理和控制，還可以對分布在各區(qū)域的存儲終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的集中管理。同時，系統(tǒng)還支持分級分域的管理、靈活的用戶權(quán)限管理、自動的設(shè)備批量配置。

結(jié)語

針對當(dāng)前及未來的高速公路視頻監(jiān)控需求，各主流廠家都在不斷地完善自己的系統(tǒng)及平臺，而每一個解決方案在不同的實際應(yīng)用需求中都有著存在的意義。然而，在高速公路視頻監(jiān)控領(lǐng)域，系統(tǒng)如果無法更快速響應(yīng)并更好地解決實際應(yīng)用過程中所面臨的問題，其在市場中的應(yīng)用都將是舉步維艱的。為此，綜合業(yè)務(wù)光傳輸網(wǎng)的適時推出，通過采用當(dāng)前先進(jìn)的視頻傳輸技術(shù)，有效地結(jié)合市場中以往系統(tǒng)的優(yōu)勢，為高速公路用戶提供了一種更標(biāo)準(zhǔn)、更優(yōu)質(zhì)可靠、更符合實際應(yīng)用需求的真正的光纖傳輸平臺。