隨著國(guó)內(nèi)近年來網(wǎng)絡(luò)普及程度的加深,為安防行業(yè)拓展新的市場(chǎng)領(lǐng)域提供了可能。目前已經(jīng)有不少廠商開始建設(shè)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的監(jiān)控管理系統(tǒng),本文將以天津港應(yīng)用為例,向讀者介紹網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)方面的情況。\r\n
實(shí)時(shí)的安全生產(chǎn)及過程控制是現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)管理的一個(gè)重要組成部分,也是體現(xiàn)安全生產(chǎn)管理先進(jìn)性的重要環(huán)節(jié)。為了充分體現(xiàn)現(xiàn)代生產(chǎn)管理的時(shí)代特色,采用基于IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字監(jiān)控產(chǎn)品,為天津港提供功能齊全、應(yīng)用新穎、投資合理的方案。在本次設(shè)計(jì)中融入了可持續(xù)發(fā)展的理念,利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及數(shù)字圖像處理技術(shù)提供多種綜合服務(wù)功能。利用網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展傳統(tǒng)模擬CCTV系統(tǒng)和利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)字化視頻監(jiān)視系統(tǒng)可以為用戶節(jié)省投資、提高系統(tǒng)開放性并帶來額外的投資回報(bào)。\r\n通過將模擬視頻數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外部的使用者可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地觀看現(xiàn)場(chǎng)清晰的視頻圖像,不必再像傳統(tǒng)模擬CCTV系統(tǒng)那樣需要敷設(shè)大量電纜,節(jié)省用戶投資。\r\n需求描述\r\n基本需求\r\n根據(jù)天津港各公司現(xiàn)有的以及在建待建的監(jiān)控系統(tǒng),天津港網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案既定目標(biāo)是將各個(gè)公司現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)及重要區(qū)塊的實(shí)時(shí)畫面整合到局里,實(shí)現(xiàn)對(duì)天津港生產(chǎn)及安全管理實(shí)時(shí)且有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。\r\n圖像存儲(chǔ)部分設(shè)計(jì)和配置\r\n方案設(shè)計(jì)中對(duì)全部攝像機(jī)視頻資料要求實(shí)時(shí)存儲(chǔ),各個(gè)公司的監(jiān)控系統(tǒng)自行存儲(chǔ),也可以按照每路視頻每小時(shí)100~300Mbps(根據(jù)圖像動(dòng)態(tài)程度)計(jì)算,單個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)器(本系統(tǒng)為分布式結(jié)構(gòu),可設(shè)置多個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)器分布式存儲(chǔ))可同時(shí)存儲(chǔ)30路圖像,用戶可根據(jù)上述參數(shù)配置存儲(chǔ)服務(wù)器及硬盤空間。\r\n方案使用多個(gè)錄像服務(wù)器,視頻信號(hào)即使在壓縮后,其數(shù)據(jù)量也非常大。以5個(gè)攝像機(jī)測(cè)算。MPEG4平均碼流(CIF格式/25幀/秒數(shù)據(jù)量)150M/h。30天的數(shù)據(jù)量為:150M×24×5×30=540,000M=527G(4塊160G硬盤)。\r\n該系統(tǒng)已經(jīng)充分考慮到這個(gè)問題。系統(tǒng)提供多個(gè)Archiver以及故障切換服務(wù)。系統(tǒng)以分布式結(jié)構(gòu)組建,系統(tǒng)規(guī)劃者可以將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干區(qū)域,每個(gè)區(qū)域由一個(gè)Archiver負(fù)責(zé),這樣充分降低了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。圖像存儲(chǔ)可以由獨(dú)立的但彼此相互關(guān)聯(lián)的Archiver負(fù)責(zé)。規(guī)劃中Archiver的數(shù)量沒有限制。每個(gè)Archiver負(fù)責(zé)管理的攝像機(jī)通過軟件指定,用戶可以靈活的將某個(gè)(或某些)攝像機(jī)調(diào)入或調(diào)出某個(gè)Archiver,將這個(gè)(或這些攝像機(jī))劃入另一個(gè)(或幾個(gè))Archiver進(jìn)行管理。可以理解為攝像機(jī)與服務(wù)器之間的關(guān)聯(lián)是“軟性”的連結(jié)。\r\n網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)\r\n系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是天津港已經(jīng)建設(shè)的局域網(wǎng)。由于系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)機(jī)制為多點(diǎn)組播機(jī)制,且系統(tǒng)核心設(shè)備網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器每路視頻實(shí)時(shí)顯示所需帶寬至少為300Kbps,帶音頻型號(hào)所需帶寬至少384Kbps,因此為避免數(shù)據(jù)風(fēng)暴問題和對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響,網(wǎng)絡(luò)主干交換機(jī)配置三層以上交換機(jī),為本系統(tǒng)設(shè)置專網(wǎng),對(duì)組播進(jìn)行管理。