大華股份助力軌道交通高清視頻傳輸技術(shù)發(fā)展

　　視頻監控系統是保證城市軌道交通行車(chē)組織和安全的重要手段。視頻監控系統給地鐵運營(yíng)管理者、調度員和值班員提供一個(gè)直觀(guān)、實(shí)時(shí)、真實(shí)的現場(chǎng)圖像畫(huà)面。利用視頻監控系統可監視列車(chē)運行、客流情況、變電所設備室設備運行情況，是提高行車(chē)指揮透明度的輔助通信工具。

　　視頻監控系統承載了軌道交通系統中關(guān)鍵的視頻信息記錄、緊急情況的處理，替代了大量的人力。其故障將引起系統的混亂或關(guān)鍵信息的丟失，給軌道交通運輸造成巨大的風(fēng)險。在實(shí)際運行中就有發(fā)生過(guò)因視頻監控系統穩定性問(wèn)題，影響到軌道交通故障的處理，影響到地鐵公安的辦案。因此，軌道交通系統對于視頻監控系統的可靠性提出了極為嚴格的要求。傳輸系統作為視頻網(wǎng)絡(luò )高清傳輸中的關(guān)鍵部分，傳輸方式和傳輸技術(shù)嚴重影響了整個(gè)系統的可靠性。本文對軌道交通高清視頻方案的傳輸技術(shù)進(jìn)行列舉和總結。

　　1. 雙絞線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸

　　雙絞線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸是目前最常見(jiàn)的一種網(wǎng)絡(luò )高清視頻傳輸方式，在各行各業(yè)都有應用。雙絞線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸的優(yōu)劣勢都很明顯，優(yōu)勢在于布線(xiàn)方便、總體造價(jià)低、可同時(shí)為攝像機提供電源。劣勢也有很多，如傳輸距離過(guò)短、傳輸抗干擾能力弱、可靠性低、需要考慮防雷等。

　　在軌道交通最常見(jiàn)場(chǎng)景——車(chē)站中，車(chē)站的攝像機到機房的距離90%左右是超過(guò)100米的。如采用雙絞線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸，必須使用接入交換機或前置交換機。

　　因車(chē)站的環(huán)境相對機房環(huán)境惡劣很多，在車(chē)站內建議使用工業(yè)級交換機進(jìn)行設備接入。但采用了接入交換機的方案中，會(huì )造成網(wǎng)絡(luò )管理的難度提高，工業(yè)交換機的造價(jià)過(guò)高、網(wǎng)絡(luò )防雷防浪涌導致的成本增加，雙絞線(xiàn)會(huì )因為氧化而導致可靠性的降低。

　　目前部分建設較早的軌道交通項目使用雙絞線(xiàn)傳輸。

　　2. 光纖直連傳輸

　　光纖傳輸漸漸在軌道交通行業(yè)中開(kāi)始普及開(kāi)來(lái)。光纖傳輸能夠解決傳輸距離只有100米的問(wèn)題，傳輸距離完全足夠站點(diǎn)、車(chē)輛段使用，能夠解決可靠性較低的問(wèn)題。光纖使用二氧化硅材料避免了因氧化造成的可靠性的降低，同樣避免了雷擊、浪涌等電磁干擾。

　　光纖傳輸目前也存在有多種方式，通常RG45網(wǎng)口的攝像機使用光纖傳輸，需要多個(gè)設備進(jìn)行光電轉換。具體如下圖。攝像機到后端交換機需要2臺光電轉換設備。

　　普通攝像機光傳輸鏈路

　　大華股份為了簡(jiǎn)化傳輸鏈路，減少傳輸中的中間節點(diǎn)，推出了光纖高清攝像機，攝像機可直接插入SFP模塊。具體如下圖，光纖可使用SFP模塊直接連接到后端的光口交換機。減少了中間的光電轉換設備，較少了故障節點(diǎn)，提高了系統穩定性。

