網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

佛山市公安局 沈漢靈 姚喜蓉 謝業(yè)祥 楊波波 張鐵忠 張紹偉 李 新

0 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)與交通的發(fā)展，人、財、物流動極其頻繁，城市治安成為越來越多人關(guān)注的話題。我國是人口大國，城市治安無法保證將會影響群眾的安全感，危及社會的和諧穩(wěn)定。本文提出一種網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案，在特定環(huán)境下具有良好的效果，對社會治安監(jiān)管具有現(xiàn)實意義，能有效提高公安機(jī)關(guān)的辦案效率，提高社會治安管理水平，確保城市環(huán)境和諧穩(wěn)定發(fā)展。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端、傳輸、顯示和平臺之間的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.1 前端部分

前端可用于多種類型的攝像頭進(jìn)行接入，系統(tǒng)可配置高清網(wǎng)絡(luò)球機(jī)的多種設(shè)備。前端攝像頭進(jìn)行信號采集，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后按照標(biāo)準(zhǔn)的音視頻編碼壓縮格式進(jìn)行壓縮編碼，最后按照相應(yīng)的傳輸協(xié)議直接接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻傳輸[1]。

1.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)部分

前端與交換機(jī)之間的連通方式有以下三種：點對點的光纖接入方式，直接接入方式（100米以內(nèi)），以及點對多點的PON光纖接入方式，將前端信號匯聚至中心的核心交換機(jī)。

1.3 中心存儲部分

監(jiān)控中心采用視頻云存儲等主流存儲模式對高清視頻圖像進(jìn)行存儲，特殊場景采用NVR方式，解決數(shù)據(jù)落地問題。

1.4 平臺部分

應(yīng)用管理平臺部署在通用服務(wù)器上，可以對視頻監(jiān)控設(shè)備和用戶進(jìn)行統(tǒng)一管控，并實現(xiàn)瀏覽、回放、下載等視頻應(yīng)用。

2 前端設(shè)計及IPC優(yōu)點

在前端攝像機(jī)的采購選型上應(yīng)適合不同的場景需求來進(jìn)行，選取不同的攝像機(jī)。室內(nèi)可選取美觀大方的半球型攝像機(jī)，室外可以選取槍機(jī)與球機(jī)的組合，以保證室外場景監(jiān)控更全面，同時要注意前置設(shè)備外端的防雷防雨等方面[2]。

IPC功能的優(yōu)點是超低照度、強(qiáng)光抑制、紅外增強(qiáng)和3D數(shù)字降噪[3]。

3 傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖2 傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

為了更好地服務(wù)用戶，對中心控制平臺的各項應(yīng)用提供堅實的基礎(chǔ)保障，我們對此設(shè)計監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3.2 核心層

核心層主要設(shè)備是作為整個網(wǎng)絡(luò)大腦的核心交換機(jī)，核心交換機(jī)需具備高可靠性及高穩(wěn)定性的要求，一般均采用模塊化框式交換機(jī)，在可靠性配置上需具備雙電源、雙引擎的要求，在穩(wěn)定性配置上需選擇合適的背板帶寬及處理能力較高的板卡，對特殊行業(yè)還可采用雙核心交換機(jī)部署方式。

3.3 接入層

前端視頻資源接入對前端玩過采用獨立的IP地址，完成對多只前端攝像頭的互聯(lián)。前端采集的數(shù)據(jù)通過IP傳輸網(wǎng)絡(luò)接入控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚[4]。對于傳輸距離小于100米的情況下可采用超五類或者六類雙絞線就近直接接入交換機(jī)；對于傳輸距離大于100米的情況下，可采用一對光纖收發(fā)器實現(xiàn)點對點接入或者采用PON實現(xiàn)點對多點接入。