\r\n為保證網(wǎng)絡(luò)暢通,這個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有三層交換結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)端的編碼器設(shè)備在一個(gè)網(wǎng)段,服務(wù)在一個(gè)網(wǎng)段,局網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)網(wǎng)段。所有模擬攝像機(jī)的圖像數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化,并通過TCP/UDP協(xié)議掛在LAN。通過強(qiáng)大的服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的視頻流進(jìn)行管理。圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖\r\n
\r\n產(chǎn)品/系統(tǒng)的組成和特性\r\n天津港網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)是一個(gè)典型的分布式系統(tǒng),彼此相對(duì)分散。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)于使用傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)則非常困難。解決這個(gè)問題需要新建一個(gè)開放式的軟件平臺(tái)和相應(yīng)的硬件設(shè)備,因此,采用網(wǎng)絡(luò)視頻解決方案iDVR3.5系統(tǒng)平臺(tái)以及AV1500e-T系列網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器,完成多系統(tǒng)、多任務(wù)綜合處理、分布式、高度安全的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)。\r\niDVR3.5網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺(tái)是一個(gè)高度分布的企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)視頻的解決方案,具有非常靈活的伸縮性,系統(tǒng)服務(wù)可以選擇安裝,最小系統(tǒng)只需安裝“目錄服務(wù)”和“網(wǎng)關(guān)服務(wù)”就可運(yùn)行。少至幾個(gè)點(diǎn),多至數(shù)千上萬個(gè)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)均可適應(yīng)自如。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。\r\n
\r\n系統(tǒng)解決方案\r\n前端公司子系統(tǒng)\r\n前端三種子系統(tǒng)的組成分別如下圖所示。前兩代系統(tǒng)增加AV1500e-T設(shè)備選取需要的模擬視頻壓縮、打包上傳局端,第三代系統(tǒng)增加AV1500e-T設(shè)備提供視頻壓縮、打包的作用。\r\n監(jiān)控中心端\r\n局端監(jiān)控中心配置iDVR3.5 Directory(目錄服務(wù)器,可與存儲(chǔ)服務(wù)在同一計(jì)算機(jī)工作,用來邏輯管理用戶的登陸等)。iDVR3.5 Archiver(存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器,用來管理記錄指向到該服務(wù)器的視頻服務(wù)器的視頻流)。這樣與前端公司子系統(tǒng)就建成了一個(gè)完全基于網(wǎng)絡(luò),功能非常強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)。\r\nArchiver提供圖像的存儲(chǔ)、回放、服務(wù)。每一個(gè)Archiver服務(wù)器可支持30個(gè)攝像機(jī)圖像存儲(chǔ)、瀏覽。這30個(gè)攝像機(jī)可以是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任意30個(gè)位置的攝像機(jī),不必按照順序或區(qū)域設(shè)置。\r\n根據(jù)需求,中心顯示部分也可以還原模擬信號(hào)通過電視墻顯示,將數(shù)字視頻還原為模擬視頻信號(hào)。視頻解碼器的數(shù)量沒有限制,可以一對(duì)一設(shè)置。iDVR3.5支持“虛擬矩陣”。\r\n聯(lián)網(wǎng)的授權(quán)用戶都可通過登陸iDVR目錄服務(wù)器查看系統(tǒng)內(nèi)任意一路圖像及錄像文件。另外如某前端公司子系統(tǒng)布點(diǎn)情況比較集中的情況下可在本地配置iDVR Archiver,可實(shí)現(xiàn)本地瀏覽本地圖像可不占用目錄服務(wù)器端口帶寬。\r\n遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能\r\n為了更好地滿足用戶的需求,解決管理和服務(wù)最有效的辦法是建立基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控功能如下:\r\n1.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像監(jiān)視。可以提供CIF(352×288)以上的分辨率、25幀/秒的圖像。\r\n2.多畫面顯示??梢蕴峁┳疃?6個(gè)多種分割方式的不同地理位置的攝像機(jī)圖像顯示(25幀/秒/每個(gè)圖像)。\r\n3.圖像記錄?;趫?bào)警(運(yùn)動(dòng)偵測(cè)或入侵報(bào)警)的圖像實(shí)時(shí)記錄,手動(dòng)錄像記錄,按時(shí)間計(jì)劃錄像記錄等多種方式。圖像保留時(shí)間為7~15天。\r\n4.圖像查詢?;跀?shù)據(jù)庫日志方式的圖像快速查詢和回放。\r\n5.備份資料。提供JPEG格式圖片提取及轉(zhuǎn)化成AVI文件格式備份和播放。\r\n6.多用戶即時(shí)操作。系統(tǒng)支持多用戶同時(shí)訪問功能。