混合组网模式（精选八篇）
混合组网模式 篇1
在全业务竞争日益加剧的环境下,在实现传统话音业务传送的基础上,设计出行之有效的网络,以应对大流量、大带宽的专线业务需求,成为了各大运营商急需解决的问题。众所周知,现行的基于同步数字体系(SDH)的多业务传送平台(MSTP)网络具备良好的层次感,有丰富的保护机制,安全性高,但由于其基于SDH原理,对大颗粒、高带宽级别的业务传送能力有限。因此如何根据客户及数据网需求在保留MSTP网络优势的基础上,结合新技术组建适应全业务竞争需要的传送网,成了亟待解决的问题。本文通过对MSTP与光传送网(OTN)技术特点的分析,设计了一套层次清晰、保护措施有效的组网方案,可有效解决专线业务的传送需求。
1 MSTP技术简述
MSTP是指基于SDH平台同时实现时分复用(TDM)模式、异步转移模式(ATM)以及以太网等业务的接入、处理和传送,提供统一网管的多业务节点。基于SDH的多业务传送节点除了应具有标准SDH传送节点所具有的功能外,还应具有以下功能特征:(1) 具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能;(2) 具有TDM业务、ATM业务、以太网业务传送功能(包括点到点的透明传送功能);(3) 具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能;(4) 具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能。
城域网是当前电信运营商争夺的焦点。目前城域网组网技术种类繁多,包括基于SDH结构的城域网、基于以太网结构的城域网、基于ATM结构的城域网和基于波分复用(WDM)结构的城域网等[1]。
MSTP网络作为SDH传输网络的延伸,被广泛应用于广域网专线业务和互联网业务的开通。但由于其基于SDH的特性,相关设备的容量通常保持在SDH系统常量级(如622 Mbit/s/2.5 Gbit/s/10 Gbit/s/1 GE等),提供的可操作流量与日益增长的带宽需求无法匹配;另一方面,由于MSTP网络采用传统的SDH组网模式,纤缆资源的多少直接决定了组成环网的容量大小以及可组环网的数量的多少,也就是说在全业务竞争日益激烈的今天,依然采用传统的MSTP组网模式来应对层出不穷的客户需求,就必须不断扩大环网容量,加大子网数量。而对于运营商而言,光缆资源是最稀缺的资源,原始的一对纤芯组建一个网络的模式在新形式下将是对现网资源的极大浪费。因此引入了WDM技术,通过波道的划分,允许在一个光纤系统上组建多个不同的子网系统,同时大大提升各子网的可用容量[2]。
2 OTN技术简述
OTN是以WDM技术为基础、在光层组织网络的传送网,是下一代的骨干传送网。OTN是G.872、G.709和G.798等一系列ITU-T建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”。OTN将解决传统WDM网络无波长/子波长业务调度能力、组网能力弱和保护能力弱等问题。针对通道带宽需求剧增的问题,广义的OTN技术提供了新的解决方案,它解决了SDH基于VC12/VC4的交叉颗粒偏小、调度较复杂和不适应大颗粒业务传送需求的问题,也部分克服了WDM系统故障定位困难,以点到点连接为主的组网方式,组网能力较弱,能够提供的网络生存性手段和能力较弱等缺点。另一方面业务对OTN提出了更加细致的处理要求,业界也提出了分组传送网的解决方案,目前涉及的主要技术包括传送多协议标记交换(T-MPLS)和运营商骨干桥接-流量工程(PBB-TE)等[3]。
3 混合组网方案设计
3.1 组网模式设计
根据OTN适合解决大容量业务需求的特点,将OTN设备放置于骨干核心层,用于进行数据的汇聚及各个不同局向的总线传输。
根据MSTP网络网元细化、业务颗粒小且业务点分散的特点,将MSTP设备放置于本地汇聚与接入层面,用于对客户业务的接入与处理,同时对小颗粒业务进行合适的封装与转换[4]。
由于OTN与MSTP网络间处理业务颗粒大小的差别,以及区域IP地址划分和子网分割的需要,在两个网络间加装交换机,用于数据业务的子网规划和地址映射。
如图1所示,每个用户节点加装传输设备;每个县区的汇聚机房安装大型的汇聚层传输设备用于数据的汇聚,同时县区的数据机房内加装交换机,一端与上层OTN设备相连,另一端与下层MSTP网络汇聚设备相连;交换机通过OTN设备上行汇聚于市区中心机房,再接入相关数据设备,进行终端业务的分组交换处理。
3.2 OTN组网设计
考虑到OTN层次环网的业务颗粒大、业务流量大和设备等级高等因素,选择在各个MSTP子网上联的分区汇聚交换机出口处加装华为波分6800设备,同时配置可同时提供的支路业务处理板,用于多流向上行业务的传送。根据业务流向设计图2所示的OTN环网拓扑。
根据业务的分流情况,综合考虑光缆路由以及业务需求大小,选择城区的3个核心机房以及郊县的2个核心机房加装华为波分6800设备,采用背靠背方式,相邻节点间开通80波,每波10 Gbit/s,共计可承载各节点800 Gbit/s的业务上下流量。从而充分解决了MSTP无法解决的大颗粒传输难题,在节省光缆资源的同时,提高了网络的可扩展性。在业务开通时将WDM设备的客户侧业务处理接口选择为1 GE甚至是10 GE的模式,通过光纤连接至分区汇聚交换机的相应接口,从而实现该区域业务至城区核心交换的高速传送[5]。
3.3 MSTP组网设计
针对分区层面业务处理颗粒小、业务节点分散的特点,利用MSTP灵活机动的组网方式以及安全性强等技术特点,组建了如图3所示的MSTP网络拓扑。
出于业务流向及光缆可达性考虑,在各个用户节点,选择安装华为METRO100或METRO500设备,利用数据业务处理板进行以太网业务的封装与解封装工作,实现以太网信号在SDH层面的承载。
根据区域分布原则,利用光缆组建子网连接保护环(SNCP),由于用户侧业务流量较小,因此SNCP多采用622 Mbit/s/155 Mbit/s的低速率环网,有效提高了带宽利用率。
在传输汇聚节点处安装华为OSN7500/OSN3500设备,进行数据信号的一次汇聚,提高信号速率的同时节省对网络通道资源的使用。具体操作如下:利用OSN设备数据业务处理板提供的虚拟网桥(VB)功能,建立VB,将一系列不同业务节点上传来的信号,打上相应的虚拟局域网(VLAN)标签加以区分,同时建立VLAN过滤表,指定业务转发流向,实现网桥的桥接作用。
如图4所示,由接入层上传的信号,通过每一个虚级连管道(VCTRUNK)通道传送至汇聚设备,但每组信号均为小颗粒信号,即VC12(2M)级别。而汇聚后的总线颗粒,即VCTRUNK2颗粒为VC3(34 M)级别,且通道数量为3,即速率为100 Mbit/s,从而从流量上体现了汇聚效果。
如图5所示,业务转发按照设置的转发表实现,在“转发物理端口”一栏明确指定了不同VLAN ID的业务信号,均通过VCTRUNK2,也就是图4所示的155 Mbit/s的总线进行转发,从而实现了业务侧的转发效果。低速率的业务在经过汇聚节点的汇聚与转发作用后,封装进了高速信号流中,可以在2.5、10 Gbit/s等高速通道中顺利传输[6]。
同样道理,在骨干节点机房,选择可处理千兆以太网业务的华为OSN9500设备,实现各区域总线业务的二次汇聚,使该地区的所有数据业务实现了统一的出口汇聚管理。经过汇聚处理后的1 GE甚至10 GE的信号通过光纤接入交换机,鉴于交换机转发功能强于传输设备、能支持多个传输端口上行业务转发的特点,在汇聚节点处引入汇聚交换机,实现多台汇聚设备、端口的同时转发,后经交换机的出口上联WDM设备,通过OTN到达数据交换机房的交换机进行最后的信号处理工作。
4 结束语
本文介绍了OTN与MSTP结合的专线开通机制,在考虑了数据业务接入点零散、带宽小、汇聚点集中和带宽大等特点的同时,分析了两种系统相应设备业务处理能力的差异,以及针对不同速率业务流的处理方式的差异,设计出了富有针对性的融合方案。该方案对于移动运营商充分利用现有传输设备与环网资源,减少数据设备投资和提高网络清晰度等方面都具有相当大的意义,目前正在部分地区推广运行。
参考文献
[1]包东智.MSTP—城域传输网技术又一闪光点[J].世界宽带网络,2008,(5):45-46.
[2]谭群芳.MSTP技术在大客户专线接入中的应用[J].邮电设计技术,2008,(4):56-58.
