基于ePON的跨校區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展及當(dāng)前校園安防需求的不斷提高，由模數(shù)結(jié)合的視頻監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的安防需求。利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與流媒體技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)跨校區(qū)的校園安全視頻監(jiān)控。系統(tǒng)設(shè)計(jì)可推廣適用于教育系統(tǒng)內(nèi)多校區(qū)分散辦學(xué)的模式，ePON的可任意添加網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性與可維護(hù)性提供了便利條件。

【關(guān)鍵詞】ePON 視頻監(jiān)控;流媒體;IP-SAN;校園安全

引言

校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過對校園內(nèi)的視頻監(jiān)控錄像，根據(jù)安防控制的要求來實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控對象的監(jiān)控、管理和控制，其主要目的是為了保障廣大師生的安全防護(hù)。近年來，由于多學(xué)校的整合與提升，擁有多校區(qū)的學(xué)校逐漸增多，由此帶來的跨校區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在管理、調(diào)度上在原有基礎(chǔ)上變得更為復(fù)雜。如何解決跨校區(qū)問題以及全數(shù)字化視頻監(jiān)控中的矩陣級聯(lián)問題、標(biāo)準(zhǔn)化問題、視頻存儲問題等需要一個(gè)全新的解決問題的方案。本系統(tǒng)依托于已完成了數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換工程和覆蓋全市的光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的廣電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，利用EPON與流媒體技術(shù)順利實(shí)現(xiàn)了跨校區(qū)校園視屏監(jiān)控，即發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢又降低了投資成本，提高校園安防管理效率。

1.廣電專網(wǎng)特點(diǎn)

1.1 EPON接入技術(shù)

EPON又稱以太無源光網(wǎng)絡(luò)，它是以種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)。擁有成本低、帶寬高、擴(kuò)展性強(qiáng)以及方便的管理等優(yōu)良特性。

1.2 利用廣電網(wǎng)絡(luò)承載特點(diǎn)

基于廣播電網(wǎng)的EPON可以解決大規(guī)模監(jiān)控點(diǎn)部署問題，相對于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控方案具有以下優(yōu)勢：

（1）信號質(zhì)量更穩(wěn)定的全光纖接入方式具有更好的保密性與高帶寬，傳輸距離更遠(yuǎn)，覆蓋面積更大。

（2）光纖呈樹狀監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞植?，多級分路，系統(tǒng)可以靈活的增加監(jiān)控點(diǎn)。

（3）無源網(wǎng)絡(luò)節(jié)省供電、便于維護(hù)、可靠性高。

（4）設(shè)備專網(wǎng)。單獨(dú)光纖，專網(wǎng)專用、物理隔離、安全可靠。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

跨學(xué)區(qū)校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要確保學(xué)校安全管理的全局需求。校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要遵循以下4個(gè)原則。

（1）統(tǒng)一規(guī)劃與標(biāo)準(zhǔn)原則。視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要根據(jù)學(xué)校安防需求統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)與管理。系統(tǒng)應(yīng)符合國家及相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一編碼與解碼，統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)與控制，在同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)框架下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)開發(fā)、資源管理與平臺公用。

（2）系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性原則。校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要提供7天*24小時(shí)的持續(xù)有效視頻監(jiān)控服務(wù)與數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。系統(tǒng)的穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)安全需求是視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本保障。

（3）高應(yīng)用性與可擴(kuò)展性原則。系統(tǒng)圍繞校園安全需求突出應(yīng)用管理，充分利用視頻信息資源， 滿足各種應(yīng)用需求。

利用ePON網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特點(diǎn)，可以方便的增加監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，從而體現(xiàn)分散控制、統(tǒng)一管理的機(jī)制。

（4）良好的人機(jī)界面與易維護(hù)性原則。系統(tǒng)管理平臺采用可視化的管理操作方式，靈活的分級管理平臺可在本機(jī)或遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)錄像、監(jiān)控、與其他管理功能。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總架構(gòu)

本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)依托于現(xiàn)有的廣播電視網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，利用以太無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）在廣電站機(jī)房放置一臺OLT ISCOM5508，此設(shè)備可以提供靈活的組網(wǎng)方式，滿足低密度、長距離光纖接入需求。 此專用OLT 設(shè)備提供最多6 個(gè)10GE接口可以為學(xué)校監(jiān)控中心提供雙向傳輸通道，每個(gè)OLT PON端口通過光纖無源光分路器來無源分光，其分路鏈接每一臺ONU ISCOM5104設(shè)備光纖指出分別與不同的監(jiān)測點(diǎn)，最后通過ONU 的FE接口連接，實(shí)現(xiàn)攝像頭監(jiān)控。每臺OLT ISCOM5508可以覆蓋20KM。一臺OLT ISCOM5508最大支持12個(gè)PON接口和768個(gè)ONU，每個(gè)ONU可以接1到4個(gè)攝像機(jī)。在帶寬需求上，由于視屏監(jiān)控的圖像質(zhì)量的要求，必須保證至少8M的帶寬，EPON的每個(gè)ONU帶寬可以達(dá)到1000M，可以完全保證帶寬的需求。從網(wǎng)絡(luò)安全與控制上設(shè)計(jì)方案采用的OLT和ONU都具有強(qiáng)大的二層功能，可以通過ACL、VLAN、QOS、QNQ等手段對用戶的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)進(jìn)行控制和安全保證。