通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)任意數(shù)量的使用者在其權(quán)限內(nèi)可以同時(shí)進(jìn)行觀察現(xiàn)場(chǎng)圖像、備份圖像、回放圖像的操作。\r\n遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式\r\n網(wǎng)絡(luò)內(nèi)合法用戶可以按照它的級(jí)別使用IE瀏覽器,通過登陸Server觀看攝像機(jī)圖像。軟件可以提供16、9、4畫面分割,全屏放大顯示。每個(gè)畫面均提供25幀/秒實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)還支持創(chuàng)建若干個(gè)“組”,每一“組”的內(nèi)容以及“組”之間的切換順序和時(shí)間間隔,用戶可以任意設(shè)置。\r\n由于網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)的傳輸方式是組播,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的編碼器在沒有客戶瀏覽時(shí)并不向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送視頻流,僅僅發(fā)送數(shù)量非常小的監(jiān)聽I(yíng)P包,因此網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的碼流壓力并不是很大。同時(shí),使用了若干個(gè)分布式Server以及對(duì)應(yīng)的具有組播管理功能的交換機(jī)對(duì)組播進(jìn)行管理,這樣有效地降低了各個(gè)區(qū)域之間的網(wǎng)絡(luò)壓力。\r\n系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)\r\n網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),采用嵌入式“網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器”,實(shí)現(xiàn)從監(jiān)控點(diǎn)前端、監(jiān)控中心、監(jiān)控工作站的數(shù)字化處理。該系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)如下:\r\n1.利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源,不需為監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立布線,視頻、音頻、控制均通過網(wǎng)絡(luò)同時(shí)傳輸,可輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控 ;系統(tǒng)擴(kuò)展能力強(qiáng),只要網(wǎng)絡(luò)接通的情況下就可以擴(kuò)展新監(jiān)控點(diǎn)。\r\n2.維護(hù)費(fèi)用低,網(wǎng)絡(luò)維護(hù)由網(wǎng)絡(luò)提供商維護(hù),前端設(shè)備是即插即用、可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng);全數(shù)字化錄像方便于保存和檢索。\r\n3.SSL(安全套嵌層)。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī),只要通過瀏覽器經(jīng)授權(quán)便可作為監(jiān)控工作站使用。\r\n4.編碼器設(shè)備支持多個(gè)接入服務(wù)器(網(wǎng)關(guān)服務(wù))。一個(gè)編碼設(shè)備可以設(shè)置最多4個(gè)Gateway IP,對(duì)應(yīng)多個(gè)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器,在其歸屬服務(wù)器發(fā)生故障時(shí),編碼器將向下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器建立連接,解決轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)其管理的編碼設(shè)備丟失問題。多網(wǎng)關(guān)服務(wù)見圖7。\r\n〈P7〉圖7多網(wǎng)關(guān)服務(wù)示意圖\r\n5.編解碼器設(shè)備具有主動(dòng)尋址方式。編碼設(shè)備始終尋找一個(gè)固定的IP地址,這個(gè)IP地址處有視頻流管理服務(wù)器(網(wǎng)關(guān)服務(wù))。該IP地址事先保存在每一個(gè)編碼器程序內(nèi),我們稱之為尋址IP(Discovery IP)。通過這種機(jī)制,就不需要第三方的DDNS服務(wù),系統(tǒng)的可靠性由過去的不可控變?yōu)榭煽亍_@種機(jī)制對(duì)于網(wǎng)絡(luò)視頻來講具有革命性的意義。編碼器具備這種機(jī)制后,很多依賴第三方服務(wù)的聯(lián)網(wǎng)方式中的問題(如DDNS服務(wù)、編碼設(shè)備過NAT、多服務(wù)/多中心、故障服務(wù)等)就應(yīng)迎刃而解了。\r\n6.故障切換機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)具有故障服務(wù)能力(簡(jiǎn)稱FOS=fail over service)。故障服務(wù)包括故障發(fā)生時(shí)的切換服務(wù)和故障修復(fù)后的系統(tǒng)自愈合能力。故障切換服務(wù)就軟件技術(shù)來講分為三個(gè)方面,一是目錄服務(wù)故障切換服務(wù),二是轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)故障切換服務(wù),三是設(shè)備接入服務(wù)故障切換。\r\n·目錄服務(wù)故障切換(Directory Failover) 由于目錄服務(wù)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)中各種應(yīng)用的分配和管理,一旦目錄服務(wù)發(fā)生故障時(shí),通過實(shí)時(shí)監(jiān)視工具和錄像回放工具完成的實(shí)時(shí)監(jiān)視和圖像回放應(yīng)用就不能完成。