[3]许宗幸.OTN未来的发展趋势:超大容量调度枢纽[J].电信网技术,2010,(1):28-30.
[4]詹太清.MSTP传送技术方案研究[J].广东科技,2007,(1):39-41.
[5]张德海,陈明桂.OTN+MPLS-TP技术[J].光通信技术,2009,(12):26-29.
煤矿通信系统组网模式探讨 篇2
四、组网模式
一个现代化的矿井，其通信系统必须做到行政、调度通信相互补充，有线、无线通信手段相配套，以应急通信作保证，这样才有较大的发展空间。只有这样，通信网才既能保证煤炭生产、安全、经营及人们生活的需要，又能实现在紧急情况下的通信保障，才能为向下一代网络的演进打下基础。所以，新的煤矿通信网将是集安全性、管理性、扩展性、生存性于一身的网络。没有这样一个网络支撑，通信很难保证煤矿安全生产的正常进行，很难适应煤矿发展的需要。下图1是煤炭网的具体组网模式。
根据多年现场通信管理经验，煤炭网组网模式所示，一台行政交换机、一台生产调度交换机、一台洗煤厂专用调度交换机（有些矿井没有独立的洗煤厂，故不设此交换机），再配备一些井下有线、无线通信系统即构成了理想的煤矿通信网。
（一）行政通信系统
该系统主要为矿井生产、经营等管理和人们生活提供通信保障，行政通信系统在煤矿通信网中占主导地位。特别是市场经济时代，煤矿通信要向可运营的方向迈进，也就是说行政通信不仅满足电话能打的现状，而要站在大通信、可运营的高度，重点考虑设备运行可靠性、增值业务开发能力、综合计费能力以及汇接能力等，不断满足煤矿通信走向市场的需要。
行政交换机的选型一般在整个矿区通信发展规划的指导下进行，不提倡各个矿井各行其是，以免造成矿区通信网上设备型号多、组网困难、开展增值业务受限等问题。作为矿务局通信专网，其网络结构应该是“中心局带远端模块”的组网模式最为合理，这属矿区通信专网的组网方式的问题，在此不再多涉及。
（二）生产调度通信系统
该系统是煤矿安全生产管理中的重要手段之一，在煤炭生产中发挥着非常重要的作用。在地面，它是行政通信系统不可缺少的重要补充部分，因为煤矿生产规程中规定，在地面如绞车房、中央变电站等重点部位要安装行政、生产两套通信设备，保证在一个系统出现故障，另一个系统能满足生产的需要。在井下，生产调度通信系统则是主要的通信手段，井下各生产环节的信息主要通过该系统来传递。对生产调度通信系统的要求主要是运行可靠。就目前看，在系统中开展增值业务、安装计费系统的必要性还不大。
（三）洗煤调度通信系统
洗煤厂生产环节多、系统复杂，在煤矿的经营中处于非常重要的地位。由于它与井下生产联系不十分紧密，所以在考虑组网模式时，洗煤厂应该独自建一套调度通信系统，供厂内生产调度指挥用。该调度机必须与矿井行政、生产两通信系统实现NO.1信令组网。
（四）计算机、安全监测、监控系统
矿井计算机、安全监测、监控系统等配套的系统种类较多，传输信号制式各异。系统内的各种信息要及时地传递到矿井主调度室，同时部分信息要进入生产调度通信系统供有关部门掌握，所以要求生产调度通信系统要有各种可扩展的接口，能够与各系统联网。
（五）井下有线、无线通信系统 1.井下无线通信系统
作为生产管理人员、电机车司机、皮带维护工和其它流动人员的主要通信手段，井下无线通信系统保证了这些人员能够与生产调度室及时取得联系。它具有安装快捷，能在较短时间内形成局部移动通信系统的特点。系统能与矿井行政、生产通信系统实现组网，特别是当井下发生紧急情况时，可为井下提供能及时与地面联系的工具，对抢险的组织非常有帮助。井下无线通信系统作为生产调度通信系统的补充在矿井生产安全等方面起重要作用，但目前国内非常成熟的产品还不是很多。
2.载波电话通信系统
主要用于井下电机车的通信。载波电话在矿井的应用时间较早，为电机车的调度发挥着重要作用。但由于其音质、音量较差，难以大量使用。但对于井型规模不大，经济等条件又有限的单位，载波电话仍不失为一种投资小、见效快、又能解决问题的有效办法。
3.扩音电话系统
该系统主要应用在采煤工作面、斜井运输、长距离运输皮带等部位。扩音电话系统为保证工作面的正常生产，皮带的正常运行起到了关键作用。扩音电话的使用将大大提高采煤工作面工人的工作效率，减少事故发生。
4.个人应急通信系统
有代表的产品包括井下人员跟踪系统、紧急通信系统（井下BP机）等，这些产品主要用于生产管理人员、矿山救护队、井筒抢修、斜井人车等流动性大以及工作性质较重要的个人使用，尤其适用于井下事故的抢险，是煤矿通信系统应该必备的辅助通信手段。但目前由于系统造价较高，大量普及还有一定的困难。
五、几个注意问题
（一）矿井通信网的建设必须满足矿区通信发展规划，在矿务局主管部门指导下进行。
（二）行政交换机与矿区行政通信专网组网主要采用NO.7信令，尽量不用NO.1信令，生产调度组网主要用NO.1信令，有条件也可采用NO.7信令，不采用环路中继组网。
（三）大力采用光纤传输方式。除矿井周边地形环境以及与专网汇接局间的路由非常不利于杆路的架设外，矿井行政交换机与专网汇接局间应主要采用光纤传输方式。因为光纤通信有频带宽、信号容量大、传输质量高、保密性好、可靠性高、对杆路要求低等很多优点。随着矿区计算机广域网、有线电视网的逐步建设，利用通信光缆形成话音、数据、图像三网同缆不同芯甚至同芯“三网合一”已经成为矿区信息化建设的首选，可以说光缆的综合利用性非常强。
（四）新机房的建筑面积要适当调整。在设计行政通信总机房、蓄电池室、配线架室等房间时，面积要尽量缩小，以最大限度减少投资。相反，根据现在系统多为计算机控制、且朝着值班人员一职多能、集中维护的方向发展等特点，要适当加大程控机维护终端室的面积，有条件的要为计费系统单独设计出房间。可以不考虑设专用的114值班室（因为全矿区统一查号已是必然）。同时注意通信设备与计算机网络设备机房的和谐，程控机房与蓄电池室、电力室、配线架室、传输室的和谐，便于实现集中管理、集中维护。
（五）一般矿井自建的职工住宅离主生产区域较远，而在宅区居住的煤矿主要管理者的家中必须安装煤矿电话，一般情况下可以直接敷设通信电缆解决。但如果距离超过2公里，电话容量在500门以上时，要考虑在住宅区安装无人值守的远端模块，宅区电话从远端模块放出，这样才经济合理。
（六）强调接地系统的完备。由于很多矿井处在落雷区，其通信网必须具备良好的接地系统，推荐采用联合接地方式，接地电阻要在1Ω以下（有特殊要求的设备除外），每年春秋两季要进行接地电阻的测试，同时重点检查各个接地端子、接地引下线的完好情况。
（七）有可靠的备用电源系统作保证。虽然煤矿的电力系统都有很可靠的保证，但由于煤矿生产的特殊性，煤矿的通信任何时候都不能中断。一旦矿井动力电源中断，通信的备用电源必须对本系统内的所有设备实现不间断的投入，且供电时间不小于8小时，为矿井抢险提供保障。
（八）不需购置价值高且利用率低的备品备件、仪器仪表，一般由矿务局通信主管部门统一配备。井下通信系统要以建立全系统的本质安全型为目标，设备要选用本安型设备，不采用隔爆通信设备。
混合组网模式 篇3
时代的更新带动了联通公司的良好发展, 但是在新时代背景下联通公司面对的客户需求也在不断的变化发展中, 怎样更新现有业务模式进而满足更多客户需求就成为了联通公司后续良好发展的重要研究课题。
一、初探集团项目背景
联通现有客户为某集团的财务部, 该部门主要是负责处理并管理集团各地分支部门的相关财务信息。包含收集各地部门上传票据以及进行结算资金等等。而集团总部与各地分支部门进行联系的主要方式是通过VPN现网实现的。但是由于各地分支部门不具备统一性的电信线路, 因而在实际互通互联上存在一定的障碍, 使得集团与各部门之间在传输数据上呈现较慢速度。尤其是随着集团发展视频会议以及远程财务培训即将投入建设, 因而通过新的组网方式构建财务系统就就显得必不可少了。
二、探讨混合VPN组网构建财务系统:IP Sec联合MPLS
通常来讲VPN又被称作是专用虚拟性网络, 主要是指将专用网络应用于一定的公用网络上。而之所以将其定义为虚拟性的网络则是因为:VPN网络中的任何节点在连接过程中并没有采用物理性的端与端链路方式[1], 而是采用了构架网络平台的链路方式, 也就是说相关数据需要在逻辑性的链路中进行有效性传输。
MPLS又被称作是多协议交换方式, 主要是指在IP分组过程中通过边缘性路由器发送向前标记, 进而实现交换网络层目标的一种协议方式。而MPLSVPN则是指通过MPLS这种交换技术来实现企业VPN实际构建目的。一般来讲MPLSVPN具备了跨地域性以及可靠性和高速性, 尤其是在进行集团相关业务信息的传输上优势更为明显。例如语音数据或者是图像数据等等MPLSVPN传输过程能够保证其可靠性和高速性[2]。
IP Sec被称作是多协议安全性结构, 主要是指通过对IP网络附加加密服务进而确保其安全保密传输通信的一种结构。可以说IP Sec是现今互联网安全性的主要发展目标。通过加强端与端实际安全性进而有效地保护专用性网络。
而之所以将IP Sec联合MPLS形成新的VPN组网构建财务系统正出于以下考虑:其一是能够通过多协议交换方式联合多协议安全结构实现系统设备的复杂性调配, 而专业技术师在此基础上也可以避免数据制作过程中出现的失误状况。其二是通过IP Sec联合MPLS进而实现财务系统数据的集中化处理管理, 避免了以往单一组网造成的分批复杂性管理弊端。其三是通过IP Sec联合MPLS能够建立公网固定的统一的IP地址, 也就是说集团中无论是各个分支部门处于哪个地域, 均归属于集团统一公网中。其四是通过IP Sec联合MPLS能够建立集团新型的星状公网, 即中心点周围的点数据能够以中心点作为过渡点进行传输, 也可以将中心点作为终点进行传输。该种星状公网具备了较大的改动性, 也就是说可以在公网中增加一条或者是两条网络线, 一个或者是两个数据点。这对于集团后续财务系统扩充发展起着重要的保障作用。其五是建立在IP Sec联合MPLS基础上的VPN组网具备了较强的灵活性, 避免了以往单一组网数据传输的滞后性[3]。
因而基于上述五点采用IP Sec联合MPLS的VPN组网能够较好的保障集团财务的顺利管理, 同时也正是由于两者联合的优势性才能较好地保障集团未来的茁壮成长!
