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宇视科技智能建筑 IP监控解决方案

1.方案概述

随着IT技术不断发展并引入视频监控领域,在智能建筑监控应用中,IP网络监控已经逐渐替代了传统的模拟监控。但以往的解决方案更多是各个产品的简单组合,而智能建筑监控在资源统一接入、设备统一管理、业务高效处理等方面越来越深入的需求,进一步要求联网监控系统的各个组成部件能够基于统一基础架构紧密配合,形成更加贴近业务需求、深度融合的整体解决方案。

凭借在智能建筑行业多年的IP网络、IP存储、IP多媒体和业务软件平台产品开发经验,宇视科技对安防监控系统进行了重新的设计和规划,提出从联网监控的整体架构角度对网络、存储、视频编解码和管理软件四大组成部分进行融合设计,推出了能够高效、稳定实现大规模联网监控看、控、存、管、用基本业务的IP监控解决方案,实现IC网络通信、IT信息技术和SA安防自动化技术的真正融合。

1.1 需求分析

随着近些年来视频编解码技术、视频网络传送技术、视频数字存储技术、视频通信调度技术等与视频相关的IT技术不断发展,并逐渐引入视频监控领域,IP网络监控也后来居上,逐渐替代了传统的模拟监控,在智能建筑监控市场上占据了优势地位。这一切使得智能建筑监控的需求也在发生着深刻的变化。

1. 扩展性及资源利旧要求

伴随着建筑规模的扩大及分支机构的不断加入,智能建筑的监控规模和密度都比以往增加了许多,也使得基于IP的联网监控逐渐成为主流。同时,对原有监控资源的整合、多区域监控系统的跨域联网需求也越来越多。

2. 全局资源的统一管理要求

IP技术越来越多的融入视频监控领域后,安防监控在提供安全保障的基本功能的同时,也开始涉及智能建筑管理、智能建筑生产功能辅助等生产监控业务。随着两种目的不同的业务在视频监控系统中实现共享和融合,由此也带来监控规模的进一步扩大。系统需要对大量的监控资源统一管理,对大量的前端设备统一维护,提升故障发现及处理的效率。

3. 开放性及业务应用的整合

视频技术、安防技术以及IT技术不断发展,一方面用户对视频监控系统本身的操控体验要求越来越人性化,如高清画面显示、基于事件的录像快速检索精确定位、三维仿真GIS等;另一方面,用户对视频监控系统的定位也不再是孤立的视频图像采集再现系统,而是安防系统或者其他专业应用系统的有机组成部分,视频监控系统需要与安防系统的其他子系统(如门禁、报警、消防等),或者专业应用系统的其他子系统(如SCADA动力环境系统、考勤系统、图像智能分析系统等)完成充分的整合。

4. 可靠性的要求

视频监控系统在安防系统中的地位日趋重要,系统的可靠性也越发受到重视。从前端设备的可靠性到网络链路的可靠性、存储的可靠性、管理平台的可靠性,都需要在以往监控系统的基础上加以提升。

1.2 基于需求变化的整体解决方案融合

从系统的可扩展到系统的可管理性,再到系统的开放及可靠性,这些需求的变化对智能建筑视频监控系统方案及各个组成部分——前端编码、网络传输、媒体处理、存储检索、视频管理、终端显示,都提出了更高的要求。我们将智能建筑监控各个部件按照下面的体系层次进行分析,看看各个层次都有哪些新的需求变化。

图1 建筑监控体系层次

1. 多媒体终端

在建筑监控方案中,前端的编码设备和后端的解码设备都可以认为是多媒体终端。

在最前端的编码器部分,为了满足建筑监控的高品质要求,前端采集编码设备一方面需要提供高清的图像品质,另一方面需要融合更多的网络、存储技术来完成视频的高效、高可靠处理和传输。

在接入网络的过程中,编码设备需要融入更多网络接入特性,要求对建筑监控点的不同环境,采用相对应的接入技术:如针对周界采用基于编码器的环网接入方式;对于重要监控点,还可以使用双网口链路上行,提供网络链路的高可靠冗余;针对有线无法覆盖的区域,采用WLAN的方式进行无线接入。

