5G技术,助力警用机器人安防实战升级

智慧安防
中国安防
徐贵森
2019-07-03 · 17:36
[ 亿欧导读 ] 与4G相比,5G网络发生了根本变化,切片、毫米波、大规模MIMO、直通等均为5G采用的核心技术。每种技术的设计理念都极大地提升了警用机器人的安防水平,也潜移默化地影响了警用机器人在安防领域的发展方向。
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本文转载自《中国安防》杂志,原作者徐贵森,公安部第一研究所通信技术事业部。原标题《5G网络助力警用机器人安防水平大幅提升》亿欧智慧城市对文章进行二次编辑,供读者参考。


5G技术提升警用机器人安防水平“4G改变生活,5G改变社会”,与第四代(4G)蜂窝网络设计相比,5G网络发生了根本变化,切片、毫米波、大规模MIMO、直通等均为5G采用的核心技术。每种技术的设计理念都极大地提升了警用机器人的安防水平,也潜移默化地影响了警用机器人在安防领域的发展方向。

切片技术

传统公众2G/3G/4G移动通信网络主要以运营商基站作为无线接入的基本单元,控制信令和业务数据的覆盖范围基本相似,4G网络单基站业务信道的空口资源上下行配比为1:3,全网基站配置相同。对于警用机器人安防场景中的视频监控应用,在巡逻过程中针对热点地区需要消耗大量的上行带宽开展视频监控及回传工作,经常出现公网带宽无法满足回传视频分辨率要求的情况。为了满足上述应用需求,势必要求传统公众移动通信网络重新开展网络规划,缩减巡逻路线中单基站的覆盖范围,增加基站密度,减少单基站内用户无线资源的吞吐量,满足警用机器人安防监控视频上行传输需求。

5G切片技术可将运营商的物理网络划分为多个虚拟网络,每一个虚拟网络根据不同的服务需求,比如时延、带宽、安全性和可靠性等来划分,以灵活应对不同的网络应用场景。换言之,在5G时代,切片技术可以将运营商的无线空口资源、有线传输资源、核心网存储、转发、计算等资源进行灵活的分割和组合。针对警用机器人安防场景中的视频监控应用,运营商可为公共安全行业单独分配资源,基站侧部署具有不同覆盖区域及空口传输速率的基站,实现网络控制面和业务面的分离,控制信息在高功率的微波频率下发送,而业务数据在低功率毫米波频率下传送,微波基站信号保障全覆盖,毫米波基站信号保障热点覆盖,满足警用机器人在巡逻过程中的管控指令实时在线,热点地区、重点部位的高清视频按需回传的需求,进而节省了网络建设的开销。

毫米波技术

4G网络基于sub 6GHz频段的4G LTE蜂窝系统可以使用的最大带宽是100MHz,数据速率不超过100Mbps,而在实际应用过程中,实测单用户分配的带宽为50K-6M,而且信号不稳定,严重抖动,不满足警用机器人1路1080P分辨率 25帧/s H.264编码格式的实时高清安防监控视频回传的需求。

5G网络采用毫米波技术,其最大的优势在于可使用大量的高频段频谱资源,用户可使用的最大带宽为400MHz,传输速率高达10Gbps,是传统4G网络的100倍,不仅可以满足警用机器人1路高清安防监控视频回传的需求,甚至可以满足1台警用巡逻安保机器人搭载全部设备的无线通信需求。

一般地,警用巡逻安保机器人搭载高清摄像头、定位及采集设备,对网络传输的上行带宽、传输时延、信号稳定性要求较高。如一路720P分辨率,采用H.264编码的高质量视频信号占用带宽最大可达到2Mbps;一路1080P分辨率,采用H.264编码的高质量视频新型号占用带宽可达到4Mbps。警用巡逻安保机器人通常需要配备多部摄像机,其中高清摄像机完成高清监控视频采集回传及人脸抓拍任务;红外摄像机在夜间巡逻时用于红外热成像感知;其他摄像机分别对应机器人4个方向进行视频拍摄,用于信息采集或辅助导航,需要时可调取视频;警用机器人搭载的定位和采集设备,需要将相关信息实时回传到后台指挥中心进一步的分析研判。一台警用巡逻安保机器人峰值带宽至少需求13M。因此,只有在5G网络条件下才能发挥警用机器人全部的安防能力

大规模MIMO技术

4G网络通常使用的8天线的2D-MIMO技术,在5G时代天线数高达256个。天线数的增多主要原因在于5G采用了毫米波,同时实现了3D-MIMO技术,带来了丰富的空间自由度、提供了更多可能的到达路径,提升了信号的可靠性,提高了小区峰值/平均/边缘吞吐率,降低了对周边基站的干扰。为了配合5G基站侧的大规模MIMO技术,终端侧也应安装多天线,才能全面发挥大规模MIMO技术带来的吞吐率优势,警用机器人通信终端设备相较于其他5G终端设备,具有较大的扩展空间,安装在机器人内部的5G通信终端,可以适当地增加终端的天线数量,进而在相同网络条件下,抢占更多的无线资源,完成安防任务

直通技术

直通技术是指两个或多个通信终端之间不借助基站,实现数据交互的通信技术。这种技术在4G时代已经被作为附加功能进行了研究,但在当时的背景下,运营商普遍认为,需要建立通信链路的两个终端往往相距甚远,该功能的理念与传统网络功能的设计思路相悖,没有得到运营商认可。因此,4G网络重点研究需要借助基站、有线网络、核心网等固定基础设施建立起双方的数据交互通道的通信技术。

5G网络的目标之一是要实现万物互联,与传统网络基站下最多运行几百个设备的情况相比,5G网络基站下运行的设备数将要超过104,上述设备间数据交互均要通过基站/核心网转发,这将导致信令资源的极度浪费以及更高的延迟,很明显直通技术具备更有效地处理本地通信的潜力。对于警用机器人安防场景中的人证核录应用,机器人需要和附近的闸机及警务人员保持实时的数据交互,对于核查出的嫌疑人,需要第一时间关闭闸机,本地示警,通知警务人员进一步确认,上述过程延时不应超过1s。

综上所述,随着5G产业链的逐步成熟,必将促进警用机器人安防领域的蓬勃发展,进而带动公共安全行业的数字化、网络化、智能化发展,全面推动公安工作质量变革、效率变革、动力变革。然而,我们也应当清晰的认识到5G网络仍然定位于公众移动通信网,与公安无线专网相比最大的区别在于没有设计优先级接入功能。极端情况下,当人流密度较大时,基站无线资源相对紧张,警用机器人仍无法接入5G基站开展相应的安防业务。此外,5G网络商用后的资费问题也应当引起安防行业的适度关注。但我们有理由相信,随着5G产业化的逐步深入,技术迭代的加快,与警用机器人应用的结合必将实现全国公安“立体防控”体系的完善及优化,实现警用机器人平战结合,降低公安干警工作强度,减少工作风险,解放警力,服务群众的目的。


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编辑:张伟超

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