整個(gè)視頻接入網(wǎng)的EPON傳輸網(wǎng)絡(luò)可以為三級、二級、一級用戶提供設(shè)備管理。三級用戶可以通過OLT 設(shè)備的console口管理到OLT和遠(yuǎn)端各個(gè)ONU，也可以通過telnet方式登錄管理。一、二級用戶都可以通過帶內(nèi)的網(wǎng)管管理到各個(gè)機(jī)房內(nèi)的OLT 設(shè)備。

ISCOM 5508 PON系統(tǒng)采用了Raisecom NViewNNM綜合網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)管平臺，它基于SNMP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)拓?fù)涔芾怼⒐收瞎芾?、告警管理、配置管理、性能管理、資源管理、用戶管理、安全管理等功能。

2.3 系統(tǒng)前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

每個(gè)前端系統(tǒng)主要包括由負(fù)責(zé)拍攝監(jiān)控的前端攝像機(jī)、立桿基礎(chǔ)、室外設(shè)備箱、光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與前端的配電與防雷接地系統(tǒng)組成。

在前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮防雨抗風(fēng)、防塵、防災(zāi)等環(huán)境適應(yīng)性要求。此外，在設(shè)計(jì)中也要考慮監(jiān)控點(diǎn)相關(guān)建設(shè)要求、夜間補(bǔ)光要求以及設(shè)備供電、接地要求等。

2.4 監(jiān)控中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要為用戶提供呈現(xiàn)服務(wù)，通過監(jiān)控系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)看、記錄、錄像、回放、檢索與存儲等。它把前端監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像信號，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心的監(jiān)視墻;同時(shí)把視頻資料存貯到相關(guān)設(shè)備中，通過操作主機(jī)及時(shí)地對視頻資料進(jìn)行監(jiān)看、錄像回放，一旦發(fā)現(xiàn)特殊情況可控制前端的云臺與鏡頭實(shí)行聲音監(jiān)聽、實(shí)時(shí)抓圖以及聯(lián)動報(bào)警。

2.4.1 監(jiān)控中心系統(tǒng)的組成及功能

監(jiān)控中心由中心管理服務(wù)器、收集信號的存儲器、監(jiān)控PC機(jī)以及顯示視頻電視墻組成。通過監(jiān)控中心管理平臺工作人員可以控制電視墻的顯示以及實(shí)現(xiàn)對前端設(shè)備的PTZ控制。

監(jiān)控中心主要設(shè)備功能：

（1）流媒體服務(wù)器：支持監(jiān)控客戶端連接，信息流的轉(zhuǎn)發(fā);

（2）錄像服務(wù)器：可以同時(shí)對32 路高清碼流進(jìn)行錄像;

（3）視頻工作站：可以同時(shí)支持16路畫面選擇監(jiān)控;

（4）虛擬矩陣：同時(shí)支持多路電視墻;

（5）監(jiān)控PC機(jī)：運(yùn)維數(shù)據(jù)、采集軟件;

（6）其它設(shè)備。

2.4.2 監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件平臺建設(shè)

（1）流媒體轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)計(jì)

校園監(jiān)控中心流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)音視頻信號及控制信號的傳輸與控制。它全面先進(jìn)的轉(zhuǎn)發(fā)功能支持大容量的客戶并發(fā)訪問;能充分滿足學(xué)校安防監(jiān)控系統(tǒng)跨校區(qū)、高品質(zhì)的數(shù)據(jù)需求。它本身并不存儲視頻數(shù)據(jù)，只是對下級機(jī)構(gòu)的視頻圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理，響應(yīng)后端大容量的并發(fā)訪問。當(dāng)數(shù)據(jù)通過流媒體進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，用戶訪問視頻圖像時(shí)，流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器首先建立與前端硬盤錄像機(jī)的連接，接著向后端客戶端提供視頻數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。

本項(xiàng)目流媒體綜合應(yīng)用軟件是一個(gè)大型的視音頻流管理、轉(zhuǎn)發(fā)和應(yīng)用的信息管理軟件。它支持5000路以上圖像的接入、管理。流媒體綜合應(yīng)用軟件作為本系統(tǒng)的核心支撐部分之一，主要實(shí)現(xiàn)視頻流分發(fā)、視頻網(wǎng)關(guān)和流媒體路由三個(gè)方面的應(yīng)用。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)在一級中心和大的二級中心分別部署流媒體服務(wù)器，流媒體服務(wù)器 之間可實(shí)現(xiàn)多級級聯(lián)。一級中心用戶調(diào)看圖像時(shí)不必連接遠(yuǎn)端二級中心的流媒體 服務(wù)器，而是就近訪問一級中心的流媒體服務(wù)器，由該服務(wù)器訪問二級中心的流 媒體服務(wù)器，從而節(jié)省一級中心到二級中心主干網(wǎng)絡(luò)的帶寬。

