中国联通5G智慧新安防业务发展白皮书.pdf

1 中国联通 5G 智慧 新 安防 业务发展白皮书 中国联合网络通信有限公司网络技术研究院 2019 年 6 月 2 前言 中国联通 5G 智慧新安防业务发展白皮书是 以 5G 网络 技术 发展为驱动 ， 探索 公共安全创新 业务应用 发展 为目标，分别就 安防 产业 现状及 未来发展趋势、 运营商机遇 、 5G+新安防典型创新 业务 及 5G 网络 解决 方案等内容进行 逐一 阐述解读。 本白皮书 是与 广大 产业 界 合作伙伴共同努力的成果，联合撰写企业及单位主要包含（按字母顺序排序）： 安徽清新互联信息科技有限公司 华为技术有限公司 杭州海康威视数字 技术股份有限公司 上海翊视皓瞳信息科技有限公司 苏州博众机器人有限公司 3 目录 前言 . 2 1 安防产业发展现状、趋势及业务发展的新需求 . 4 1.1 安防产业现状 . 4 1.2 安防产业发展趋势 . 4 1.3 安防产业业务发展的新需求 . 5 2 5G 网络对安防产业的价值及运营商机遇 . 7 2.1 5G 网络核心特征 . 7 2.2 5G 网络对安防产业的价值 . 7 2.2.1 大带宽能力及对安防业务的支持 . 7 2.2.2 高可靠低时延能力及对安防业务的支持 . 8 2.2.3 海量连接能力及对安防业务的支持 . 8 2.3 运营商机遇 . 8 3 5G 智慧新安防应用及典型业务分析 . 10 3.1 安防行业应用分类及典型业务 . 10 3.2 典型业务分析 . 13 3.2.1 5G 无线固定视频监控 . 13 3.2.2 5G+安防机器人 . 15 3.2.3 5G+AR 可穿戴设备 . 18 3.2.4 5G+车载安防 . 21 3.2.5 5G+临时布控球 . 23 3.2.6 5G+无人机 . 25 4 5G 新安防关键网络技术 . 27 4.1 新安防对 5G 网络的诉求 . 27 4.2 5G 网络切片 . 27 4.2.1 5G 网络切片概述 . 27 4.2.2 安防业务网络切片隔离方案 . 29 4.2.3 安防业务网络切片可靠性保障方案 . 30 4.3 5G MEC . 31 4.3.1 中国联通 MEC 概述 . 31 4.3.2 MEC 助力智能安防 . 33 4.4 5G 网络安全 . 34 4.4.1 安防业务安全诉求 . 34 4.4.2 5G 网络安全目标 . 35 4.4.3 5G 网络安全策略与架构 . 35 4.4.4 安防业务 5G 网络安全方案 . 37 5 5G 时代运营商在安防行业的商业模式分析 . 39 5.1 安防行业的市场分析 . 39 5.2 5G 时代运营商在安防行业的商业模式 . 39 6 总结与展望 . 40 4 1 安防产业发展现状、趋势及业务发展的新需求 1.1 安防产业 现状 城市化进程的加快给全球城市带来了基础设施、资源和安全方面的巨大压力，各种自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件不断发生，给广大人民群众的生命、财产带来巨大的损失；同时人民群众日益增长的物质生活水平要求能够及时对各种公共安全事件进行检测、监测 、预警、防护和应急处理，从而提供安全保障。为此，国家出台了一系列政策，推动安防市场的快速增长。在国家政策的驱动下，我国安防产业始终保持高增长态势。根据前瞻产业研究院发布的中国安防行业市场前瞻与投资战略规划分析报告统计数据显示，截止至 2017 年底，我国安防行业总收入增长至突破 6000 亿元，年均增长14.4%，预测在 2020 年我国安防行业总收入将突破 8000 亿元。 从安防市场整体情况来看，视频监控产品占其比例在 50%左右， 2014-2016 年期间，视频监控在安防产品应用中的比例分别为 47.06%、 48.33%和 50.63%。根据安防行业“十三五”展望数据，预计“十三五”期间我国视频监控市场年增长率将达到 15%左右的水平，即到 2020 年我国视频监控市场规模有望达到 1600 亿元以上。而随着人工智能、云计算、网络技术等新兴技术的日渐成熟，视频监控行业将进入重新洗牌的过程，用户对平台软件以及软硬件设备兼容性的需求将会增加，安防已不再仅仅是对设备和服务的需求，而是对整体解决方案及服务的需求。 1.2 安防产业 发展趋势 得益于图像处理及编码技术的发展，公共安全视频摄像头不断升级，已经由标清向着高清、超高清的方向发展。