文圖｜劉榮峰 岳志媛

北京作為全國(guó)的特大城市，車輛、駕駛?cè)撕徒煌ㄐ枨蠖嗄陙?lái)持續(xù)增長(zhǎng)，進(jìn)而帶來(lái)交通擁堵、通勤時(shí)間增加。為此，北京市公安局公安交通管理局積極開(kāi)展交通科技化建設(shè)，尤其在2008年北京奧運(yùn)會(huì)后，加快構(gòu)建多個(gè)實(shí)戰(zhàn)科技系統(tǒng)，有效提升了交通管控能力。但隨著時(shí)代發(fā)展，路面網(wǎng)絡(luò)接入標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)不合理、數(shù)據(jù)不互通等問(wèn)題日益凸顯，不能適應(yīng)未來(lái)科技應(yīng)用的需求。在“十四五”期間內(nèi)，北京交管局計(jì)劃新建路面感知設(shè)備5000套以上，功能上也從單一功能向多功能復(fù)用轉(zhuǎn)變。因此，需對(duì)原有通信組網(wǎng)方式進(jìn)行更新改造。本文針對(duì)路面科技感知設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)需求，進(jìn)行組網(wǎng)技術(shù)的研究，重點(diǎn)解決大量交通路面感知設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)的合理性和經(jīng)濟(jì)性，為今后交通科技應(yīng)用提供基礎(chǔ)通信支撐。

一、主流網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)比較和選型

按照承載信號(hào)的傳輸介質(zhì)種類，接入網(wǎng)可被劃分為有線接入網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)，其中有線接入網(wǎng)包括光纖和銅線接入兩種。目前，銅纜寬帶接入技術(shù)使用銅質(zhì)的雙絞線作為傳輸介質(zhì)，數(shù)據(jù)傳輸距離較短，需在100米內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬最高可以達(dá)到1G，適用于室內(nèi)局域網(wǎng)場(chǎng)景。光纖作為回傳信號(hào)的承載材料，同等距離下傳輸?shù)乃ズ母?，因此信?hào)能傳得更遠(yuǎn)，覆蓋范圍更大。無(wú)線接入技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中使用運(yùn)營(yíng)商提供的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，優(yōu)點(diǎn)是入網(wǎng)方便快捷，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)帶寬較低，受自然因素影響較大。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，光纖傳輸具有距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)、數(shù)據(jù)容量大等優(yōu)勢(shì)，成為組網(wǎng)介質(zhì)的主流。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PassiveOptical Network，PON）技術(shù)就是采用光纖介質(zhì)，以全光連接的方式實(shí)現(xiàn)端到端的通信互通，相比于其他方式，更能代表先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

二、“十四五”期間的交通通信需求

在“十四五”期間，按照新一代智慧交通科技發(fā)展規(guī)劃，需要加強(qiáng)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等新興技術(shù)的使用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)、路面感知設(shè)備及通信管理能力都有大幅度的能力要求。

目前，北京市共有信號(hào)燈8000個(gè)左右，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制的不足2000個(gè)，剩余的信號(hào)燈會(huì)全部進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)電視監(jiān)控系統(tǒng)、電子警察、卡口等設(shè)備預(yù)計(jì)增加3000個(gè)，全部路面感知設(shè)備聯(lián)網(wǎng)數(shù)量可達(dá)2萬(wàn)余個(gè)。在點(diǎn)位分布方面，新建路面感知設(shè)備以視頻為主，以路口為單位，安裝1臺(tái)電視監(jiān)控設(shè)備（宏觀路況）、1臺(tái)信號(hào)控制器（信號(hào)控制），4個(gè)方向分別部署2套視頻卡口（卡口、電子警察），同時(shí)在延伸的路段安裝違規(guī)占用公交車道、不禮讓行人等抓拍設(shè)備。后續(xù)隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展，路側(cè)內(nèi)還需要安裝與之相關(guān)設(shè)備。而且，電視監(jiān)控設(shè)備性能越來(lái)越高，已經(jīng)發(fā)展到900萬(wàn)像素以上，數(shù)據(jù)傳輸帶寬需要20M。因此，整體路口數(shù)據(jù)傳輸帶寬大于100M，比原有的帶寬需求提升了6倍。

另外，在路口建設(shè)科技設(shè)施時(shí)，四個(gè)方向均需要布設(shè)大量的通信、電源、信號(hào)等過(guò)街線纜，建設(shè)、改造、搶修過(guò)程中施工難度大，維護(hù)成本高，因此需要有新的網(wǎng)絡(luò)接入架構(gòu)，滿足線路簡(jiǎn)單、清晰、可維護(hù)度高等要求，以提升管理水平。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)圖