结论:综上分析可知集团的财务管理是一项繁杂的工作, 因而采用较好的组网方式至关重要, 通过IP Sec联合MPLS这种新型的VPN组网进而促进集团财务工作的顺利展开。
参考文献
[1]丁峰.浅论IPSec VPN和SSL VPN的优势以及劣势和相关适应性[J].电脑知识与技术, 2012, 21:5088-5091.
[2]张奇, 谢晓尧.采用MPLS VPN和IPSec VPN混合组网模式构建无纸化阅卷多点数据传输系统[J].福建电脑, 2012, 07:9-11+28.
混合组网模式 篇4
1 系统的组网设计
1.1 网络结构
组建网络系统时, 原则上应该考虑各方面的要求, 力求做到具有实用性、先进性、开放性、可扩展性、安全性和可靠性等, 使系统更合理、更经济、具有更好的性能。铁岗石岩水务信息化网络主要由3部分组成:市政外网、自建网络、无线网络。网络组网采用虚拟局域网的模式, 以管理处所在单位铁岗水库为中心, 石岩水库、塘头泵站、白马站为分中心。网络结构见图1。
1.2 无线的应用原则和技巧
系统采用具备高带宽高容量高视频传输能力高可靠性和稳定性5.8 G无线网络系统。在系统设计中必须注意以下问题。
(1) 由于AP之间的通讯能力较差, 目前还没有达到应用的水平, 而且AP、SP链路通讯必须满足可视的条件, AP、SP的空间布置及其重要, 垂直空间分布必须满足可视条件, 水平布置可以优化可建设AP布置数量, 起到节省成本的效果。
(2) SP和AP之间的可以一对一, 也可一对多, 但是一对多的情况会受到AP最大吞吐量以及SP构成位置关系的影响。AP覆盖的扇区越大, 需要天线的功率越大, 链路距离越短。
(3) 善用天线分路器。往往无线AP产品的天线接入点只有一个, 天线分路器可解决避免大扇区天线的弱点, 解决不在一个小范围扇区SP的多点通讯问题。典型结构如图2。
(4) 无线网桥的天线配置方案。
全向天线:全向天线将信号均匀分布在中心点周围360°全方位区域, 适用于链接点距离较近, 分布角度范围大, 且数量较多的情况。
扇面天线：扇面天线具有能量定向聚集功能，可以有效地进行水平180°、120°、90°范围内的覆盖。因此, 如果远程链接点在某一角度范围内比较集中时, 可以采用扇面天线。
定向天线:定向天线的能量聚集能力最强, 信号的方向指向性极好。因此, 当远程链接点数量较少, 或者角度方位相当集中时, 采用定向天线是最为有效的方案。
组合天线:上述3种天线各具一定的特性, 因此在实际项目中, 经常会出现组合使用的情况, 例如利用多幅扇面天线, 或者扇面天线和定向天线相结合使用。
1.3 铁岗水库无线视频链路优化设计
视频监控不仅可以监控到库区的重要站点, 还可以实时地监控到水库大坝及闸门的状态, 这样更方便水库各项工作的管理。
在前期规划中, 2号副坝、大井山、塘头泵站等几个点的视频直接回传到管理大楼附近的铁塔上。但是通过实地考察发现: (1) 2号副坝、大井山2个站点地势较底, 附近就有山阻挡, 看不见铁塔; (2) 塘头泵站4个监控点中也有站点存在阻挡。
5.8 GHz频段的无线由于波长很小, 绕射能力差, 不能传过近距离的山峰阻挡。通过设备调测也验证了2号副坝、大井山2个站点不能直接回传视频到铁塔, 塘头泵站有2个站点信号很弱。因此, 这几个站点需要优化设计, 并且尽可能的实现可视情况下的通信。通过现场重新勘察后发现以下情况。
(1) 在2号副坝附近观察可以发现, 在岗亭对面的水库堤岸一侧, 在6 m高的山坡上可以看见瞭望塔, 且该位置可以向下监控到岗亭的路面及水库的水位。因此, 可在该山坡山建立一个视频监控点, 通过回传数据到瞭望塔, 再回传到管理大楼。
(2) 由于塘头泵站这4个站点直接回传到管理大楼附近的铁塔信号不好, 而这些监控点都可以看见附近的瞭望塔且瞭望塔本身就需要回传数据给管理大楼。因此可在塘头泵站这些点的数据都传到瞭望塔, 然后通过瞭望塔回传到管理大楼, 充分利用瞭望塔这个点。
(3) 大井山可以看见西沥取水口, 因此可在大井山通过西沥取水口回传视频到管理大楼。
在不增加无线AP的情况下重新规划天线配置方案和配置部分天线分路器, 优化了系统的整体传输能力。
2 总体设计
IP网络视频监控系统是一种综合了网络通信、视频编码、计算机处理、软件管理等方面技术的应用系统, 是大型视频监控普遍采用的技术和体系架构。铁岗石岩视频监控系统, 在视频前端通过视频编码器将视频源数字化, 传输采用IP网络, 应用统一的服务器和管理平台, 实现了统一管理、维护的功能。系统主要由视频前端设备、网络、存储、监控中心4大部分组成。
2.1 视频前端设备
视频前端设备主要包括:视频摄像头、视频编码器、报警器、对讲器等, 视频编码器有多路和单路之分, 在水库大坝、闸门视频较集中的区域利用同轴电缆汇聚视频信息信号到多路视频编码器, 然后利用光纤或者高速无线网络传输, 其他情况则选择单路视频编码器。图像的质量除了和摄像头的质量有关, 还和带宽有关, 在带宽一定下, 选择具有优良压缩算法的产品是最重要的。不同产品的压缩效果是有差异的, 在视频调试过程在带宽有限的情况可以把视频帧率适当降低一些, 图像看起来就基本连续了。
2.2 视频网络
在设计规划好基础网络后, IP地址规划好至关重要, 否则会严重干扰了其他网络用户的正常通讯, 也给网络管理人员的管理工作带来了诸多的麻烦。IP地址规划需要符合以下原则: (1) 唯一性:IP地址是主机和设备在网络中的标识, 具有唯一性; (2) 可扩展性:在IP地址分配时, 要有余量, 以满足日后扩展需要; (3) 连续性:分配的、连续的IP地址有利于地址管理和地址汇总; (4) 实意性:再分配IP地址时尽量使所分配的IP地址具有一定的实际意义, 方便查看、管理。
2.3 存储设备
存储系统的部署分为3种情况:前端系统与上级监控中心线路资源有限, ECR本地存储, 关键数据集中备份, 如无线终端的视频点;前端系统与上级监控中心线路资源充裕, 视频集中存储到上级监控中心, 如水库管理处、大坝附近布置的视频点, 基本全部敷设光纤转线;前端系统规模较大, 而线路资源也有限, 推荐使用NVR+IPC组合, 或者NVR+编码器组合, 如石岩水库视频分中心。
2.4 管理平台
管理平台可以对前端和中心的所有编解码器、辅机进行统一配置、注册和网管, 可以对所有用户访问进行统一认证, 对报警、云镜控制、解码输出控制的控制指令进行接收、转发和联动处理。防火墙功能可以杜绝恶意入侵, 保障系统信息安全, 可以为中心设备提供IP接入服务。
WEB客户端可以实现对前端编解码器的统一配置和网管, 还可以接收解码前端编码器传输过来的数字视音频信号, 实现图像语音监视监听、云镜控制、图像查询回放、报警接收、电子地图甚至WEB对讲的功能。当前端报警时, WEB客户端可以产生图像弹出、报警信息框、声光提示等各种报警联动动作。WEB客户端可以通过发送指令给中心解码器解码输出视频信号上电视墙, 实现数字矩阵的功能。基于B/S架构实现客户端的灵活部署, 便于使用维护。
3 视频级联设计
铁岗石岩水库视频监控从内部体系而言:一个管理处中心平台, 3个下级分中心平台, 就市水务局而言, 管理处中心平台是市水务的下级平台, 视频级联方式主要有直连接入方式、同构平台级联、异构平台级联。
3.1 管理处内部级联
因系统的规划建设属同一个招标项目, 可以采用同构平台级联的方式 (图3) , 相对直连接入方式具有以下优势。
(1) 避免同等级别、同等权限的, 任何对同一设备的操作会造成互相干扰, 比如云镜控制参数设置、录像管理等。
(2) 避免监控点设备同时连接到管理处平台和分中心平台, 造成设备负荷增加, 设备可能出现不稳定, 视频可能出现不流畅的情况, 特别是录像回放和下载不能通过流媒体转发对设备编码和带宽的消耗非常大。