在视频 监控领域，人们不再满足于“看的见”，而希望能够“看的清”。随着 AR、 VR、全息技术在视频监控领域中的应用，人们对视频图像高清化的需求日益彰显。而视频图像的高清化为实现智能化的视频监控提供了重要前提。近些年来，由于深度学习算法的突破以及硬件计算能力的提升， AI 技术被引入公共安全监控领域，使得公共安全监控被赋予了“大脑”，变得更加智能。图像清晰度的提高，可以获取更多关键性的细节，从而大大提高智能视频分析的精度，为智能监控的实现奠定坚实的基础。当前中国的安防行业正加速向高清智能化发展。 5 传统的智能安防项目以前端处 理为主，而高清视频的前端存储以及 AI 的前端分析将会对监控设备的性能提出极高的要求，从而大大增加了前端设备的投入成本；并且大量的前端存储，也加重了前端的负担，使得前端变得笨重、易于发热且耗电块。一些安防厂商逐渐倾向于采用 “前端 +后端”结合的方案，例如，在前端摄像头采用一些专用的智能算法，实时对一部分视频数据进行结构化处理，而把大容量的公共安全监控数据存储以及更复杂的智能分析放在后端系统实现。随着网络带宽的大幅增加，在安防领域，前端轻量化将会成为趋势。 随着平安城市、雪亮工程等项目在全国范围内的开展，安防产业 已逐步从公安、政府等专用领域普及到了各个民用、家用领域。视频监控项目建设规模的与日俱增，带来了海量的视频数据。如何有效存储这些海量数据，如何从海量数据中深度挖掘有价值的信息，如何保障存储数据的可靠性，这些变得十分重要，于是，在后端催生了对云的需求。云计算具有强大的运算能力，能够实现海量级的规模效应和弹性扩展，进行海量数据的挖掘与分析，不仅节省了企业私有的存储空间，而且有利于跨区的搜索。伴随互联网数据的积累、云计算大数据平台技术的成熟应用，越来越多的企业将会产生上云的需求。而对于一些对时延要求较高的应用，边缘 计算将会大行其道。因此，“云边协同化”已成为越来越多安防企业的共识，将会在未来的安防解决方案中大放异彩。 未来 ， “高清 智能化 ”、 “前端轻量化 ”、 “云 边协同化 ”将成为安防产业发展的趋势 。 1.3 安防产业 业务发展的新需求 相对于有线网络而言，无线网络无需布线安装，免去了安装布线的工序和成本；系统组网灵活，缩短了网络建设周期，特别适用于临时、突发性的活动现场；对于一些无法铺设有线网络的场合，无线网络几乎不受地域的硬性限制，是唯一的选择；而且，无线网络的终端平台可以随时随地打开，满足了用户对监控实时性、方便性、灵活性等 的需求。因此，在公共安全网络建设上，无线接入将成为不可或缺的重要组成部分。但是，面对安防产业的高清化、智能化、大连接的发展，当前的 3G、 4G 网络还无法满足行业对承载网络的性能需求。例如，对于高清视频监控数据的传 输，尤其是 4k 以上高清视频的传输，需要网络提供大带宽的支持；针对移动视频监控速率高、时延短的特点，需要网络提供大带宽和低时延的支持；针对应急指挥调度的及时响应和高可靠性的特点，需要网络提供低时延、端到端 QoS 的支持；针对海量监控设备的智能化监控，面临着城市间亿万节点的多元6 数据收集与传输的难题，需要网络 提供大连接的支持。因此，在 安防 领域需要引入一种新的无线网络架构来有效解决 3G、 4G 网络传输层面的系列问题。 7 2 5G 网络对安防产业的价值及运营商机遇 2.1 5G 网络核心特征 5G 网络是第五代移动通信网络， 相比 4G 网络， 5G 网络数据流量密度提升 1000 倍，设备连接数目提升 10100 倍，用户体验速率提升 10100 倍，端到端时延降低 5 倍，可以为无线网络用户提供 1-20Gbps 的极速体验速率、毫秒级的超低端到端时延以及每平方公里一百万的连接数密度与数十 Tbps 的流量密度。 5G 网络具有大带宽、低时延、海量连接、低功 耗的特点，使人与人之间通信，开始转向人与物的通信，直至机器与机器之间的通信，从而为社会经济、生活带来革命性的影响。 截至 2018 年 11 月，全球已有 182 个运营商在 78 个国家进行了 5G 试验、部署和投资。我国宣布将在 2019 年开始 5G 试商用，2020 年实现 5G 商用。 5G 网络寄托了整个移动互联网产业链未来的希望，可以深度赋能安防产业，满足安防产业的需求 。 2.2 5G 网络对安防产业的价值 2.2.1 大带宽能力及对安防业务的支持 近些年，随着大数据、 AI 等前沿技术的成熟，安防业务对视频清晰度要求的逐渐提升，安防摄像机从最开始的标清摄像 机，发展到准高清的 720P、高清的 1080P 摄像机，直至现在的 4K、 8K 超高清摄像机。