在视频流的处理中,为了满足实况视频流的低延时、存储数据流的高可靠传送要求,编码设备可以使用基于网络的组播技术来发送实况流,采用基于iSCSI直存的方式向存储设备发送存储流。同时在生成视频数字信号时,需要在视频流中设置QoS标记,以便网络设备根据业务优先级进行针对性转发。

2. 传输网络

传输网络作为监控业务的承载,要求实现视频流的高可靠、低延时转发,针对信令、实况图像、回放业务不同的QoS优先级,进行相应的转发。同时,对于前端监控点使用的多种接入技术,如环网、无线的接入,均需要在网络端完成相应的传送处理。

3. 媒体处理与存储

面对大容量的监控点信息,系统需要提供控制与业务相分离的机制,控制信令由独立的管理平台负责,媒体业务流则由网络或媒体服务器转发。

为了满足实况流与存储录像的不同品质需要,应采用双流的工作机制将实时监控流和存储流独立编码,单独分配实时流和存储流的码流格式、码率等参数。实时流要求低延时,可以通过网络组播的方式转发,而存储流要求高可靠性,则可以通过iSCSI数据流端到端传输到存储设备,免除中间媒体服务器的转发转存,提升系统传输的可靠性。

为满足海量可靠存储的需求,应使用专业IPSAN或NVR存储设备,在建筑监控中取代传统的DVR,进行集中录像存储。

4. 基础管理

在建筑监控建设中,将安防监控、生产监控统一共享后,规模随之扩大,由此带来全局管理的要求。建筑原有的监控资源在后续的建设中也需要尽可能兼容接入。

传统的智能建筑监控设备大量是基于模拟或本地数字DVR,可管理性很弱。当网络监控逐渐成为主流时,大量的前端编码设备和网络传输、存储设备及服务器均基于IP协议构建,使得这些设备的统一管理维护、配置升级成为可能,而类似的管理手段在网络领域早已成为标准技术,这就要求编解码设备、存储设备、网络传输设备和业务服务器均能够支持标准的SNMP网管协议。

5. 业务与增值应用

智能建筑监控应用中,要面临和大量业务系统的对接和联动,比如刷门禁卡时,可自动和监控系统联动,使相应摄像头转动到计划的预置位,以便能够看清并记录刷卡人的面貌,类似的还有与专业报警系统的整合联动。同时,建筑的GIS系统、OA系统等也可能需要随时通过SDK接口调用监控系统的图像,完成统一界面整合。这些都要求监控系统能够提供基于平台的、高效、易于开发的开放接口,来完成与多种业务应用的联动整合。

以上的业务需求在不同层面上体现了智能建筑业务发展对于监控方案和产品的要求,其中可以看到很多技术要求是需要多个层面的不同部件相互紧密配合来完成的。比如:

1) 实现视频存储流从前端编码器到后端存储设备的端到端高可靠直存,需要将iSCSI流存储技术融入到前端编码设备,打通前后端的通道;

2) 全网的统一网管,需要将网络通信领域成熟的SNMP网管协议在前端编码设备、后端解码设备、服务器、存储设备统一实现,从而通过管理软件能够方便地进行设备状态、参数配置的管理;

3) 业务管理方面,资源管理、用户管理、数据管理、已有监控资源的兼容管理等相互关联又各自独立,需要一个统一的集成管理框架作为技术上的实现基础;

4) 利用组播技术实现视频图像实况流的低延时、高可靠传送,需要将组播技术融入到编码设备、传输网络、解码设备、客户端软件;

这些技术需求,一方面需要各个产品部件的深度耦合,另一方面,相同的技术在不同部件的实现也需要一个统一的架构体系作支撑,以达到无缝配合的应用效果。也就是说,未来的建筑监控要求各组成部件紧密融合而非简单地组合在一起,形成融合的整体解决方案。只有这样,才能最大程度达到统一资源接入、业务流高效处理、统一设备管理等建筑监控的应用要求。

