数字可视对讲系统与小区宽带共享物理网络应用的可行性分析

数字可视对讲系统与小区宽带共享物理网络应用的可行性分析 数字可视对讲系统与小区宽带 共享物理网络应用的可行性分析 文/戎玲国家安全防范报警系统产品质量监督检验中心 悉雅特楼宇自控(杭州)有限公司 李瑛琦 基于以太网的数字可视对讲系统已成为智能小区发展的一种趋势，而将数字对讲系统与目前已成为许多小区基础设施组成部分的宽带网络共享同一物理网络，则可以大大降低数字对讲系统与小 区宽带网络的综合布线成本。本文以数字可视对讲系统为例，根据该系统实际测试的带宽数据，分 别针对公寓型可视对讲系统和别墅型可视对讲系统的应用，从理论上分析了数字可视对讲系统与小 区宽带共享物理网络的可行性。 音视频，对于有着较大用户容量的大型小区，系统总线占 一 、引言 线问题就越来越突出。 小区可视对讲系统首先从国外发达国家引进，但在 国内得到了高速的发展。国外的可视对讲主要应用于独栋 公寓或别墅，所以系统联网的要求一般都不高。而国内的 可视对讲系统一般都应用于大型小区，很多都是几千户甚 二、数字可视对讲系统 至上万户的小区。但传统小区的可视对讲系统都是基于模 随着数字多媒体处理技术的发展，音视频的数字化处拟音视频信号加低速率的数据通讯信号(一般为RS485通 理已经在互联网、移动电话的3G网络等领域普遍应用，数 讯)的系统。这种传统的系统不仅要专为其铺设大量的联 字化处理后音视频信号不仅使传输的物理网络大大简化， 网的视频线和音频线及数据线，工程调试的工作量大，很 而且允许多路通道同时传输，可以彻底解决总线占线问 难维护，而且由于模拟音视频系统同一时间只能传输一路 题。正是基于这样的原因，将音视频信号数字化处理，对 目前的传统模拟可视对讲系统进行数字化升级，已成为小节省光收发器，把信号从单一光纤分散至独立的用户，这区可视对讲系统发展的一种趋势，反映在市场上的结果就 样的优势大大的简化了网络系统的操作、维护及成本。 是，已有越来越多的可视对讲厂家开发出纯数字的可视对 EPON除了可以满足宽带上网的需求外，还可以作为其他 讲系统并逐步应用到实践中。 业务网络的承载手段以降低成本，因此在电信公司使用 EPON技术接入上网的小区，数字可视对讲系统也可以共 以太网是当今局域网采用的最通用的通信标准技 享其物理网络。 术，自从1975年由美国施乐(Xerox)公司研制成功以来，已 另外一个问题应该说主要取决与数字可视对讲系统的 成为IT行业应用中首选的网络通信技术，因此，对于可视 采用的音视频处理技术，即经过数字化处理后音视频数据 对讲系统的数字化，可视对讲厂家们也都几乎是不约而同 所占用的带宽。因为可视对讲系统的音视频数据占用的带 地选择了以太网技术。因此，对于系统终端内部而言，由 宽越小，才可能使其不影响宽带用户的上网应用，才可能 于各个数字可视对讲厂家选用不同的音视频处理芯片解决 让电信运营商同意与其共享物理网络。 而各有不同。但从系统角度来讲，目前国内的数字对 讲系统本质上都是一个局域网(LAN)。 四、基于以太网的数字可视对讲系统的数据 分析三、数字可视对讲系统与小区宽带 正因为数字可视对讲系统本质上都是局域网，因此它参照传统的模拟可视对讲系统，可视对讲功能上的应们的物理结构是相同的，布线上也是按照小区局域网的要 用主要有以下几种方式:门口机与室内机之间对讲、门口 求进行:主干线采用光纤，局部(一般是每栋公寓内部， 机与管理机之间对讲、室内机与管理中心之间对讲、门口 或就近的几栋别墅之间)采用五类线。