系統(tǒng)內(nèi)部署的流媒體服務(wù)器應(yīng)支持平滑擴(kuò)容，當(dāng)一個(gè)流媒體服務(wù)器不能滿足 用戶的應(yīng)用需要時(shí)，可加裝新的服務(wù)器，與原有的服務(wù)器并行工作，實(shí)現(xiàn)平滑擴(kuò)容。 支持單播和組播，可根據(jù)應(yīng)用需求靈活設(shè)定。

同時(shí)，流媒體綜合應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)滿足高冗余性要求：在一臺流媒體服務(wù)器發(fā)生 故障時(shí)，可通過中心管理服務(wù)器，將原先發(fā)給它的視頻流改為轉(zhuǎn)發(fā)至其它的流媒體服務(wù)器，在線接管，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4.3 監(jiān)控平臺的管理功能

系統(tǒng)監(jiān)控平臺主要實(shí)現(xiàn)以下方面的管理功能。

（1）對前段攝像機(jī)的管理。由前端攝像機(jī)采集圖像后傳送回音視頻監(jiān)控服務(wù)器，通過操作實(shí)現(xiàn)全方位的畫面監(jiān)看。

（2）對監(jiān)視墻的管理

采用46″平面直角的彩色顯示器組成數(shù)字監(jiān)視墻，直連音視頻監(jiān)控服務(wù)器，全數(shù)字顯示，并支持對任意一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)視頻的抓拍、錄像、存儲、檢索等功能。

（3）對錄像存儲設(shè)備的管理

工作人員可以實(shí)現(xiàn)對視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)錄制監(jiān)控圖像與存儲管理。多種錄制存儲方式與自動硬盤空間檢測報(bào)警功能并可輕松實(shí)現(xiàn)無人值守自動錄像。

（4）對權(quán)限的管理

監(jiān)控平臺實(shí)現(xiàn)了對不同用戶的權(quán)限設(shè)置與驗(yàn)證。并可針對不同的操作設(shè)定用戶。并且，在不同的聯(lián)網(wǎng)區(qū)域經(jīng)過授權(quán)各級領(lǐng)導(dǎo)可通過WEB 瀏覽方式或客戶端監(jiān)控軟件對任一監(jiān)控點(diǎn)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，體現(xiàn)了管理安全與操作靈活的特性。

（5）對帶寬的管理

系統(tǒng)平臺可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬實(shí)施情況調(diào)整輸出碼流，并可通過前端攝像機(jī)的降幀增幀功能調(diào)整畫質(zhì)保障用戶獲得高圖像質(zhì)量需求的同時(shí)輸出匹配的帶寬。

2.5 存儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)的存儲采用IP-SAN的存儲架構(gòu)設(shè)計(jì)，能充分保證數(shù)據(jù)存儲的安全性與可靠性。由于校園安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要確保圖像數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性，所以每一路視頻圖像存儲時(shí)間不小于24小時(shí)*30天。因此工作人員可以自己定制錄像策略，調(diào)整視頻分辨率、減輕硬盤與系統(tǒng)的負(fù)荷。

2.6 機(jī)房建設(shè)與人員培訓(xùn)

監(jiān)控中心機(jī)房建設(shè)主要包括了網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房、系統(tǒng)監(jiān)控中心及工作指揮區(qū)。 網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房的建設(shè)不僅要考慮到設(shè)備、材料與技術(shù)工藝更要考慮設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性需求與突發(fā)性事件如抗震、抗干擾、防雷電等需求。

人員培訓(xùn)是系統(tǒng)管理不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。系統(tǒng)管理的質(zhì)量主要體現(xiàn)在技術(shù)人員的操作上，因此相關(guān)技術(shù)人員需要了解監(jiān)控流程及理論知識，熟悉各部分設(shè)備性能情況、學(xué)習(xí)管理軟件使用方法，并對系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)。

3.結(jié)束語

在構(gòu)建“和諧校園”的核心思想指導(dǎo)下，學(xué)校利用現(xiàn)有的有線電視數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以 “有線電視雙向視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)”核心技術(shù)為支撐，設(shè)計(jì)開發(fā)校園安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為學(xué)校安全防范提供一個(gè)有力可靠的保障。利用ePON技術(shù)特別適合于學(xué)校多校區(qū)分散辦學(xué)的模式，每個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭一個(gè)IP，接入廣電網(wǎng)內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)任意匯聚、分發(fā)圖像或在任意一點(diǎn)都可以接收圖像。

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