　　光纖攝像機光傳輸鏈路

　　使用光纖高清攝像機還具有抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，對于地鐵項目，由于機車(chē)的動(dòng)力電源遠高于市電。電磁干擾強很多，極易對網(wǎng)絡(luò )信號產(chǎn)生干擾，通過(guò)光纖傳輸，傳輸的是光信號，能夠有效避免電磁干擾，使得系統更加穩定可靠。

　　SFP模塊(Small Form-factor Pluggables：小封裝可插拔收發(fā)器)，是將千兆/百兆位電信號轉換為光信號的接口器件。SFP設計上可以為熱插拔使用。SFP是一種符合國際標準的可互換產(chǎn)品。在軌道交通行業(yè)中的攝像機通常使用的單模單纖SFP模塊。

　　交換機接口密度也是影響光纖直接接入的一個(gè)因素。每個(gè)攝像機直接連接到交換機，相應的交換機需要有足夠的SFP接口和攝像機連接。這就要去交換機需要有較高的接口密度。目前的交換機可以達到整體最大400個(gè)SFP或1U上48個(gè)SFP接口的密度。能夠支持單個(gè)車(chē)站所以攝像機的點(diǎn)對點(diǎn)接入。

　　目前大多軌道交通項目采用光纖傳輸，如杭州地鐵、南京地鐵、武漢地鐵等。

　　3. PON光纖傳輸

　　PON(Passive Optical Network：無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò ))以組網(wǎng)靈活、網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍大、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )層次等優(yōu)越性，為多個(gè)項目的建設提供的先進(jìn)的動(dòng)力和技術(shù)支撐。但由于其節點(diǎn)多、覆蓋面廣等諸多因素，如果我們在使用中不能合理運用，會(huì )給整個(gè)網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)很大的危害。目前FTTH(Fiber To The Home：光纖入戶(hù))等接入技術(shù)大多使用PON技術(shù)。但PON是否適合使用在軌道交通行業(yè)。還需要具體分析。

　　PON系統由多個(gè)光網(wǎng)絡(luò )單元(ONU)，一個(gè)光線(xiàn)路終端(OLT)和一個(gè)或多個(gè)分光器組成(見(jiàn)下圖)。在下行方向，OLT所發(fā)送的信號廣播到所有的ONU上。在上行方向，采用TDMA多址接入技術(shù)，多個(gè)ONU的上行信息組成一個(gè)TDM信息流傳送到OLT。

　　PON技術(shù)組網(wǎng)和數據傳輸示意圖

　　數據從OLT到多個(gè)ONU以廣播式下行(時(shí)分復用技術(shù)TDM)，當數據信號到達ONU時(shí)，ONU在物理層上做判斷，接收給它自己的數據幀，摒棄那些給其它ONU的數據幀。

　　對于安全性的考慮。上行方向，ONU不能直接接收到其它ONU上行的信號，所以ONU之間的通信，都必須通過(guò)OLT。

　　成本上，PON技術(shù)在大范圍的接入有很大的優(yōu)勢，因分光的原理，能夠節約大量的光纖資源。但對于軌道交通中站點(diǎn)的視頻監控應用，大多數的視頻接入點(diǎn)都在400米以?xún)?，對于光纖的節約量非常有限。而對于軌道交通中站點(diǎn)的視頻監控應用，由于區間距離較長(cháng)，光纖的節約量較大，目前常用PON技術(shù)或環(huán)網(wǎng)交換技術(shù)。PON技術(shù)采用PON組網(wǎng)減少了OLT線(xiàn)卡的使用數量，但是OLT線(xiàn)卡價(jià)格高于交換線(xiàn)卡，所以交換機星型組網(wǎng)與PON組網(wǎng)在成本上是差別不大的。因攝像機采用PON技術(shù)增加的成本和光纖的節約量也基本持平。