(3) 直连方式无法利用本地平台的流媒体转发功能, 会给传输网络造成严重的负荷。
3.2 与市水务局级联
由于水务局和管理处属于不同的平台, 必须采用异构平台的级联模式 (图4) , 从图4可以看出要实现市水务和管理处平台的级联合。必须做好平台接口, 市水务局通过对平台接口的调用实现管理处平台所有功能的调用, 管理处平台通过对接平台接口, 向市局平台提供服务。
4 视频智能分析
智能视频监控的优势智能视频源自计算机视觉 (Computer Vision, CV) 技术。视频监控中所提到的智能视频技术主要指的是:自动地分析和抽取视频源中的关键信息。智能视频技术借助计算机或计算器强大的数据处理功能, 对视频画面中的海量数据进行高速分析，过滤掉用户不关心的信息，仅仅为监控者提供有用的关键信息。智能视频监控系统能够识别不同的物体, 发现监控画面中的异常情况, 并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息提示, 从而能够更加有效地协助安全人员及时发现。
实现视频智能分析是铁岗石岩视频监控工程二期建设目标, 智能视频监控将对水库的管理产生重大的影响。主要体现在以下几个方面。
(1) 视频智能查询。
随着存储技术的快速发展和视频数据日积月累, 为确定某个场景需要进行多次检索, 给工作人员带来较多的工作负担。目前已建成基于webgis涉水信息查询系统, 视频也被嵌入到该系统中, 从而实现了水库涉水信息和视频的关联。通过以事件检索为主的检索模式, 可以快速实现“历史事件的再现”, 如查询某年某月发生的大暴雨的视频情景, 就可以通过时间和水文数据与视频的关联实现快速查询。
(2) 视频报警。
由于铁岗石岩水库周边人口众多, 周边群众安全意识不强, 部分群众对保护饮用水源的重要性缺乏足够的认识, 游泳、钓鱼、网鱼等违法行为时有发生。通过移动目标监测、周界区域阻截和嫌疑目标监测, 及时发现跨越用户预设的、无形警戒边界的目标, 完成对可疑目标的智能报警和自动记录。
(3) 闸门视频智能分析。
铁岗石岩水库有供水闸门、泄洪闸门, 由于闸门在开闭过程中受力巨大, 容易损坏, 有可能会出现开闭不到位、卡死等情况。智能视频监控能有效地解决这个问题, 使得闸门不间断自动监测成为可能。通过闸门在开闭状态下不同图像内容, 检测与闸门开启有关的特征点在图像上的位置, 实现对闸门故障的自动分析和报警。同时通过分割的跟踪算法检测闸门处的水位高低, 基于模型进行区域合并和跟踪。一旦检测到闸门状态异常, 或水位超过设定值 (通过对水位标尺的比对实现) , 则立即发出报警信号。
(4) 水库调度管理过程的视频智能分析。
水库在调度放水过程中时有危险发生, 水库坝下、泄洪道下游经常有游人玩耍或者工人作业, 在获取到异常情况后可及时做出联动, 例如当有人进入危险区域时, 实现自动报警, 然后通过软件平台进行远程喊话, 让其尽快撤离。
5 结语
视频监控系统的网络化、IP化、智能化是水务视频监控的必然趋势, 铁岗石岩水库视频监控系统建立在混合组网模式的网路基础上, 融合了视频监控技术领域的新技术, 不仅使水务部门、上下级单位视频数据共享、应用整合变得十分便捷, 而且大大的提高水库管理的效率, 为现阶段水务精细化管理提供有力的信息化支撑。
摘要：水务视频监控点地处相对偏僻且分布在较广阔的范围内, 部分地区无法实现光缆的埋设, 必然会遇到末端距离的接入问题。混合组网模式使系统在接入层的部署更为方便和快捷, 根据深圳市铁岗石岩水库的特点, 按照系统优化的原则, 综合集成了IP网络视频监控的新技术, 设计了铁岗石岩水库IP网络视频监控系统。为水库的科学管理、远距离监控提供了简便、经济安全的手段。
关键词：IP网络,视频监控,水库管理
参考文献
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混合组网模式 篇5
当前, 国内三大运营商都致力于实现网络无处不在和应用无处不在, 基于现网大力构建泛在网络是达到这一目标的基础。构建泛在网即强调各种网络能力和资源的协同与共享, 如三网融合、固定移动网络融合等。而传送网的演进技术选择是泛在网构建的关键之一。
下一代传送网选什么技术?对于骨干网, 业界基本认同波分技术用于固定大颗粒带宽传送, 40G技术已广泛应用, 100G也开始商用, IP承载网用于承载高质长途IP业务;对于复杂环境的本地网, 业界有两种不同的技术:OTN (光传送网) 和PTN (分组传送) 。
OTN应优先引入
OTN综合了SDH的优点和DWDM的带宽可扩展性, 代表了传送网发展的主流技术方向, 被业界认为是下一代传送网技术的首选。然而, OTN技术涵盖了电层接入、适配、复用、交叉保护和光层适配、复用、保护的功能, 由于网络的定位不同, 不同设备的功能侧重点不同, 并不要求实现标准要求的所有功能。
目前OTN已经具备了全网从上至下的部署能力。正由于OTN解决了多业务的承载问题, 规范了各种尺寸的容器来适应各种业务映射, 还有可适应未来业务的ODf1ex, OTN的电层技术可以借鉴现有成熟技术 (如SDH、ATM、Etthernet等) , 后续的发展也会出现部分PTN技术的产品, 这就使得OTN不但能承担大带宽的干线传送, 也可以甚至面对用户来完成多业务的接入, 极大扩展了OTN的适用范围。
在技术演进上, 随着标准的完善, OTN接下来要解决的问题是标准的设备化和设备的成熟以及对市场的适应性, 其中大容量的光交叉、电交叉及其相关功能是要解决的核心问题。
在应用中, OTN大量部署的真正战场是在本地核心汇聚层。当前是运营商对本地网核心汇聚层大规模引入波分技术的时期, 而OTN相对WDM来说具有许多优点:特别是丰富的监测管理、光层&电层保护, 还有后续对升级到ASON的支持, 可以很好地适应本地网网络结构的复杂性和后期的扩展性。所以, 在引入波分技术时, 特别是网络较复杂、业务规模大、后续发展空间大的中、大城市, 运营商应优先应用OTN技术来部署。
事实上, 运营商干线基本已被DWDM抢占, 也大量采用了OLP (对光线路) 、OCP (基于单个波长, 可以在光通道实施1+1或1:N的保护) 等保护措施, 干线网络结构较简洁, 通常不直接面向业务, 因此, 业界认为的把DWDM系统全面更换成OTN是没有必要的;最好在新建系统中采用OTN技术。
目前, OTN技术已日益成熟, 随着技术成本下降和规模应用, 光层调度和保护会逐惭应用开来, 将会大幅降低网络规划建设和维护的难度 (无需波长规划, 消除波长阻塞) , 同时可以提高资源利用率和网络的安全性。
PTN广泛应用需过渡时间
PTN技术融合了传输和数据技术, 这种网络可以让运营商网络平滑演进, 从100%TDM+0%DATA自然平滑过渡到0%TDM+100%DATA, 以往的TDM投资就不会浪费掉。
从2009年起, 中国移动已经大规模部署商用PTN网络, 此后继续加大部署力度。如广东移动联合中兴通讯共同推出创新的PTN网关方案, 实现新建PTN网络与现有MSTP网络互通, 实现统一的网管、业务和OAM信息转换、端到端的保护以及时钟同步功能;有效地整合现有网络资源, 实现承载网络的平滑演进。在业界看来, PTN网关方案相对传统的互通方案的优势是低成本, 易部署;跨域业务互通、承载效率高;端到端实现OAM;实现端到端保护;跨域网管互通, 方便维护等。
PTN网关的创新方案实现了PTN和MSTP有机融合, 有力推动了承载网络演进。PTN设备需充分考虑与MSTP在网络层面的互联组网 (而不仅仅是端口业务互通) , 能够灵活地插入现有MSTP网络的任何层面, 与上下层MSTP混合组网。而原有MSTP网络仍然能够以原有的方式扩展, 不受影响。这种混合的组网模式能够实现网络最大限度地融合, 当然前提是需要保证统一的端到端业务管理。