目錄服務(wù)故障切換是指在系統(tǒng)配置一個(gè)或多個(gè)目錄故障切換服務(wù)器,在某一級(jí)目錄服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí),由它的上一級(jí)目錄服務(wù)器替代故障目錄服務(wù)器的功能。若是頂級(jí)目錄服務(wù)器發(fā)生故障,需要建立雙機(jī)熱備。\r\n·轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)故障切換服務(wù)(IVS、Archiver Failover) 轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)服務(wù)在整個(gè)系統(tǒng)中主要完成兩個(gè)任務(wù),一是將由設(shè)備(設(shè)備與轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)在同一多播環(huán)境)或網(wǎng)關(guān)服務(wù)(設(shè)備單播到網(wǎng)關(guān))多播的視頻流轉(zhuǎn)發(fā)給有需求的目的地。二是將設(shè)備(設(shè)備與轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)在同一多播環(huán)境)或網(wǎng)關(guān)服務(wù)(設(shè)備單播到網(wǎng)關(guān))多播的視頻流圖像進(jìn)行記錄存儲(chǔ)。當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)器出現(xiàn)問題時(shí),由于系統(tǒng)與前端網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備的通訊被切斷,會(huì)出現(xiàn)圖像無法記錄和無法實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻圖像的問題。轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)故障切換服務(wù)是指當(dāng)這些轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備的服務(wù)切換能力。\r\n·設(shè)備接入服務(wù)故障切換服務(wù)(Gateway Failover) 在整個(gè)系統(tǒng)中,設(shè)備接入服務(wù)(網(wǎng)關(guān)服務(wù))管理所有的視頻編碼器、解碼器等設(shè)備的身份認(rèn)證、編碼器設(shè)備的視頻流轉(zhuǎn)發(fā)(單播Unicast設(shè)備的單播轉(zhuǎn)發(fā),多播Multicast設(shè)備的多播轉(zhuǎn)發(fā))、編解碼器設(shè)備事件向目錄服務(wù)器的發(fā)送、設(shè)備網(wǎng)關(guān)備份功能。如一個(gè)前端視頻編碼器在5秒內(nèi)與自己的設(shè)備服務(wù)聯(lián)系不上,該前端編碼器會(huì)自動(dòng)與另一個(gè)備份網(wǎng)關(guān)服務(wù)進(jìn)行聯(lián)系,在獲得備份網(wǎng)關(guān)服務(wù)的認(rèn)證后,由備份網(wǎng)關(guān)服務(wù)接替故障網(wǎng)關(guān)的功能。\r\n7.系統(tǒng)自愈合能力 故障切換服務(wù)保證了系統(tǒng)內(nèi)的各種應(yīng)用在出現(xiàn)故障時(shí)仍然可以繼續(xù)工作,在故障排除后,系統(tǒng)自動(dòng)(手動(dòng))恢復(fù)到故障前的狀態(tài)。\r\n天津港設(shè)計(jì)特色\r\n天津港系統(tǒng)采用了多目錄,多級(jí)平臺(tái)的先進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了整個(gè)企業(yè)集團(tuán)的監(jiān)控系統(tǒng)在統(tǒng)一平臺(tái)下集中管理。有效地將存儲(chǔ)壓力分?jǐn)偟礁骷?jí)平臺(tái)中,既減輕了網(wǎng)絡(luò)壓力,又降低了因故障而可能造成的損失范圍。\r\n在各級(jí)平臺(tái)的重要部位均采取了先進(jìn)的冗余備份措施和故障切換技術(shù),保證了系統(tǒng)在出現(xiàn)問題時(shí)能及時(shí)切換到備份系統(tǒng),確保整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。\r\n系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了原有系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備,在滿足系統(tǒng)功能需求的同時(shí),盡量使用原有系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備,既滿足了功能需求,又減少了投資,還減少了很多的施工量。\r\n結(jié)語\r\n天津港網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)項(xiàng)目是一個(gè)典型的分布式結(jié)構(gòu),非常適合使用分布式網(wǎng)絡(luò)視頻解決方案。網(wǎng)絡(luò)視頻管理系統(tǒng)平臺(tái)是一個(gè)多級(jí)管理中心的分布式系統(tǒng),各級(jí)子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行又與上級(jí)管理中心保持?jǐn)?shù)據(jù)同步,是一個(gè)非常適合于構(gòu)建大型網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的管理平臺(tái)。通過天津港的實(shí)際應(yīng)用,達(dá)到了用戶的設(shè)計(jì)要求,使得天津港具有了可視化管理的手段,增強(qiáng)了企業(yè)信息化管理的技術(shù)水平。\r\n(責(zé)任編輯:嘉寶碩)\r\n本文作者現(xiàn)任北京先進(jìn)視訊科技有限公司副總經(jīng)理,郵箱地址:xuanwl@avinfo.cn\r\n
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