　　可靠性上，PON采用總線(xiàn)型結構，如果OLT端的總線(xiàn)出現了發(fā)生了鏈路中斷，則該PON口下，所有IPC的連接會(huì )發(fā)生中斷，可靠性較低。如采用全交換的星型網(wǎng)絡(luò )如光纖直連傳輸，光纖中斷僅有一路IPC會(huì )受到影響，對整個(gè)系統影響很小。

　　安全上，PON技術(shù)也存在較多問(wèn)題，目前的正在通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行規避但交換組網(wǎng)會(huì )有更好的解決方案。

　　a) PON可對于接入設備進(jìn)行認證。如不符合要求的設備進(jìn)行接入，會(huì )被拒絕接入。在交換組網(wǎng)上也有類(lèi)似的技術(shù)，如用戶(hù)安全準入系統，可支持對網(wǎng)絡(luò )設備的接入認證。

　　b) PON的上行采用時(shí)分復用。在安全性存在較嚴重問(wèn)題，分光器對各個(gè)鏈路沒(méi)有限制，如果分光器上接一個(gè)外來(lái)發(fā)光設備，持續發(fā)光，整條PON鏈路上的數據都會(huì )受到干擾，該PON口下都無(wú)法正常通信，影響大批攝像機。

　　c) PON的下行采用廣播方式。每個(gè)ONU通過(guò)區分LLID來(lái)判斷是否為自己的數據幀，如果不是則丟棄。但下行數據包為廣播方式分發(fā)，意味著(zhù)每個(gè)ONU都可以收到下行的報文，通過(guò)修改ONU芯片信息可以做到接受所有數據幀，實(shí)現下行數據的竊取

　　d) PON組網(wǎng)較交換組網(wǎng)在協(xié)議支持上有缺陷。目前還沒(méi)有廠(chǎng)家在PON設備上支持所有的交換組網(wǎng)協(xié)議。如在802.1x上PON網(wǎng)絡(luò )支持的比較簡(jiǎn)單，僅為CHAP/EAP認證，但交換機廠(chǎng)商通常會(huì )做得更多(如：與以下相關(guān)協(xié)議聯(lián)動(dòng) port based、mac based、動(dòng)態(tài)vlan下發(fā)、動(dòng)態(tài)acl下發(fā)、guest vlan，旁路MAC認證，認證失敗端口跳轉指定vlan)等。

　　綜上所述，PON技術(shù)目前在發(fā)展的高峰時(shí)期。雖然少數項目在軌道交通使用了PON技術(shù)，但就各方面分析后，在軌道交通的站點(diǎn)視頻監控并不是PON應用的最好場(chǎng)景。PON技術(shù)在軌道交通的區間監控上會(huì )有較大的發(fā)展。

　　4. 同軸電纜傳輸

　　同軸電纜傳輸是模擬視頻信號最常使用的傳輸方式?，F在隨著(zhù)高清技術(shù)的發(fā)展，多數廠(chǎng)家也提出了通過(guò)同軸電纜傳輸高清信號的技術(shù)。同軸電纜傳輸高清技術(shù)在原軌道交通站點(diǎn)進(jìn)行標清改造高清有重要的意義，能夠避免線(xiàn)路的更換，只進(jìn)行設備的替換就能達到高清的效果。

　　大華股份推出的HDCVI技術(shù)能夠將1080P信號在75-5同軸電纜上傳輸400米的距離，能夠滿(mǎn)足站點(diǎn)視頻監控的需求。

　　目前大華的HDCVI技術(shù)有延時(shí)低、傳輸距離長(cháng)、可同時(shí)傳輸控制信號等優(yōu)點(diǎn)。

　　軌道交通車(chē)站HDCVI高清視頻監控拓撲圖

　　車(chē)站的HDCVI攝像機使用同軸電纜傳輸到后端的HDCVI編碼器。使用HDCVI編碼器將高清信號編碼然后通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行存儲或供調用。

　　通過(guò)同軸電纜傳輸是目前軌道交通站點(diǎn)標清視頻監控進(jìn)行高清改造的優(yōu)秀方案。能夠降低成本、減少工期、便于實(shí)施。