2.智能建筑联网监控解决方案

宇视科技通过多媒体操作系统IMOS(IP Multimedia Operation System)的通信、信息处理、存储和多媒体技术以及基于开放的中间件平台,提供了包括编解码器、网络存储设备、网络系统和管理平台四大基础组件的IP网络监控解决方案,实现了四大组件的特性融合和架构优化。

2.1 IMOS多媒体操作系统

宇视科技依靠自身对IT和IP技术的深层理解,将各种IT和IP领域的先进基础技术应用于监控领域,开发出了适用于各种多媒体应用开发的开放中间件平台IMOS--IP多媒体操作系统。IMOS(IP Multimedia Operation System-IP多媒体操作系统)是宇视科技 IP监控、视讯会议等多媒体产品共有的IP多媒体基础软件平台,其本质上是一个通用的支撑多媒体综合监控、会议通信、语音通信、信息发布应用的中间件平台,既可以支撑宇视科技管理平台组件也可以支撑宇视科技的多媒体编解码终端设备和多媒体应用存储设备,IMOS基于联网监控需求对整个监控系统的所有组件进行融合优化,满足各种联网监控系统的全局看、控、存、管、用业务需求,它的出现能够解决当前网络监控系统不可逾越的瓶颈,满足多媒体融合应用的需求,同时更好的支持合作伙伴面对客户提供个性化增值应用解决方案。

基于IMOS的IP监控解决方案在整体先进性、灵活性、可扩展性和开放性等各方面相对以普通平台软件和业界同类软件为核心的监控解决方案都有了质的提升, 最终给用户带来高品质的监控产品和全新的业务体验。

2.2方案组成

宇视科技的智能建筑监控解决方案整体结构如下:

图2 建筑监控解决方案

一个典型的智能建筑网络监控解决方案的组成和基本功能如下:

1)前端系统

包括摄像机、监听头、对讲设备、报警探头和编解码设备组成,其中编解码设备由宇视科技提供。当前端到中心的带宽足够,允许中心存储时,前端配置EC编码器或IPC;当带宽有限无法中心存储时,采用支持前端存储的ECR系列编码器;当前端需要解码还原图像时配置DC系列解码器。

2)网络系统

所有前端编解码器通过网络系统和监控中心相连,实现各种信息的传递。宇视科技提供了丰富的网络设备,包括接入交换机、汇聚交换机、核心交换机和路由器,针对EPON无源光网络组网需求提供了低成本的盒式OLT交换机和集成在S75E核心交换机中插卡式OLT。

这些设备内嵌了丰富的安全特性并针对监控的需求对组播等应用进行了优化,同时还可以为广域网组网提供完善的VPN解决方案,从而为监控系统提供了一个安全、可靠、灵活和高性能的基础网络平台。

3)监控中心

监控中心的核心是IMOS管理平台,含括VM视频管理服务器、DM数据管理服务器、MS媒体交换服务器和VC客户端等。除此之外,监控中心还可以分布式部署基于宇视科技 IPSAN技术的NVR网络视频录像系统和电视墙控制设备。

视频管理服务器

监控中心的核心管理设备首先是VM视频管理服务器,作为整个系统的核心信令管理服务器。VM视频管理服务器单域支持10000路视频和3000台编解码设备的管理,该服务器主要用于系统认证、配置、控制、报警等所有核心信令的处理。

数据管理服务器

作为监控中心另外一个核心管理设备DM数据管理服务器,主要功能为对全系统分布式部署的NVR网络视频存储设备(基于宇视科技 IPSAN技术)进行统一的资源管理,配置和故障检测。并对外提供备份转发和检索服务。

客户端

各级中心最主要的人机界面通过IMOS管理平台中的B/S架构客户端软件-VC客户端实现。VC视频管理客户端包括管理员版、用户版和告警台三部分,可以实现完善的监、控、查、管、用日常业务操作和管理功能。

流媒体交换服务器

根据项目需求,IMOS管理平台可以提供MS流媒体交换服务器组件,在单播网络环境下,该服务器可以提供单播视频流的复制分发,同时对于外网访问,该服务器还可以提供内网组播转外网单播服务以及面向外域和其它业务系统的VOD点播服务器功能。