如果按着原来传统 机与门口机之间对讲、室内机监视门口机、管理中心监视 的模拟对讲系统的布线方式，使用数字可视对讲系统就应 门口机。但因为数字可视对讲系统不存在模拟可视对讲系 该按上述要求在小区中单独布一套局域网的物理网络。但 统的占线问题，在管理中心和室内机增加了摄像头时，其 在实际应用中我们会发现这样一个问题:数字可视对讲系 还可以实现双向可视对讲功能，包括:室内机与室内机之 统与小区中的宽带系统的物理结构是完全相同的，而随着 间的可视对讲、室内机与管理机之间的可视对讲、管理机 互联网技术的发展，宽带网络已成为许多小区基础设施的 基本组成部分，如数字可视对讲系统能与宽带网络共用同 之间的可视对讲。我们总结这些应用的传输音视频的情况 一物理网络，显然是一种比较经济的数字化方案。 见表1: 但是，与小区宽带可以共享同一网络的前提有两个， 一是电信运营商是否允许可视对讲系统使用其网络;二是 应用方式单向视频 双向音频 双向视频 w 传输信号数字可视对讲系统要占用多少带宽，与宽带共享网络会不 门口机与室内机之间对讲 ? ? 会影响小区中用户上网时的正常使用。 门口机与管理机之间单向可 ? ? 第一个问题取决于电信运营商，目前中国网通已提 视对讲 室内机与管理中心之间对讲 × ? 出“宽带一网通”的概念，即利用网通公司提供的光纤网 门口机与门口机之间对讲 × ? 络，将住宅小区内所有的智能化设备互联互通，实现多种 室内机监视门口机 ? × 功能的组合联动和远程控制，因此在使用网通公司的宽带 管理中心监视门口机 ? × 上网的小区中，网通是可以与可视对讲厂家合作，与数字 可视对讲系统共享其物理网络。而中国电信在近几年也在 室内机与室内机之间的可视 ? ? 对讲 国内推行新的以太网接入技术——EPON(以太无源光网 室内机与管理机之间的可视 ? ? 对讲 络)，EPON网络是典型的点到多点无源光网络技术，相 管理机之间的可视对讲 ? ? 可视对讲传输的音视频信号表1 对讲系统功能时，可视对讲音视频的传输只有三种情况， 只传输双向音频、只传输单向视频或两者均传输。在数字 可视对讲系统中，还增加了一种情况，就是同时传输双向 音频和双向视频。 为了全面分析数字可视对讲系统的带宽占用情况，我 们必须使用具备上述功能的数字可视对讲系统进行测试。 虽然目前国内已有不少厂家推出了数字可视对讲系统，但 真正具有同时双向可视对讲功能的系统并不多，在此，我 们以数字可视对讲系统为例进行测试分析。 目前，基于以太网的纯数字对讲系统以楼宇可视对讲 功能为主体，集成了安防报警、电子地图、家居智能、信 息发布等多种功能。该系统主要有以下特点: (1)基于以太网方式进行数据传输。采用以太网结 图测试系统1 构数据传输稳定，距离远、抗干扰能力强、传输数据稳 定、线路简单;解决了传统模拟可视对讲系统小区通话时 通过网管交换机来限定以太网交换机端口的最高带造成的占线现象，能进行多通道工作;将视频、音频、数 宽，并观察对讲系统的音视频传输情况，从而确定三种情 据信号进行压缩，以数字化方式进行传输。 况下所需的最小带宽，测试结果如下表2所示: (2)充分满足可视对讲、报警管理、信息发布、家 居控制等功能要求，用户的操作界面也更具人性化。 (3)采用基于PC的软件管理方式，并支持多管理机 信号传输情况 最小所需带宽 功能，所有的数据信息均可存储在数据库中，并可在各管 单向视频 832Kbps 理机之间进行自动同步，互相备份。 