另外, PTN技术承载LTE, 采用L2技术更适合用来实现LTE的回传;采用L3以上与L2以下的独立组网与运维调度, GW完全可以与传送设备独立配置, 非常符合目前运营商各专业的运维习惯。
PTN标准化尚不成熟, 仍是挑战, 现阶段无论是从运营商现网业务分组化的演进速度来看, 还是从MPLS-TP国际标准化的进程来看, 都说明PTN分组网络要真正得到广泛应用仍需一定的过渡时间。
混合组网是最佳方式
当前我们正处于网络平滑演进、新旧技术更新换代的转折点, 业务的分组化趋势仍在进一步加速, 在充分利用原有MSTP现网资源的基础上, 采用混合组网为最佳方式。
面对带宽需求迅猛增长和单位带宽代价压力的困境, PTN和OTN是采用了不同方向来解决问题:一个是在线路带宽基本不变的前提下, 提高带宽的利用率;一个是在兼顾利用率的基础上 (采用多种合适容器映射业务) , 大幅提高线路带宽。
两者的结合就是未来的网络技术架构, OTN+PTN&MSTP的模式已经被业界看好, 即核心层、边缘层采用PTN或MSTP技术, 新的标准使得OTN有继续下沉的可能, 抢占更大的网络空间和市场地位。
LINK
湖北移动实施OTN+PTN联合组网
混合组网模式 篇6
(1) 用户需求
电信企业重组和3G牌照发放, 标志中国进入3G竞争时代。众所周知, 3G时代的竞争, 主要在于移动数据业务的竞争。
互联网业务经过多年发展, 目前正迫切需要摆脱PC机的束缚, 步入自由移动的时代。移动互联网将驱动移动数据业务的迅猛发展, 为移动通信的持续增长提供广阔的新空间, 移动数据业务持续快速增长, 手机上网成为趋势。
过去几年, 美国三大运营商移动数据业务APRU年增长率超过两位数, 欧洲移动数据业务持续快速发展。截至2009年12月底, 我国网民规模达3.84亿, 增长率为28.9%, 目前我国互联网普及率为28.9%, 手机网民一年增加1.2亿, 手机上网已成为我国互联网用户的新增长点。
受3G业务开展的影响, 手机和笔记本作为网民上网终端的使用率迅速攀升, 互联网随身化、便携化的趋势日益明显。而商务交易类应用的快速增长, 也使得中国网络应用更加丰富, 经济带动价值更高。
未来大容量的移动互联网和多媒体业务, 如高清晰的移动视频业务, 高保真的音频业务, 需要运营商提供良好的业务体验和稳定的网络能力。
数据显示, 截至2009年2月, 有超过42%的智能手机都具有Wi-Fi功能, 支持WLAN上网能力, 这为移动数据业务的发展提供了丰富的终端支持。
(2) 运营商网络建设的需求
3G正式商用后, 3G用户的快速增加将使网络的业务承载能力受到极大的挑战, 需要有创新的方案解决数据业务承载能力不足的问题。目前发展手机新业务急需解决的问题是速度太慢和流量费太高, 这是制约新业务开展的两大瓶颈。移动数据业务一旦需求增加, 使用量激增, 移动通信网络容量将承受巨大的压力, WLAN的引入可以快速、低成本的解决这一问题, 3G+WLAN可在一定程度分流3G带宽压力, 增加3G网络的市场竞争力。
3G+WLAN融合组网, 可大幅降低运营商的网络建设和运营成本, 有效解决数据业务热点区域3G网络的容量与需求之间的矛盾, 提高了3G用户的接入速率, 兼顾非3G用户 (笔记本用户、PDA用户) 的无线宽带接入, 改善了用户体验。通过3G网络与WLAN网络的协同发展, 提高了3G或者WLAN资源投放的精确性, 从而提升网络资源效率。
(3) 政策环境
2009年上半年, 工信部已决定开放WLAN手机入网限制, 但要求终端必须支持WAPI功能, 允许内置WAPI/WiFi双接入方式的手机入网, 并且已有手机通过入网检测。多家终端厂商已经完成或正在进行入网检测 , 推出带有WLAN功能的手机, 具备WLAN功能的手机正在走向合法化。
2 3G+WLAN融合组网 存在的问题及目标
(1) 3G室分系统和WLAN单独建设存在的问题
目前国内运营商大多数3G分布系统和WLAN建设分属不同的项目进行投资管理, WLAN设计和建设缺少统一规范或指导意见。部分覆盖系统的WLAN三网融合的设计方案不合理、建设思路单一, 未结合实际场景及业务需求考虑覆盖方式, 投资效益和实际覆盖未达到预期效果。2009年之前的分布系统建设未考虑WLAN覆盖, 若在该类站点完全采用放装的形式进行WLAN建设, 施工及协调难度大, 施工周期长, 且不可避免的造成重复建设和资源浪费。采用放装方式建设WLAN, AP数量较多, 故障点较多, 不利于后期的集中维护。
( 2) 3G+WLAN融合的目标
新建覆盖系统具备3G/WLAN三网的快速接入及开通能力;根据不同业务场景合理规划综合覆盖系统的建设, 实现投资效益与用户感知的最优化。终端通过融合后的WLAN网络, 不仅可以访问Internet, 而且能够访问3G网络的PS域业务。
3 3G+WLAN融合组网解决方案
3.1 3G+WLAN融合需解决的技术问题
(1) 无源器件工作频率问题:
无源器件工作频率要涵盖3G和WLAN工作频段, 即系统所用室内天线及无源器件工作频带均为800～2500MHz。
经过对现网设计方案进行的预算分析, 3G+WLAN融合组网技术仅增加了合路器的插损, 在信号强度方面基本满足覆盖要求。根据信号衰耗公式:
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在各运营商绝大部分已完成分布系统中, 元器件频段均在800MHz-2.5GHz范围, 均满足WLAN网络接入需求。
(2) 信号间的干扰:
WLAN使用非授权频点, 干扰问题较为突出。主要存在与其他运营商AP设备间干扰, 其他个人或公司的自架AP、无线路由器设备的干扰, 我公司自有WLAN设备间干扰, 2.4G频段的其他设备对WLAN设备的干扰, 如微波炉等。
A、 WLAN频点间干扰分析
IEEE 802.11b/g定义WLAN工作频段为2.4～2.4835GHz, 频率带宽为83.5 MHz, 每个子频道带宽为22 MHz, 但互不干扰的子信道只有1、6、11三个, 如图 1。建议将相邻AP工作信道设置在互不干扰的信道上。
B、 WLAN频点间干扰解决方法
当工作信道重叠的两个AP存在交叠覆盖区域, 而两个AP无法侦测由于对方行为带来的信道占用时, 网络的整体性能会急剧下降, 处于交叠干扰区的终端通讯会受到严重干扰。建议采用定向天线、调整AP发射功率等措施, 缩小AP覆盖范围以减小干扰。
在存在多家运营商WLAN覆盖的区域, 选用频点时需综合考虑本公司和其他运营商AP间的频率干扰。
总之, 在存在干扰的情况下, 积极研究降低干扰的工程优化手段, 如频率规划、功率控制、增加隔离度等。
(3) 系统间的容量规划:
WLAN建设需要考虑用户容量的问题, 一些商务活动密集场所, 需要使用多个AP进行信号覆盖。
根据802.11规范, AP最高速率54Mbit/s, 上行下行每个分27Mbit/s, 换算成字节以后 为27*1024/8=3456kbyte/s。假设每个用户预设带宽为250 kbyte/s, 则单AP可承载用户数=3456/125=27个。这样, 在单AP承载27个用户的情况下, 每用户可以用到250k, 上下行都可以达到100k以上, 基本能达到ADSL的1M下载速率。
一般情况下, 在同一区域不允许大于3个AP合路的建设方式。但对于数据业务需求非常大、用户密集区域, 3个AP仍不能满足数据业务的带宽要求, 如高校宿舍, 可通过非合路的方式提供大流量的数据业务。如施工条件允许, 可采用5.8G频段部署, 同时需合理规划AP频段, 避免干扰。
对于热点功能区的数据业务流量, 需要同时考虑3G网络和WLAN网络承载的业务量, 通过3G网络的运行数据分析决定移动数据业务流量和WLAN网络数据业务流量的比例, 从而确定WLAN网络承载的业务量。