DVR代理服务器服务器

当前端存在主流嵌入式DVR需要接入时,可以部署DA代理服务器软件,通过运行DVR SDK,实现将DVR信令格式转化为IMOS系统的标准信令格式,实现对DVR设备的监视、控制、查询、报警管理、对讲等基本资源访问功能。

NVR网络视频录像

宇视科技创造性的将IPSAN直存技术引入NVR网络视频录像系统中,前端宇视科技系列编码器应该可以直接通过iSCSI协议将压缩的数字视频信息以裸数据块的方式写入NVR的IPSAN盘阵中,客户端VC可以直接访问IPSAN盘阵实现快速回放,这种端到端的IPSAN架构,无需传统方案的转存服务器,系统架构更加简洁高效和可靠。

电视墙

中心可以配置宇视科技 单路或多路解码器,接收VC客户端通过VM管理服务器发来的指令,实现将前端各种格式宇视科技系列编码器或IPC传送过来的压缩图像还原解码成模拟图像接入中心电视墙,通过客户端的灵活控制和系统报警联动,实现数字矩阵的功能。

4)远程访问

远程监控中心可以通过VC客户端访问监控中心的资源,在授权范围内实现基本监控功能,同时远程监控中心还可以是另外一套管理平台,通过多级多域架构实现系统扩容和多级监控。

2.3 宇视科技智能建筑方案特点

宇视科技智能建筑网络监控解决方案相对传统监控解决方案,具备以下特点:

1. 先进可扩展的体系架构

系统借鉴IMS体系架构,采用分层、模块化的设计,遵循标准SIP协议规范,将媒体交换处理同系统的控制、管理信息相分离,具备灵活的可扩展性,保证了海量视频接入和大并发量访问的能力。

系统采用双流的工作机制任意分配实时流和存储流的码流格式、码率等参数,并通过组播和iSCSI数据流端到端进行传输,避免了矩阵、流媒体服务器等系统瓶颈造成的"哑铃效应",提升系统传输的可靠性。

2. 统一资源管理

系统采用资源化管理框架,把物理设备分解成多个基本资源的集合,根据抽象出的资源类型(如摄像机资源、监视器资源、告警源资源、存储资源、地图资源等)进行分类,结合基于角色的精细化分级分权用户权限管理,可完成前端监控点按照虚拟域的资源划归,屏蔽资源的物理地域差异,方便业务开展。通过设备代理服务软件(Device Agent),iVS视频监控系统可以接入业界主流DVR、IP摄像机。

3. 创新的存储技术

宇视科技智能建筑监控方案基于存储虚拟化技术,采用标准IPSAN存储设备,实现大量视频存储设备的分布式部署和集中管理,以及存储空间的动态分配及调整。

将iSCSI块存储的存储方式引入监控中,通过端到端直存的方式,取消了服务器转发,提高了存储可靠性,实现了对于媒体流这种非结构化数据的结构化存储,使得监控录像可以秒级精确检索和即时回放。

4. 网络与监控的融合

iVS监控系统将IP组播技术、网络Qos技术、IP网管技术引入监控。针对建筑监控点的不同环境,采用相对应的接入技术。前端编码器可以通过LAN、SFP、EPON、RRPP环网、WLAN等方式灵活地接入承载网络。

5. 业务应用整合能力

系统采用SOA框架,对外提供全方位的平台级中间件接口,包含了监控平台完整的管理接口与业务接口,可以将视频资源开放给更多的行业应用处理使用,如GIS系统、安防报警系统、工业SCADA联动、专业工业电视、专业管理系统、视频智能分析等。各种行业化应用可以在系统提供的SDK上进行各种层次的开发。

6. 高可靠的系统保证

为了满足室外环境的要求,前端采集编码设备提供了高环境适应性(高低温、潮湿腐蚀、EMC电磁兼容等)。通过双网口链路上行、环网等接入方式,实现网络链路的高可靠冗余系统通过视频管理软件平台的热备份及媒体服务器的集群管理,提升了核心系统软件的可靠性。