双向音频 384Kbps (4)门口机和室内机采用主频高达600MHz的专 单向视频 + 双向音频 1216Kbps 用DSP芯片，视频的压缩格式采用MPEG4格式，不仅 以较小的数据码流传输，而且视频的分辨率仍保持D1 双向视频 + 双向音频 1664Kbps (704*576)的清晰度。 基于上文所说的四种应用情况， 音视频占用带宽测试结果表我们使用带网管功能 2 的以太网交换机来测试该数字可视对讲系统在四种情况下 占用的最小带宽，从而分析其与小区宽带上网共享物理网 测试过程中，如视频在小于上述带宽时，运动较快的络的可行性。因终端采用的音视频的压缩算法是相同的， 图像会出现图像停顿或马赛克现象，而音频在小于上述带 宽情况下会出现声音断续。在高于上述带宽时，音视频均 为了简化测试系统，我们可以用有室内机、门口机和管理 可正常传输。 中心组成的最小系统来测试以上四种情况:管理中心与室 我们下面就先分析用数字可视对讲系统实现传统模拟 内机对讲时只传输双向音频，门口机与室内机或管理中心 可视对讲系统功能时，系统中的音视频传输情况。根据以 通话同时传输单向视频和双向音频，管理中心或室内机监 上测试结果可见，当一对终端之间同时进行单向视频信号 视门口机只传输单向视频、带摄像头的管理中心与带摄像 和双向音频传输时，网络需提供的带宽要不小于1.2Mbps 头的室内机之间同时传输双向音视频。测试系统的示意图 (1024Kbps = 1Mbps)。 如图1所示: 我们先分析公寓型数字可视对讲系统的带宽占用情 况，图2是一个公寓型数字可视对讲系统的示意图: 宽也为100Mbps，而数字可视对讲系统实际占用的带宽不 到10Mbps，完全可以与小区宽带用户共用同一交换机来 接入光纤。因此无论从主干线的光纤来讲，还是从交换机 角度来说，数字可视对讲系统与小区宽带共享同一物理网 络是完全没有问题的。而如果需要将这两个系统进行隔离 时，只要通过使用带网管功能的交换机，分配出不到10M 的带宽，就可以满足上述的数字可视对讲系统在公寓型小 区中的应用。 除公寓型小区的应用外，数字可视对讲系统更适用 于面积大、距离远别墅型小区。在这种别墅型小区中，宽 带网络可能是光纤到户。而对别墅型数字可视对讲系统来 说，已没有单元的概念，除每户内的室内机外，系统中的 公共设备只有管理中心和社区大门机。图3是一个别墅型 小区的系统示意图。 图公寓型数字可视对讲系统示意图2 单元内部的门口机与室内机之间通话可通过本单元 内部以太网交换机完成，不需要占用小区的主干网。假 设小区中有4个管理中心、4个社区大门机，实际上主干 网最多需要同时使用的终端只有8对，即使每对终端之间 都按上述应用中描述的，需同时传输单向视频和双向音 频，则主干线所需的带宽为1.2M*8= 9.6Mbps。而每个 单元内部假设有3个单元门口机，单元内部同时使用的终 端最多也只有3对，因此单元内部以太网所需的带宽仅为 别墅型数字可视对讲系统示意图图3 1.2×3=3.6Mbps。 就光纤的传输能力来说，其传输的带宽能达到 10Gbps以上。而小区的的宽带上网用户或数字可视对讲 假设一个别墅型小区中有4个管理中心、4个社区大系统的终端均需经过以太网交换机来接入光纤，那对于同 门机，仍按照上述的带宽计算方法，实际上主干网最多 一接入光纤的交换机，在原有宽带上网用户的基础上增加 需要同时使用的终端为8对，则主干线所需的最大带宽为 数字可视对讲系统的终端是否会有问题呢,我们知道，现 1.2M×8= 9.6Mbps，与前面举例的公寓型数字可视对讲 在即便是最常用的普通10/100Mbps商用交换机，每端口 系统相同。 