根据所选用AP的吞吐量及功率等级, 确定满足预测的热点业务量及业务量分布所需要的AP数量。
3.2 组网方案:3G+WLAN混合组
A、 组网策略:分层结构
3G网络提供中高速数据业务, WLAN在局部范围内提供高速数据接入, 以疏导热点的数据流量, 提升网络质量, 改善用户体验。3G+WLAN混合组网的关键在于精确筛选出高价值热点。
室外以3G网络覆盖为主, 局部热点区域辅以WLAN网络覆盖, 室内则3G和WLAN覆盖并重, 两者应统一规划、同步建设;对于公共场所的室内覆盖, 3G网络覆盖范围应不小于热点内的WLAN覆盖范围, WLAN则根据热点的业务需求确定目标覆盖范围, 其覆盖范围与3G覆盖范围无需一致;对于住宅楼宇、高档小区等生活区, 重点做好3G网络覆盖, WLAN覆盖应与家庭解决方案统筹考虑。
B、 建设策略:
通过自建、共建共享、租用、分成等多种方式进入重要公共场所。如机场、校园等;对于新建或者改造分布系统, 应统筹考虑3G以及WLAN网络的建设需求, 统筹规划、同步设计、同步施工、同步验收、同步投入运行。合路点的位置应同时满足3G和WLAN的接入需求。
WLAN网络作为3G网络在数据业务承载能力的补充, 主要是解决热点3G容量不足, 因此, 其覆盖方式应充分考虑AP接入室内分布系统、小型分布系统, 同时考虑以AP直接覆盖的单独放装, 全方位地进行WLAN信号的无缝覆盖。设备应根据覆盖区域环境、用户分布及组网方式等情况, 选择合适的设备类型 (AP和AC类型) 和设备配置 (包括AP和AC数量、设置位置等) 。
WLAN网络与3G网络应统一认证、统一鉴权、统一计费、统一客户端、统一标识。对于无线城市, 应与政府信息化建设紧密结合, 因地制宜地采用多种接入手段 (3G+WLAN) 对城市进行无缝覆盖。
组网以集中控制型网络 (AC+瘦AP) 为主, 以胖AP和MESH组网为辅, 并能通过集中设置的网络管理系统进行跨厂家系统的管理, 如图 3。AP通过LAN、GPON等方式接入IP城域网, 并通过IP城域网与AC连接。
由于目前不同厂家AC之间、AC与AP无法实现管理及控制的互连, 因此, 一个本地网选择的厂家数量不宜过多, 应尽量控制在1家。
C、 融合演进:集中管理、提升用户体验
多种接入方式并存及统一接入管理将成为趋势, 3G和WLAN将从松耦合步向紧耦合, 加强研究3G和WLAN准无缝漫游, 实现有线宽带的AAA、WLAN网络的AAA以及3G认证之间的融合, 实现统一的用户管理。包括:终端自动发现3G和WLAN, 使用 (U) SIM卡自动鉴权, 不需要手工输入用户名/密码和3G和WLAN漫游时业务连续, 提高无线业务用户的良好感知。
今后要进一步加强WLAN技术在以下几个方面的研究, 以提高WLAN的服务质量:
研究无线宽带接入的资源控制机制, 开放资源控制协议, 实现控制与承载的分离;
研究资源管理协议, 提升WLAN网络跨厂家设备的集中管理能力;
研究WLAN网络的大规模组网能力, 进一步提高WLAN网络的大规模应用能力;
研究WLAN安全机制, 提高防范网络风险能力;
研究QOS控制, 进一步提升WLAN网络的QOS控制能力。
4 结束语
混合组网模式 篇7
WLAN,WiMAX两个标准自提出以来,就得到了广泛的研究[1,2,3]。由于两者间不同的芯片组,不同的业务质量和安全框架,它们运行在不同的频段上,工作的无线环境不同,而且应用的市场定位不同,采用的关键技术不同,以及对媒体接入控制采取的调度策略不同,导致了两种技术在物理层和数据链路层以及帧结构上是不兼容的,两种网络是异构的[4]。但是,正是两种技术应用市场定位的不同,造就了两者巨大的互补性,可以通过将WiMAX和WLAN联合组网,解决WLAN低速,支持移动性差,低安全性以及只支持视距(LOS)等缺点。同时,WLAN,WiMAX系列标准只定义了空中无线接口,为上层应用提供了灵活性,也为两种异构网络的互联提供了可能性。近年来对这两种网络的融合研究也十分热门[5,6,7]。笔者提出一种WLAN和WiMAX混合组网切换管理方案,通过对两个网络的融合,提高了数据成功到达客户端的概率,优化了异构网络的性能。
2 WLAN和WiMAX混合组网结构
提出一种漫游互联网络(RII)的WLAN和WiMAX混合组网的网络架构,它包括了RI组件,在WLAN和WiMAX中包括了无线接入网关(WAG),在蜂窝网络中包括了网络接入服务器(NAS),如图1所示。
RI为用户的漫游和移动性管理提供支持,家乡网络和被访网络通过RI为用户提供接入功能。如果供应商想为用户提供漫游服务,那么他不需要在所有的供应商间包含服务水平协议(SLA),而是通过在RII结构中的RI之间达成一个协议来完成。如果供应商之间达成了优先的协议,那么可以通过操作网络中的WAG或NAS来完成切换。RI的子系统由存在管理(即信息系统映射,简称GEO),认证管理,移动性管理,计数单元,操作信息单元(即决策管理,简称SLA),上下文转移组成。
存在管理是用来实现位置管理的RI子系统,它是由小区中网络覆盖区域的GEO信息系统(GIS)控制的。如果在一个特定的区域中有任何来自操作网络有关可用网络的询问,那么这一部分向他们应答覆盖网络信息。如果在这个部分中没有可用的信息,那么它向所有其他的操作网络转发询问并把应答反馈给询问方。
计数单元用来统计在其他网络中的供应商为用户使用的漫游业务的数目。
服务供应单元执行SLA和供应商决策管理。
上下文转移单元是用来在操作网络WAG之间执行安全和切换上下文转移。
无线接入网关WAG和NAS为操作接入网络中的用户认证、移动性管理、位置更新、GIS映射、网络覆盖信息和用户数据提供支持。WAG包括位置管理单元,认证单元,移动性管理单元,上下文转移单元,这些单元用于WAG间的通信和询问与RI的通信。
认证单元在系统中认证的用户中,WAG接收认证和重新认证的请求,终端通过使用有安全认证机制的相关接入网来认证。对于来自其他网络的认证请求,在终端启动时产生的密钥发向其他的WAG,并通过在WAG中上下文转移的帮助实现低时延的认证。
位置管理一直处于网络中用户的位置,并包含了相关接入覆盖的GIS信息。如果有来自当前位置的终端的询问,那么位置管理将查找可用网络并向终端回应。
移动性管理单元,帮助终端在切换和漫游时根据用户的决策、QoS、成本和其他操作者的SLA来选择最好的网络。
3 混合组网的切换机制
3.1 切换准则
切换,是指移动节点在通信过程中从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区,或者由于外界干扰而造成通信质量下降时,必须改变原有的通信信道而转接到一条新的空闲通信信道上去,以保持与网络的持续连接的过程。在WLAN和WiMAX混合组网的网络中,WLAN和WiMAX的信号可能是重叠覆盖,并且具有不同的信号质量,在一个热点小区中,可能同时接收到WLAN和WiMAX的信号。因此,要制定合适的网络侧切换准则,来进行合理的切换。
设WiMAX的信号强度为Swimax,WLAN的信号强度为Swlan,它们之间存在一个比例因子α=Swimax/Swlan。对于接收到的WiMAX信号进行变换,即Swimax=Swimax/α,从而使Swimax和Swlan具有可比性。为了抑制乒乓效应,设置滞留余量HYST,定时器T1(当接收到的信号强度满足切换条件时,开始计时,当计时器停止工作时,接收信号强度仍满足切换条件,则可开始切换)和工作门限THRwimax,THRwaan。触发切换准则如下:
1)当前接收信号强度小于相应门限值时,不考虑切换问题,即
2)当满足如下条件时,由WiMAX网络切换到WLAN网络,即