三、交通感知網(wǎng)絡(luò)GPON接入方案

GPON（Gigabit Passive Optical Network）技術(shù)是PON技術(shù)中的一種，是由ITU-T G.984.x系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的千兆比特PON，具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶接口豐富等眾多優(yōu)點(diǎn)，被視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化、綜合化改造的理想技術(shù)。根據(jù)交管業(yè)務(wù)需求和通信技術(shù)發(fā)展方向，可制定主要由光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）、光線路終端（OLT）、無(wú)源分光器組成的路口接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

在路口四個(gè)方向分別配備ONU設(shè)備，安裝在信號(hào)機(jī)或電子警察機(jī)箱內(nèi)，ONU下行為GE端口，可以支持POE+/POE++（30W/60W），與本側(cè)電視監(jiān)控、電子警察等設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)高帶寬接入。每個(gè)方向的ONU設(shè)備鋪設(shè)光纖直接連接到路口信號(hào)機(jī)柜的分光器，再租用運(yùn)營(yíng)商光纖就近接入執(zhí)勤大隊(duì)的OLT。OLT設(shè)備上行口采用多個(gè)10GE捆綁上行，通過(guò)智慧交通感知骨干網(wǎng)回傳至中心機(jī)房，OLT除了提供網(wǎng)絡(luò)集中和接入的功能外，還可以針對(duì)接入業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量與系統(tǒng)服務(wù)等級(jí)協(xié)議的不同要求進(jìn)行帶寬分配、網(wǎng)絡(luò)安全和管理配置。分光器是無(wú)源設(shè)備，本方案采用1:16分光比，滿足路口側(cè)100M帶寬以上的數(shù)據(jù)傳輸。

該技術(shù)方案以光總線為核心，從當(dāng)前痛點(diǎn)問(wèn)題出發(fā)，用光纖通信技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)路口信號(hào)業(yè)務(wù)數(shù)字化，具有一定的先進(jìn)性。獨(dú)有分層級(jí)HQoS機(jī)制可重點(diǎn)保障高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，滿足路口信號(hào)的高可靠、高效率回傳。采用AES-128加密算法對(duì)上下行數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，避免信息被非法截取，完全滿足電視監(jiān)控回傳等業(yè)務(wù)安全要求。局端設(shè)備具備多重保護(hù)機(jī)制，光纖鏈路支持雙上行，在鏈路故障情況下支持0.05秒內(nèi)快速倒換，不影響路口業(yè)務(wù)連續(xù)性。全光路口通過(guò)光纖傳輸，免于電磁干擾，避免單個(gè)終端設(shè)備故障影響其他終端設(shè)備的正常工作，進(jìn)一步提升系統(tǒng)可靠性。在系統(tǒng)管理運(yùn)維方面，路口四個(gè)方向分別設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)總線型進(jìn)行互聯(lián)互通，保障各個(gè)科技設(shè)備的高帶寬傳輸需求，路口環(huán)形管道內(nèi)只有3條光纖、3條電源線和若干信號(hào)燈控制線，線路類型和數(shù)量均大幅度減少，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

四、應(yīng)用效果及效益分析

利用PON技術(shù)對(duì)路口進(jìn)行全光改造，可達(dá)到投資回報(bào)比最優(yōu)。一是集中式管理節(jié)省機(jī)房成本。PON技術(shù)采用二層架構(gòu)（光線路終端OLT和光網(wǎng)絡(luò)單元ONU）替代傳統(tǒng)交換機(jī)方案三層架構(gòu)（接入交換機(jī)、匯聚交換機(jī)、核心交換機(jī)），極大節(jié)省了機(jī)房空間和功耗。二是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資較少。PON網(wǎng)絡(luò)為樹狀增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)，局端可實(shí)現(xiàn)大容量匯聚，隨著監(jiān)控點(diǎn)數(shù)增加，局端匯聚設(shè)備成本變動(dòng)較小，只需添加對(duì)應(yīng)監(jiān)控點(diǎn)光網(wǎng)絡(luò)單元，并建設(shè)對(duì)應(yīng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)。三是網(wǎng)絡(luò)資源復(fù)用率高。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入模式是按系統(tǒng)需要租用通信光纜，造成同一個(gè)路口會(huì)租用多條通信光纜，造成光纜租金逐年增高。采用PON技術(shù)的路口接入網(wǎng)絡(luò)，其光總線的架構(gòu)將傳統(tǒng)路口多條過(guò)街線纜簡(jiǎn)化為一根光纜，將路口所有業(yè)務(wù)承載在光纖上，一個(gè)路口只需租用1條通信光纖，大幅度降低通信租用成本。

目前，北京市交管局按照上述方案已完成390個(gè)全光路口建設(shè)，初步實(shí)現(xiàn)電子警察、信號(hào)控制、電視監(jiān)控等交通感知設(shè)備統(tǒng)一匯聚、統(tǒng)一傳輸?shù)哪繕?biāo)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于預(yù)定數(shù)值，能較好地滿足業(yè)務(wù)需求