而随着视频清晰度的提高，视频传输对网络带宽的要求也越来越高。例如 ，对于采用 4096*2160 分辨率、 H.265 视频编码的单路 4K 视频，其带宽速率需求为 10-20Mbps，而对于采用 8192*4320 分辨率、 H.265 视频编码的单路 8K 视频，其带宽速率需求约为 40-60Mbps。 对于一些 AR、 VR、超高清视 频等新型移动业务， 4G网络已经不能满足需求，而 5G 网络所具备的大带宽能力将能够以更快的速度提供更加高清的监控数据，而清晰度更高的画面与更丰富的视频细节将使得视频监控分析价值更高。 8 2.2.2 高可靠低时延能力及对安防业务的支持 5G 网络有着毫秒级别的延迟，其意味着更快的响应速度，这对于 VR/AR 安防、移动巡检、应急事故处理等场景意义重大。通过毫秒级低时延 5G 网络，可以实现对无人机 /机器人的远程敏捷控制，高效完成巡检任务；对于 VR/AR 场景， VR/AR 产品时常会使体验者产生眩晕感，这一定程度上是因为时延的原因，而 5G 的低时延特性可以有效解决这一问题。 5G 低时延的实现，一方面要大幅度降低空口传输时延， 另一方面要尽 可能减少转发节点， 并缩短源到目的节点之间的距离，例如，可以在网络架构方面， 通过采用 SDN 和NFV、 网络切片、 核心网功能下沉和移动边缘计算（ MEC）等关键技术来降低时延。 2.2.3 海量连接能力及对安防业务的支持 IoT 设备的广域物联网设备预计到 2023 年达到 41 亿个，而在短程物联网设备的连接量将达到 157 亿个。 5G 所具备的海量机器类通信 （ mMTC） 特性 将带来海量的设备连接量，使得 安防监控范围进一步扩大，监控数据 的获取将更加丰富 ，这将能够为智能安防云端决策中心提供更 广泛 、更多维度的参考数据， 从而能够更全面地进 行 分析判断，做出更有效的安全防范措施。 5G 的海量连接特性将会再设备的状态监控、资产的跟踪以及物联和库存监控方面具有重要意义。 2.3 运营商机遇 5G 网络 所定义的 eMBB（增强移动宽带）、 uRLLC（高可靠低时延通信）、 mMTC（海量机器类通信）的 三大场景与安防行业未来新型业务的发展方向相吻合， 可以通过边缘计算（ MEC）技术满足敏捷连接、实时业务的需求，通过网络切片技术提供精细化的 QoS 保障 。基于 5G网络，能够为超高清视频传输、应急指挥调度、无人机 /机器人 巡检 、 AR 安防、 临时应急布控 等 多种安防行业 应用场景 提供保障 。运营商具有丰富的网络资源与通信基础设施，同时具备平台建设和维护经验，掌握丰富的大数据资源，特别是伴随 5G网络建设，核心网向 SDN/NFV方向演进， 网络不再仅仅单纯作为管道，而是能够 为行业提供按需服务 ， 将 5G 网络与业务深度融合， 从而更好的赋能客户。 目前，政府、企业开展“平安城市”、“蓝天卫士”、“国土卫士”、“名厨亮灶”等9 一系列安防业务，以提升民生政绩及企业品牌，一方面为运营商带来对 5G、 SDN、 NFV 等新型网络建设以及服务的市场空间，另一方面为运营商深度参与行业市场，实现通信技术与行业特定场景融合，带来 数据服务、平台服务以及运营服务等提供广阔发展空间。 5G 时代的到来、安防市场的繁荣，将为 运营商 带来巨大的发展机遇。 10 3 5G 智慧新安防应用及典型业务分析 3.1 安防行业应用分类及典型业务 根据维度的不同，可以对安防行业应用进行不同的分类。 按照应用场景的业务领域，安防行业应用场景可以分为平安城市、社区 /园区安防、大型活动 /赛事安防 、警务安全、生态安全、消防安全、交通安全、食品安全等大类。 应用场景分类 典型业务 平安城市 1：城市视频监控 2： AR 单兵可穿戴 式 巡检 3：机器人巡检 4： 警务车巡检 5：手持执法记录 仪 巡检 6：施工场地视频监控 7：智能路灯杆 8：井盖、水位（防汛）、垃圾箱（防恐）、城市管网监测等物联网应用 社区 /园区安防 1： 人员、车辆 视频监控 2： AR 单兵可穿戴 式 巡检 3：机器人巡检 4：园区 巡检 车 5：高清执法记录仪 大型活动 /赛事安防 1： 人员、车辆 视频监控 （卡口、场馆内外 ） 2： AR 单兵可穿戴 式 巡检 3：机器人 /无人机 /警用车 巡检 4：警务车巡检 5：应急布控（临时布控球 ）