3)当满足如下条件时,由WLAN网络切换到WiMAX网络,即
3.2 切换方式
WLAN和WiMAX混合组网的切换包括WLAN之间的切换,WiMAX之间的切换和WLAN和WiMAX之间的切换。
1)WLAN之间的切换
无线互联网服务供应商(WISP)接入网络包括用户数据库,用户相关安全证书,接入网络的策略等信息。WISP中使用的安全机制包括EAP TLS,区域服务器包括所有授权用户的信息,不同WISP网络和代理间的SLA协议在区域服务器中配置。WISP接入网把热点AP作为接入点,它执行带有EAP TLS和NAI扩展项的IEEE802.1x。在本方案中,安装了一个自由半径作为AAA服务器。在这个架构中,使用动态移动IP来确保移动性。另一方面,在接入网中,配置有WPA的客户端请求认证,它支持EAP(扩展认证协议)安全机制。当客户端移动时,配置有动态移动IP的客户端向FA或HA注册。当一个用户试图接入网络,它会被识别,随后发起安全机制,并开始认证。当用户批准进入WISP网络时,它启动移动IP并向WISP网络上的HA注册。
下面详细阐述切换的过程。一开始,移动终端向访问网络发送NAI消息,接着向其发送带有EAP和NAI扩展项的认证证书。被访网络识别MT发送的NAI并向RI发送请求,然后,RI向家乡网络发送代理请求。在这之后,移动终端通过家乡AAA服务器开始EAP TLS认证和重新认证。在成功认证之后,MIP向被访网络的FA发送注册请求,其中FA向HA发送MT的当前位置。漫游中的消息流如图2所示。在MT授权之后,被访网络通过RI开始计费。
2)WiMAX之间的切换
WiMAX网络包括了基站(BS)和WAG网络。WAG相当于用户之间连接到接入网的认证服务器。在切换的开始,CPE(用户终端设备)连接到新BS,当CPE开始向新BS认证时,它发送带有MAC地址的公钥消息给新BS。新BS检查询问并为CPE授权,如果在新BS的数据库中没有CPE的可用信息,那么CPE就会将请求发向RI中的RAP服务器(功能相当于AAA服务器)。当CPE和BS开始通信,UE则开始L2切换,进行链路转换,当UE成功注册到新BS上后,会发送消息给原来的BS,告诉它切换已经完成,从而终止和原BS之间的业务传输,与新的BS进行业务传输。切换流程如图3所示。
3)WLAN和WiMAX之间的切换
在这个场景中,假设客户端从WLAN切换到WiMAX网络。这个客户端需要配置WLAN网卡并连接到CPE的路由。当客户端连接到家乡网络,如WLAN,它会向接入网络认证并在家乡网络的HA上注册。当客户端和以太网相连,它会启动网络,通过BS网络网关来建立信道,由WiMAX网络中的AAA服务器开启认证,然后用位于WiMAX上的FA进行注册,FA向HA发送移动IP的信息,从而继续WiMAX网络中的会话。切换流程如图4所示。
4 仿真分析
使用仿真软件NS2.27对WLAN和WiMAX,WLAN混合网络在平均端到端时延方面的性能进行了比较。仿真的实验场景为1 000 m×1 000 m的矩形区域,节点的移动采用Random Waypoint策略,即在指定的范围内,节点选择某个目标后,在预先设定的最大速率和最小速率中随机选择一个速率以匀速的方式前进。该仿真设置的最大速度为5 m/s,最小速度为0;流量模型采用CBR流;信道为Wireless Channel/Wireless Physical;队列模型为Drop Tail/Priority Queue;传播模型为Two-ray Ground Reflection Model;MAC协议为IEEE802.11;无线传播范围为250 m,数据包到达率为8 packet/s(包/秒),节点间的最大连接数为5,分组长度为512 byte,仿真时间为600 s。
在节点个数分别为10,20,30,40,50的情况下,对两种网络的端到端时延性能进行了比较,仿真结果见图5。
从图5可知,在端到端时延方面,混合组网的WLAN和WiMAX网络比独立的WLAN网络性能更好,数据包可更快到达目的端,从而能够更好地满足用户需求。
5 小结
提出一种漫游互联网络(RII)的WLAN和WiMAX混合组网的网络架构。在这个架构中,包括了RI组件,为用户提供漫游和移动性管理的支持;在WLAN和WIMAX网络中包括了无线接入网关(WAG),用于移动节点的认证、安全性和切换;在蜂窝网络中包括了网络接入服务器(NAS);介绍了相应的切换管理机制,包括WLAN网络之间的切换,WiMAX网络之间的切换和WLAN与WiMAX网络之间的切换。这个网络可以克服WLAN网络覆盖范围小、安全性低、低速以及只支持视距等缺点,在降低认证和移动性带来的延时方面,可通过WAG,NAS,RI在网络侧的协助来执行网络选择进程而实现。仿真发现混合组网的WLAN和WiMAX网络比独立的WLAN网络的平均端到端时延的性能更优。可见,RII架构可很好地实现WLAN网络和WiMAX网络之间的漫游。
摘要：通过分析WLAN和WiMAX的技术互补性,提出了一种漫游互联网络(RⅡ)架构。分析了在此结构基础上的WLAN和WiMAX网络的切换管理机制,并对相应流程进行了详细描述。通过分析,WLAN和WiMAX混合组网可以克服WLAN网络覆盖范围小,安全性低,低速以及只支持视距等缺点,并减小了端到端的时延。
关键词：WLAN,WiMAX,切换管理
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混合组网模式 篇8
智能配电网在电力系统建设中和电能的合理分配和使用息息相关, 它是智能电网的重要组成部分。智能配电网技术有机集成和融合现代计算机与通信、高级传感和测控等技术, 满足未来配电系统集成、互动、自愈、兼容、优化的要求[1]。智能配电网自动化系统在发展过程中集合了控制技术、通信技术和计算机技术等诸多现代先进的技术, 智能配电网自动化通过对各开关、终端实时状态与参数的信息聚合来实现配电网正常运行和故障处理。智能配电网监测、保护、控制和管理需要建立稳定、可靠的配电网通信网络。当前, 配网自动化系统中在我国发展迅速, 但因地区发展、地理环境条件和配电网结构等因素造成了配网通信网络依旧存在问题。配电网络拓扑复杂多变导致通讯光缆无法预埋, 各地区之间的通信标准与模式多样化等情况导致了配网自动化通信系统的建设与完善受到阻碍。
本文主要对配电终端与配电自动化系统主站和子站之间、多种类配电终端间构建的通信系统进行研究, 并且通过EPON通信和无线GPRS通信相结合的通信方式来解决配网自动化系统中的配电网故障自愈应用中的通信问题。
1 智能配电网通信技术
1.1 有线通信技术在智能配电网的应用
电力载波通信和光纤通信是现阶段配电网发展过程中配电网通信系统采用的主流的两种通信方式。电力线载波通信作为电力系统特有的一种通信方式, 这种通信技术利用电力线通过载波方式将模拟信号和数字信号进行高速传输来实现, 其优势在于建设投资小, 不需要重新架设专用的通信通道, 但它在电网中应用时, 传输频带受限, 传输容量容量较小, 线路停运检修时通信中断。光纤通信是一种利用光信号传递信息的通信方式。根据光接入设备和光传输设备的有源性差别, 光接入网可分为利用无源分光器构架的无源光网络 (PON) 和利用有源电复用器 (基于以太网、PDH、SDH或ATM等技术) 实现的有源光网络 (AON) , 作为目前电力系统中变电站、高压线路通信广泛采用的通信技术, 它具有传输容量大、传输速率高、传输距离远、抗电磁干扰能力强、绝缘性能好等优势, 但光纤通信的投资大、运行维护费用高, 在复杂的配网拓扑结构中通信通道建设困难。随着光光纤技术的发展, 光纤成本的不断下降, 光纤通信技术在配电网中运用的经济效益越来越显著。就通信EPON技术是配电网中应用广泛的光纤通信技术。
1.2 无线通信技术在智能配电网的应用
