軌道交通高清視頻傳輸技術(shù)解讀:光纖傳輸添助力

訊石光通訊網(wǎng) 2015/2/6 8:54:54

  視頻監(jiān)控系統(tǒng)是保證城市軌道交通行車組織和安全的重要手段。視頻監(jiān)控系統(tǒng)給地鐵運(yùn)營(yíng)管理者、調(diào)度員和值班員提供一個(gè)直觀、實(shí)時(shí)、真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)圖像畫面。利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)視列車運(yùn)行、客流情況、變電所設(shè)備室設(shè)備運(yùn)行情況,是提高行車指揮透明度的輔助通信工具。

  視頻監(jiān)控系統(tǒng)承載了軌道交通系統(tǒng)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(tǒng)的混亂或關(guān)鍵信息的丟失,給軌道交通運(yùn)輸造成巨大的風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際運(yùn)行中就有發(fā)生過因視頻監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性問題,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(tǒng)對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性提出了極為嚴(yán)格的要求。傳輸系統(tǒng)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(yán)重影響了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。本文對(duì)軌道交通高清視頻方案的傳輸技術(shù)進(jìn)行列舉和總結(jié)。

  1.雙絞線網(wǎng)絡(luò)傳輸

  雙絞線網(wǎng)絡(luò)傳輸是目前最常見的一種網(wǎng)絡(luò)高清視頻傳輸方式,在各行各業(yè)都有應(yīng)用。雙絞線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)劣勢(shì)都很明顯,優(yōu)勢(shì)在于布線方便、總體造價(jià)低、可同時(shí)為攝像機(jī)提供電源。劣勢(shì)也有很多,如傳輸距離過短、傳輸抗干擾能力弱、可靠性低、需要考慮防雷等。

  在軌道交通最常見場(chǎng)景——車站中,車站的攝像機(jī)到機(jī)房的距離90%左右是超過100米的。如采用雙絞線網(wǎng)絡(luò)傳輸,必須使用接入交換機(jī)或前置交換機(jī)。

  因車站的環(huán)境相對(duì)機(jī)房環(huán)境惡劣很多,在車站內(nèi)建議使用工業(yè)級(jí)交換機(jī)進(jìn)行設(shè)備接入。但采用了接入交換機(jī)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(jī)的造價(jià)過高、網(wǎng)絡(luò)防雷防浪涌導(dǎo)致的成本增加,雙絞線會(huì)因?yàn)檠趸鴮?dǎo)致可靠性的降低。

  目前部分建設(shè)較早的軌道交通項(xiàng)目使用雙絞線傳輸。

  2.光纖直連傳輸

  光纖傳輸漸漸在軌道交通行業(yè)中開始普及開來。光纖傳輸能夠解決傳輸距離只有100米的問題,傳輸距離完全足夠站點(diǎn)、車輛段使用,能夠解決可靠性較低的問題。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(jī)使用光纖傳輸,需要多個(gè)設(shè)備進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。具體如下圖。攝像機(jī)到后端交換機(jī)需要2臺(tái)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。

  普通攝像機(jī)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(jié)點(diǎn),推出了光纖高清攝像機(jī),攝像機(jī)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(jī)。減少了中間的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備,較少了故障節(jié)點(diǎn),提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

  光纖攝像機(jī)光傳輸鏈路

  使用光纖高清攝像機(jī)還具有抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn),對(duì)于地鐵項(xiàng)目,由于機(jī)車的動(dòng)力電源遠(yuǎn)高于市電。電磁干擾強(qiáng)很多,極易對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)產(chǎn)生干擾,通過光纖傳輸,傳輸?shù)氖枪庑盘?hào),能夠有效避免電磁干擾,使得系統(tǒng)更加穩(wěn)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(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的接口器件。SFP設(shè)計(jì)上可以為熱插拔使用。SFP是一種符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的可互換產(chǎn)品。在軌道交通行業(yè)中的攝像機(jī)通常使用的單模單纖SFP模塊。

  交換機(jī)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(jī)直接連接到交換機(jī),相應(yīng)的交換機(jī)需要有足夠的SFP接口和攝像機(jī)連接。這就要去交換機(jī)需要有較高的接口密度。目前的交換機(jī)可以達(dá)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)車站所以攝像機(jī)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入。

  目前大多軌道交通項(xiàng)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(xiàng)目的建設(shè)提供的先進(jìn)的動(dòng)力和技術(shù)支撐。但由于其節(jié)點(diǎn)多、覆蓋面廣等諸多因素,如果我們?cè)谑褂弥胁荒芎侠磉\(yùn)用,會(huì)給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶來很大的危害。目前FTTH(Fiber To The Home:光纖入戶)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(tǒng)由多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU),一個(gè)光線路終端(OLT)和一個(gè)或多個(gè)分光器組成(見下圖)。在下行方向,OLT所發(fā)送的信號(hào)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(shù)據(jù)傳輸示意圖

