宋仕斌，王毅

（1.四川公眾項目咨詢管理有限公司，四川 成都 610058；2.四川大學(xué)錦江學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院，四川 眉山 620860）

隨著平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模的迅速擴大和數(shù)據(jù)應(yīng)用頻率增加，傳統(tǒng)傳輸接入模式制約了治安聯(lián)防、處突維穩(wěn)、案件偵查等視頻監(jiān)控核心數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用。為進一步提升社會治安綜合治理體系和治理能力建設(shè)，形成具有高清視頻監(jiān)控、統(tǒng)一資源共享、智能分析和標(biāo)準(zhǔn)開放融合功能的智能監(jiān)控系統(tǒng)解決方案是打造平安城市的迫切需要。5G 專網(wǎng)端到端切片技術(shù)具備超大連接數(shù)、廣域覆蓋、超大帶寬和超高速率特性，從連接密度、吞吐率、時延和頻譜效率等方面可以為平安城市智慧監(jiān)控系統(tǒng)提供高效、可靠的定制化服務(wù)。

1 平安城市智慧監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

智慧監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)字終端系統(tǒng)、CPE（Customer Premise E）等5G 無線接入、光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)和MEC（Multi-access Edge Computing）應(yīng)用服務(wù)器組成。終端系統(tǒng)由各種智能數(shù)字?jǐn)z像機組成，傳輸網(wǎng)絡(luò)由采用光纖或電纜連接的計算機網(wǎng)絡(luò)組成，應(yīng)用服務(wù)由上層部署的稽查布控、治安防控、視頻偵察及融合指揮等各種應(yīng)用服務(wù)器組成。

隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模與復(fù)雜性的提高，智能攝像機數(shù)量急劇增加，傳統(tǒng)采用有線固網(wǎng)傳輸接入的方式，因為城市道路開挖和管線敷設(shè)難度大、成本高、效率低、周期長，已無法滿足人員密集和道路狹窄地段智能攝像頭安裝需要。同時，隨著圖像質(zhì)量的不斷提高，需要更大傳輸帶寬實現(xiàn)高清視頻的網(wǎng)絡(luò)回傳。當(dāng)前智能監(jiān)控系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)大多采用傳統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，系統(tǒng)資源無法實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨層級、跨區(qū)域調(diào)用，導(dǎo)致需要在多個系統(tǒng)中重復(fù)存儲，不利于互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享。5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算及MEC 的成熟應(yīng)用及5G 專網(wǎng)具有大帶寬、低時延、大連接、廣覆蓋的傳輸能力特點，可以為平安城市智慧監(jiān)控系統(tǒng)提供海量的5G 無線智能終端接入和端到端的網(wǎng)絡(luò)切片定制服務(wù)[1]。

2 5G 專網(wǎng)端到端切片應(yīng)用設(shè)計

5G 專網(wǎng)端到端切片技術(shù)根據(jù)承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特征和發(fā)展需要，對物理硬件、接口資源、網(wǎng)絡(luò)功能等端到端的5G 網(wǎng)絡(luò)資源進行邏輯劃分和數(shù)據(jù)封裝，滿足不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延、安全性、可靠性和接入終端數(shù)量等網(wǎng)絡(luò)性能的QoS（Quality of Service）需求。將一張物理的5G 網(wǎng)絡(luò)切分成多個虛擬且相互高度隔離的邏輯子網(wǎng)絡(luò)，其高帶寬、低時延、廣連接和高可靠的安全性為平安城市智慧監(jiān)控系統(tǒng)提供高性價比的靈活解決方案。5G 網(wǎng)絡(luò)端到端切片包括無線網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)切片全程全網(wǎng)的組合。

無線網(wǎng)側(cè)利用5G NR（New Radio）空口資源動態(tài)分配機制突破現(xiàn)有頻譜資源的固定分配格式，將5G NR 空口資源進行按需邏輯切分；通過切片網(wǎng)間5G NR 空口資源共享機制進一步提升Sub-6G 中低頻段重耕性能，充分利用有限的頻譜資源為治安管理部門提供定制化專享服務(wù)。承載網(wǎng)側(cè)根據(jù)上層業(yè)務(wù)定制化需求通過對傳送網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元、節(jié)點、拓撲鏈路等一系列信息基礎(chǔ)設(shè)施資源進行虛擬化和統(tǒng)一編排，對底層物理資源組織切片子網(wǎng)和邏輯隔離。結(jié)合MEC（多接入邊緣計算）使網(wǎng)絡(luò)計算和應(yīng)用處理等核心功能按需分散部署在治安管理部門相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)邊緣層，減輕承載鏈路和核心網(wǎng)的流量負荷。MEC 系統(tǒng)中，邊緣化的計算存儲能力會催生更多服務(wù)類型和垂直行業(yè)應(yīng)用。因此，為保證端到端的可靠性，提高服務(wù)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)成為一種理想的解決方案[2]。5G 核心網(wǎng)通過軟硬件解耦、SDN/NFV（Software Defined Networking/Network Functions Virtualization）技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)功能抽象為服務(wù)化架構(gòu)（Service Based Architecture，SBA），各種業(yè)務(wù)類型之間通過S-NSSAI（Single Network Slice Selection Assistance Information）（網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)識）來進行區(qū)分與標(biāo)識，5G 現(xiàn)網(wǎng)配置S-NSSAI 包含的表征切片類型的SST 字段取值如表1，各種服務(wù)都可以按需部署和獨立演進。