目前, 国内配电网在解决配电网中配电自动化、配网监测、负荷控制、集中抄表等数据采集通道时已广泛采用无线公用通信网络。十几年来, 利用公用GPRS通讯技术建立起的配电网通讯解决方案屡见不鲜, 随着对公用无线通讯传输速率和可靠性的提高, 3G、4G等发展成熟的公用无线通讯技术也逐步运用到了配电网终端设备的保护和测量中。与此同时, 依托于短距离无线通讯技术的发展和成熟, Wi Fi、Zig Bee和无线蓝牙等短距离无线通讯技术也运用到了电力系统的诸多方面, 从智能配电终端无线维护、故障诊断到设备的巡检和维护, 包括区域性无线抄表, 实时数据查询、定制参数配置和设备试验都有成熟的产品问世。在网络融合的趋势之下, 基于IEEE802.16标准的宽带无线接入城域网 (BWAMAN) 技术而发展起来的Wi MAX和Mc Wi LL等新兴无线通讯技术也逐步成为电力系统中被认同和采纳的新技术。另外, 传统的无限数传电台技术、一点多址微波通信技术以及卫星通信等无线通讯技术仍然有在电力系统中发展利用的可能。如表1所示为电力系统使用的几种主流无线通讯技术比较。
1.3 混合组网通信方式在配电网的应用
智能配电网拓扑结构复杂, 负荷分支多且分散, 这种配网结构导致配电网通信结构复杂, 终端节点数量多, 布局分散。但配电网对通信网络的可靠性和经济性要求很高, 单一的通信方式无法适应结构复杂的配网拓扑。因此对现有通信资源进行优化整合, 构建, 构建可靠、统一、高效、多样化的智能配电网通信网络能有效地解决目前配电网中通信面临的经济性和适应性问题。基于EPON、GPRS、3G/4G、Zig Bee/Wi Fi、Wi MAX和Mc Wi LL技术的多样化通信方式给智能配电网的通信网络提供了备选方案。当前, 利用EPON+GPRS、EPON+Mc Wi LL等有线和无线通信相结合的通信模式运用到配网自动化系统中。混合组网通信方式不仅能够减少光纤通道建设成本、减少维护费用, 同时它充分利用无线通信网络的广覆盖性能, 实现快速布网, 还能根据配电网络拓扑结构和复杂的地理环境对智能配电网系统的通信带宽、可靠性和安全性要求。
2 智能配电网通信组网方案
2.1 智能配电网组网基本模式
配电网的组网方案通常会兼顾方案的可靠性、实时性、可行性和经济性等因素。在配电网无线通讯组网模式的选择上通常有三种组网方式, 如图1 (a) 所示主站—终端模式是一种主站与终端直接通信, 通信结构层次简单, 数据传输可靠, 实时性高的通信模式;但这种组网模式对通信信道可靠性依赖性高, 主站处理信息冗余, 建设投资也较大。
随着配网自动化的发展, 在主站和终端之间引入了子站的概念, 子站用来管理区域内的终端, 进行简单的信息处理后将汇聚的信息转发给主站, 如图1 (b) 这种模式称为主站—子站—终端模式, 它不仅简化了通信通道的建设, 节省了投资;同时也减轻了主站的负担。目前, 为适应智能配电网的发展需求, 配电终端逐渐智能化和分布式控制化。
一种建立在智能终端间自由组网通信的主站—子站—汇聚基站—智能终端的四层模型上的组网模式得到了利用和发展, 如图1 (c) 这种组网模式将使智能化的配网终端实现数据通信的分布化, 本地自组网, 进行就地式智能决策, 将极大限度的减少信息的远程传输, 减轻上级系统的性能和功能需求压力, 提高可靠性和及时性。
2.2 智能配电网多通信方式的自组网模式
目前, 各种无线网络接入技术在容量、覆盖、数据速率和移动性支持能力等方面各有长短, 任何一种无线网络都不可能满足用户对于网络性能的全部要求, 因此多类型的网络共存和融合是下一代通信系统的发展趋势[1]。在传统单一的有线通信 (如光纤通信) 方式基础上, 结合配电网通信系统的分层结构和配网实际现场需求, 无线通信技术及基于无线通信的无线自组网技术就逐渐应用到配电网中。如图2所示, 以光纤通信网和无线自组网为核心的配网自动化通信系统面向架空线路柱上断路器、环网柜、台变和开关站等配网终端设备进行监测、控制和保护。
无线自组网技术是指综合无线通信、分布式信息处理、传感器及嵌入式计算技术, 使整个系统能够协同运作, 从而实现数据的实时检测并对采集的数据进行预处理的技术[2]。针对配电网中终端安装现场分布复杂、环境多样、实时性和可靠性要求高等特点, 基于网状网络、自动组网、多跳路由、自动中继 (无级数限制) 、动态调频等技术, 无线自组网结构稳定, 环境适应能力强, 能够有效地避免干扰, 具有极高的实时性和高度智能化。面向多样化的无线通信方式, 配电终端之间可以通过无线自组网方式实现信息的传输, 同时, 终端采集接入网络的性能参数, 根据业务需求选择最佳的通信路由线路, 另外, 它可以借助其他终端功能, 以中继的方式将数据上传至主站, 主站收集各终端运行数据和采集的信息, 进行处理、整合和存储, 并及时下传至各配网子站和终端。各终端间自组网网络结构, 终端通过网络协议和拓扑机制智能地组建成多跳形式的无线网络, 网络中各组织节点能够主动适应网络拓扑结构的相应变化, 终端可以在此结构下密集部署, 减少系统监测盲区。
3 智能配电网多通信技术应用
3.1 智能配电网故障自愈系统
如图4所示配电线路供电区域FTU (智能配电终端) 和FI (故障指示器) 配置拓扑图中, 配电网是呈辐射状的网络。在配电线路主干分段FTU-1、FTU-2和FTU-3处安装FTU, 各FTU之间建立EPON通信连接, 同时, 在各负荷较大的分支线路T接处装设故障指示器FI和数据采集通信终端DCU, 并以GPRS无线通信方式建立可靠、稳定的无线通信网络, 将EPON网络和GPRS无线网络与配电网故障区段定位主站的通讯链路建立起来, 这样就构建出一个典型的配电网故障自愈系统。
3.2 配电网故障自愈系统工程应用
如图5所示为基于EPON和GPRS无线通信的故障自愈系统通信结构图, 采用经典的主站层、通信层和终端层结构布局。终端层作为系统数据采集终端部分, 由FTU (智能配电终端) 和FI (故障指示器) 及EPON和GPRS无线通讯模块组成。FTU和FI主要负责配电网中电压、电流、等遥测以及故障信息的采集, 并通过相对应的通信通道将终端状态数据和配电网实时运行数据上传。通讯层通过GPRS通讯模块进行无线拨号, 建立链路, 连接无线路由器网关, 形成通讯通道后将数据传送到配网自动化主站, EPON则是利用光纤通道进行数据上传。主站层作为信息传输的终点, 主要包括无线路由器、前置机、服务器、工作站及Web服务器。无线路由器将无线专网传入的数据映射至内网的前置机上;前置机对数据进行规约处理将处理后的数据存入数据服务器中;服务器对数据进行分析处理后, 将结果在工作站上进行显示, 根据故障信息完成馈线自动化FA故障区段定位功能;工作站作为配网自动化系统的后台, 显示所有采集的信息 (遥测、遥信等信息) 和配网拓扑结构, 可以对故障信息、历史曲线、故障录波、小电流接地、馈线自动化FA进行查询, 并且对故障结果以短信形式通知各负责人;Web服务器允许供电局内网中的计算机以Web形式访问配网自动化主站内的信息。
4 结束语
本文从我国智能配电网建设实际情况和特点出发, 对现阶段配网自动化采用的有线和无线通讯方式进行了探讨和总结, 分析出混合组网通信方式在智能配电网中应用的优势, 并结合混合组网的通信方式对智能配电网的通信组网方案进行适应性研究, 通过通信方式的多样化特点, 构建出智能配电网多通信方式的自组网方案。最后介绍一种基于EPON和GPRS无线通信的智能配电网故障自愈系统, 以此来验证了混合组网方式下的智能配电网通信系统的实用性, 在这种通信模式下, 有利于建设高速、双向和集成的智能配电网通信系统, 有利于实现电力流、信息流的高效率传输。
参考文献
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