  數(shù)據(jù)從OLT到多個(gè)ONU以廣播式下行(時(shí)分復(fù)用技術(shù)TDM),當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)ONU時(shí),ONU在物理層上做判斷,接收給它自己的數(shù)據(jù)幀,摒棄那些給其它ONU的數(shù)據(jù)幀。

  對(duì)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(hào),所以O(shè)NU之間的通信,都必須通過OLT。

  成本上,PON技術(shù)在大范圍的接入有很大的優(yōu)勢(shì),因分光的原理,能夠節(jié)約大量的光纖資源。但對(duì)于軌道交通中站點(diǎn)的視頻監(jiān)控應(yīng)用,大多數(shù)的視頻接入點(diǎn)都在400米以內(nèi),對(duì)于光纖的節(jié)約量非常有限。而對(duì)于軌道交通中站點(diǎn)的視頻監(jiān)控應(yīng)用,由于區(qū)間距離較長(zhǎng),光纖的節(jié)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線卡的使用數(shù)量,但是OLT線卡價(jià)格高于交換線卡,所以交換機(jī)星型組網(wǎng)與PON組網(wǎng)在成本上是差別不大的。因攝像機(jī)采用PON技術(shù)增加的成本和光纖的節(jié)約量也基本持平。

  可靠性上,PON采用總線型結(jié)構(gòu),如果OLT端的總線出現(xiàn)了發(fā)生了鏈路中斷,則該P(yáng)ON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(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響很小。

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

  a) PON可對(duì)于接入設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證。如不符合要求的設(shè)備進(jìn)行接入,會(huì)被拒絕接入。在交換組網(wǎng)上也有類似的技術(shù),如用戶安全準(zhǔn)入系統(tǒng),可支持對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入認(rèn)證。

  b) PON的上行采用時(shí)分復(fù)用。在安全性存在較嚴(yán)重問題,分光器對(duì)各個(gè)鏈路沒有限制,如果分光器上接一個(gè)外來發(fā)光設(shè)備,持續(xù)發(fā)光,整條PON鏈路上的數(shù)據(jù)都會(huì)受到干擾,該P(yáng)ON口下都無法正常通信,影響大批攝像機(jī)。

  c) PON的下行采用廣播方式。每個(gè)ONU通過區(qū)分LLID來判斷是否為自己的數(shù)據(jù)幀,如果不是則丟棄。但下行數(shù)據(jù)包為廣播方式分發(fā),意味著每個(gè)ONU都可以收到下行的報(bào)文,通過修改ONU芯片信息可以做到接受所有數(shù)據(jù)幀,實(shí)現(xiàn)下行數(shù)據(jù)的竊取

  d) PON組網(wǎng)較交換組網(wǎng)在協(xié)議支持上有缺陷。目前還沒有廠家在PON設(shè)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(rèn)證,但交換機(jī)廠商通常會(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(rèn)證,認(rèn)證失敗端口跳轉(zhuǎn)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(shù)項(xiàng)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(jiān)控并不是PON應(yīng)用的最好場(chǎng)景。PON技術(shù)在軌道交通的區(qū)間監(jiān)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(hào)最常使用的傳輸方式?,F(xiàn)在隨著高清技術(shù)的發(fā)展,多數(shù)廠家也提出了通過同軸電纜傳輸高清信號(hào)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(biāo)清改造高清有重要的意義,能夠避免線路的更換,只進(jìn)行設(shè)備的替換就能達(dá)到高清的效果。

  大華股份推出的HDCVI技術(shù)能夠?qū)?080P信號(hào)在75-5同軸電纜上傳輸400米的距離,能夠滿足站點(diǎn)視頻監(jiān)控的需求。

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

  軌道交通車站HDCVI高清視頻監(jiān)控拓?fù)鋱D

  車站的HDCVI攝像機(jī)使用同軸電纜傳輸?shù)胶蠖说腍DCVI編碼器。使用HDCVI編碼器將高清信號(hào)編碼然后通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行存儲(chǔ)或供調(diào)用。

  通過同軸電纜傳輸是目前軌道交通站點(diǎn)標(biāo)清視頻監(jiān)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。

  總結(jié)

  本文對(duì)軌道交通網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控領(lǐng)域用到的雙絞線傳輸、光纖直連傳輸、PON光纖傳輸、同軸電纜傳輸四種傳輸方式進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。分析了四種傳輸方式在軌道交通中使用的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。指導(dǎo)了軌道交通網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控傳輸技術(shù)的選擇。

新聞來源:OFweek

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