的带宽也至少达到100Mbps，而交换机内部的背部总线 由此可见，基于以上分析，无论是公寓型小区还 的带宽的是:背板带宽 > 端口数×2×每端口带 是别墅型小区，宽带系统只要预留给数字可视对讲系统 宽，因此以8口的交换机为例，其背部带宽也可达到8×2 10Mbps的带宽，也可以满足数字可视对讲系统在别墅型 ×100Mbps=1.5625Gbps(1Gbps=1024Mbps)。 而目前电信运小区中的应用。 营商给一个小区共享的上网带宽一般为 当然，在上述的分析过程中，数字可视对讲系统只是 100Mbps，一般情况下其使用的以太网交换机的每端口带 实现了传统可视对讲系统的基本功能，并解决了模拟系统 的占线问题。但数字可视对讲系统不仅可以实现这些基本 统还可以实现小区内户户对讲甚至双向可视对讲，根据前换机的端口数要不可避免的随可视对讲系统的终端数量增 面描述的测试结果，一对终端之间的双向可视对讲需占用加。而宽带系统和数字可视对讲系统之间的隔离则可通过 带宽1.7Mbps而在这。样的应用中，终端之间音视频的传 交换机的网管功能来划分VLAN(虚拟网)的方式来实现。 输已不限于室内机与公共设备，而是所有的终端之间都能 发生传输，这样对讲系统需要占用的最大带宽就要远大于 上述分析结果，但这个带宽究竟有多大呢,让我们再来分 五、结论析。 综合以上分析，数字可视对讲系统在占用带宽不超过假设一个公寓型小区有1000户，分为50个单元，每 一定范围的前提下，完全可以做到与小区宽带共享同一物 个单元有20户，仍有4个管理中心，4个大门机。理论上 理网络，却不影响电信运营商的上网用户的正常使用。不 分析，假设所有室内机均与其他单元的不同的室内机进行 双向可视对讲，同时4个大门机与4个管理中心进行可视 增加任何主干网成本，却能实现传统模拟可视对讲功能， 对讲，则主干网需要占用的最大带宽为(1000/2)×1.7Mb 甚至双向户户可视对讲等数字系统的增值功能。 ps+4×1.2Mbps=854.8Mbps。这种情况下，当单元内的 所有室内机均与其他单元的室内机进行双向可视对讲时， 对于每个单元的以太网交换机，需要给可视对讲系统提供 的最大带宽为20×1.7Mbps=34Mbps。可见，对于单元 内以太网交换机，使用10/100Mbps商用交换机的端口还 是完全可以满足接入光纤主干线的带宽要求。而对于主 干网而言，加上小区宽带的100Mbps，最大占用带宽为 100Mbps+854.8Mbps，仍远小于光纤的带宽容量，因此 从技术角度来讲，带宽限制仍然不存在问题。 而且在实际应用中，从统计概率来讲，这种所有住 户之间同时进行对讲的情况应该说是几乎不可能发生的， 假设同时进行户户对讲的住户为所有住户的10%，即100 户;4个大门机分别与4户室内机在进行单向可视对讲;4 个管理中心也分别与4户室内机进行双向可视对讲。这应 该已经算比较极端的情况，这时主干光纤上需占用的带宽 为(100/2)×1.7Mbps+4×1.2Mbps+4×1.7Mbps=96.6Mb ps，已小于100Mbps。在这种情况下，宽带系统只要预留 给数字可视对讲系统100Mbps的带宽，就可以满足数字可 视对讲系统在别墅型小区中的双向可视对讲功能应用，也 就是说，可以在小区宽带上网和数字可视对讲系统共享同 一物理网络的前提下，使用数字可视对讲系统的户户可视 对讲功能。 从上述分析可见，只要数字可视对讲系统的带宽不大 于测试使用的IRIS900系统的带宽，数字可视对讲系统完 全可以与小区宽带系统共享小区主干线的物理网络。但对