表1 5G 網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)識SST 字段取值范圍Table 1 5G network slice identification SST field value range

5G 核心網(wǎng)AMF、SMF、UPF、CPF（Access and Mobility Management Function/Session Management Function/User Plane Function/Controller Plane Function）等網(wǎng)絡(luò)功能通過交互調(diào)用服務(wù)化接口來實現(xiàn)，簡化服務(wù)間的交互流程，降低接口定義的耦合度。5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為平安城市智慧監(jiān)控系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)功能按需定制。結(jié)合SDN 與NFV 兩種技術(shù)，根據(jù)用戶偏好特征感知，通過靈活的資源編排管理保證為用戶提供的效用最大化[3]。通過虛擬化服務(wù)分配虛擬機的方式實現(xiàn)切片資源間的安全隔離，使為治安管理部門分配的虛機擁有專屬、獨享的網(wǎng)絡(luò)、存儲和計算資源。

3 5G MEC 數(shù)據(jù)分流部署方案

根據(jù)文獻[4] 提出的方案，如圖1 所示，5G MEC 作為在移動網(wǎng)絡(luò)邊緣運行的云服務(wù)器，為智慧監(jiān)控系統(tǒng)提供靈活的數(shù)據(jù)分流方案和綜合管理平臺，把UPF 和MEC 服務(wù)器一起下沉到接入?yún)R聚層（如圖2 所示），用戶數(shù)據(jù)不必經(jīng)過核心層UPFAnchor 迂回接入Internet，直接通過UPF-UL CL訪問本地網(wǎng)絡(luò)。集成MEC 應(yīng)用的智能監(jiān)控設(shè)備互聯(lián)、接入、加載、啟停、配置下發(fā)等應(yīng)用，由標(biāo)準(zhǔn)的云化平臺提供虛擬資源，同時提供MEC 應(yīng)用在邊緣業(yè)務(wù)所需的查詢、分析、統(tǒng)計等公共服務(wù)。MEC場景中，隨著終端設(shè)備的海量增長，系統(tǒng)的狀態(tài)信息變得越來越復(fù)雜，如僅使用單個智能體收集系統(tǒng)的所有信息并集中訓(xùn)練，將大大增加計算復(fù)雜度[5]。同時，在警務(wù)安保、車牌識別等平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中，監(jiān)控視頻回傳流量通常比較大，但大部分視頻畫面又是靜止不動的。因此，可以利用MEC 的邊緣計算能力對視頻內(nèi)容進行分析、動態(tài)編解碼，將大量重要性等級不高的視頻監(jiān)控內(nèi)容暫存在本地并進行定期刪除，提取有變化和有價值的重要畫面以及數(shù)據(jù)片段上傳至MEC 服務(wù)器，優(yōu)化視頻流量和傳輸帶寬，提高5G 網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

圖1 智慧監(jiān)控系統(tǒng)MEC 部署方案Figure 1 MEC deployment scheme of intelligent monitoring system

圖2 智慧監(jiān)控數(shù)據(jù)分流模型Figure 2 Intelligent monitoring data diversion model

邊緣計算由多個位于本地設(shè)備和云計算平臺之間的邊緣節(jié)點協(xié)同完成數(shù)據(jù)存儲與計算任務(wù)。一般而言，邊緣節(jié)點與用戶之間的鏈接更為可靠，與云計算平臺之間的交互和鏈接更為穩(wěn)定[6]?；贛EC Server 解決方案，電信運營商可為當(dāng)?shù)刂伟补芾聿块T部署專用MEC 服務(wù)器提供數(shù)據(jù)分流功能，在本地網(wǎng)進行分析和處理，本地服務(wù)器保存價值較低或臨時的城市監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，價值較高或重要的視頻數(shù)據(jù)回傳到云數(shù)據(jù)中心核心服務(wù)器，減少承載網(wǎng)的壓力，節(jié)約運營成本。

4 結(jié)語

隨著5G 行業(yè)應(yīng)用的不斷深入，5G-Advanced網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及服務(wù)能力的持續(xù)演進，未來的2B2C（To Business To Consumer）雙域?qū)＞W(wǎng)方案可為平安城市智慧監(jiān)控系統(tǒng)提供更加智能的融合服務(wù)解決方案。執(zhí)法人員在滿足個人通信需求的同時，通過警務(wù)終端接入公安內(nèi)網(wǎng)，對人員、車輛、治安案件等信息進行查詢、分析、調(diào)取與應(yīng)用管理，為辦案人員提供及時準(zhǔn)確的信息支持和資源共享服務(wù)，實現(xiàn)2B 和2C 業(yè)務(wù)互動促進，使能千行百業(yè)安全、高效和協(xié)調(diào)發(fā)展。