用戶接入對于用戶端接入交換機(jī)部分，需要增加相應(yīng)的用戶接入交換機(jī)，提供用戶上網(wǎng)服務(wù)。監(jiān)控中心部署接入交換機(jī)，通過千兆光纖鏈路接入到傳輸網(wǎng)絡(luò)中，保證設(shè)備及客戶端的正常使用。

3.4 網(wǎng)絡(luò)IP地址規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)順利運(yùn)行最基本要求是保證IP地址的合理分配。充分考慮地址空間的合理利用，保證網(wǎng)絡(luò)流量均勻分布是傳出層首要完成的任務(wù)[5]。

在本網(wǎng)絡(luò)對IP地址進(jìn)行分配的同時，要考慮未來業(yè)務(wù)發(fā)展對IP地址的需求。IP地址空間的分配與合理使用與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組織及路由有非常密

切的關(guān)系，將對網(wǎng)絡(luò)的可用性、可靠性與有效性產(chǎn)生顯著影響。

4 存儲系統(tǒng)

4.1 云存儲技術(shù)

云存儲是一個以數(shù)據(jù)存儲和管理為核心的云計算系統(tǒng)。云存儲通過集群技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中多個節(jié)點組成共享存儲資源池，共享存儲資源池可集中管理和彈性擴(kuò)展，存儲設(shè)備可靈活設(shè)置、利用率高。

圖3 云存儲架構(gòu)示意圖

云存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由存儲層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層、訪問層4個部分組成。針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)，云存儲架構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

視頻云存儲將視頻數(shù)據(jù)分散到多個并發(fā)存儲節(jié)點，數(shù)據(jù)平均分布于各個節(jié)點上，各個存儲節(jié)點之間通過自動負(fù)載均衡技術(shù)，有效避免資源爭用和元數(shù)據(jù)處理成為瓶頸。在存儲系統(tǒng)的安全性保護(hù)方面可提供設(shè)備間容錯、設(shè)備內(nèi)容錯等多種保護(hù)機(jī)制；在數(shù)據(jù)恢復(fù)方面，云存儲采用數(shù)據(jù)自愈技術(shù)，可以提供多節(jié)點數(shù)據(jù)保護(hù)，即使節(jié)點損壞在安全閾值以下，數(shù)據(jù)也不會像傳統(tǒng)RAID一樣全部損壞，而是損壞部分?jǐn)?shù)據(jù)，對于未損失的數(shù)據(jù)塊仍然可讀和可用[6]。

4.2 云存儲的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的存儲相對比，云存儲具有以下優(yōu)勢：

可擴(kuò)展性強(qiáng)。云存儲架構(gòu)采用的是并行擴(kuò)容方式，當(dāng)容量不夠時，只需采購新的存儲服務(wù)器，容量即可增加，而且?guī)缀鯖]有上限控制，這就是云存儲服務(wù)強(qiáng)大的可擴(kuò)展性[7]。

容災(zāi)能力強(qiáng)。云存儲基于一個虛擬集群，數(shù)據(jù)不會因為單個物理設(shè)備損壞而丟失。

數(shù)據(jù)云存儲便于上傳查看。數(shù)據(jù)查看上傳擺脫了物理設(shè)備的約束，僅需通過網(wǎng)絡(luò)傳輸即可完成數(shù)據(jù)存儲，解決了物理存儲設(shè)備的便攜問題。

數(shù)據(jù)中心模式將會被引入并逐漸成為安防產(chǎn)業(yè)的主流形態(tài)。

5 結(jié)束語

基于云存儲的視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效達(dá)到社會治安的效果，應(yīng)對多種場景復(fù)雜環(huán)境下的不同情況，采用不同的前端攝像裝置和后臺云存儲。視頻云存儲系統(tǒng)集成基礎(chǔ)的視頻、圖片專屬存儲功能，有效提高安防監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率與行業(yè)應(yīng)用擴(kuò)展。同時豐富的系統(tǒng)管理、運(yùn)行維護(hù)功能提供了更為智能、穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境與良好的服務(wù)體驗。