建筑群安防系统传输与组网.doc

建筑群安防系统传输与组网模式探讨南京邮电大学 黄筱淑 摘要：本文对建筑群和区域性安防系统几种传输与组网模式的系统架构、系统特点进行了描述和应用探讨。Abstract This paper complex and regional security systems in several networking model of transmission and system architecture, system features are described and applied to explore.关键词： 传输 组网 模式 模拟 数字Keywords transmission networking model analog digit1、 前言随着视频压缩处理技术、计算机网络技术、通信技术的飞速发展，以及视频技术在实际应用中的不断拓展，安防系统建设也在向数字化方向快速发展。建筑群和区域性安防系统的传输与组网方式也随之变化和发展。2、 组网模式概述 随着科技的发展和数字化安防产品不断的市场化，建筑群和区域性安防系统的组网模式跟随技术进步，经历了由模拟模式到模-数结合模式的发展过程，现在有向着全数字模式发展的趋势。基础网络传输介质也由铜缆逐步向铜缆+光缆，甚至向全光网络延展。 建筑群间全模拟模式、全铜缆传输方式已成过去，值得关注和探讨的是目前应用的模式。因此，下面对模-数结合模式和全数字模式的特点进行了简单的归纳。 2.1、模-数结合模式模-数结合模式是已建安防系统中目前大量采用的方式，是一种传统模拟矩阵+DVR（数字硬盘录像机）的方式，适用于一般建筑群间或小型区域性控制和联网。它具有以下特点：l 技术成熟l 图像清晰、无损、流畅l 实时性好l 联动响应快l 能采用DVR进行数字化转换与存储l 能采用DVR进行联网控制l 操作简单l 成本低廉l 异构性特点，联网整合困难l DVR功能多，单项性能有限，受单机CPU处理能力限制，并发能力低、存储量低、单点故障率高。l 可管理性、可维护性差l 综合应用能力低、智能化程度低2.2、全数字模式全数字模式是近年来发展迅猛，从前端采集、传输、交换、联网，到图像数据存储、调用、指挥均为数字化的系统模式。根据传输、联网模式的不同，大致可分为：TDM-MPLS（时分复用-多业务传输交换平台）和IP网两大类，综合起来全数字模式具有以下特点：l 技术先进l 联网方便、快捷l 全网内数字视频只进行一次AD/DA转换，无距离限制l 图像劣化的程度不会因传输距离和转接交换而积累，适于各种类型联网l 可实现海量存储和资源共享l 集成方便，整合能力强l 综合应用能力高、便于各种智能化应用l 可管理性高、可维护性强l IP网实时响应能力较差，QOS(服务质量)保障能力较低，需采取相应改善措施l 成本较高3、传输与交换3.1 模-数结合模式模-数结合的建筑群间或小型区域性安防系统的传输与交换通常采用数字非压缩光端机+矩阵+DVR模式。3.1. 1传输传输一般选择数字非压缩光端机。此间有一个误区，有将数字非压缩光传输归于模拟方式，这是错误的。所谓数字非压缩即已经进行了模拟-数字的变换，是最基础的模-数变换，由于未进行压缩，所占带宽很宽。6MHZ的视频图像信号，在非压缩的情况下变换成数字信号其传输带宽一般为100Mbps-120Mbps。视频图像信号由于未经压缩，又经光纤传输因此还原性好，图像清晰，无损伤。它也同样具有数字信号的传输性能，不会因为传输级联造成图像质量劣化的积累，这一点和模拟传输是有本质区别的。前几年由于这种模-数变换模块成本低廉，信号传输质量高，因此在国内安防传输中应用广泛，占有很大的市场。随着安防数字化进程的加快，其传输带宽过宽，资源占用率高，在大型联网传输中不占优势。但是在建筑群间、小区域内，综合考虑需求与性价比它还不失为一种较好的传输模式。3.1.2 交换与操作控制模-数结合模式的建筑群间或小型区域性视频图像的交换与操作控制分监控中心和楼栋节点以及浏览控制。监控中心主要采用矩阵进行图像调用、显示切换等，具有操作简便，控制灵活的特点；各楼栋如有分控节点一般采用DVR分布设置，以它替代矩阵的作用。网上浏览、前端云台镜头控制，一般也利用DVR接入IP网实现。3.2、TDM-MPLS（时分复用-多业务传输交换平台）TDM-MPLS（时分复用-多业务传输交换平台），是一个光传输、多业务接入、分布式数字视频矩阵于一体，具有全数字、大容量、高扩展性的多业务光传输交换平台。同时也是一个具有完善的视频管理及网络管理能力的管理平台。该平台能够将视频、音频、数据、以太网信号集于一体进行传输交换，能提供丰富的业务接口如：Ethernet、E1、RS232/RS485/RS422、开关量、语音等；能将数字视频光纤传输网络和数字视频矩阵进行系统集成与功能集成，替代传统的“光端机视频分配器模拟矩阵编解码器平台管理软件”等众多的设备，从而提高了系统的性能，方便管理维护。平台采用完全开放的传输交换协议，如IP协议等，能与其他设备兼容。其系统架构如图1.所示，平台具备如下特点：l 分布式数字视频矩阵结构、全交叉数字矩阵功能；l 40G 背板带宽，10G主视频传输交换通道；多个2.5G或1.25G光分路口以及其它通信端口，可方便进行各种链路连接与组网。l 具有大容量数字语音、数据、视频图像传输/交换处理能力。l 有良好的QOS保障机制，传输质量高，性能好l 系统能实现端-端实时链路连接和带宽保证，延时小、实时响应性能好；l 同一平台实现多种业务的传输与应用；除实现高质量视频接入、传输和交换外，还可提供以太网、E1、音频、报警信号及低速数据的接入和传输；l 支持相应的专网的传输交换，具有开放性的协议l 全网内数字视频只进行一次AD/DA转换，无损伤信息交换，无距离限制l 采用堆叠技术扩容，使系统扩容方便、快捷l 支持星型、环型、树型、链型任意拓扑结构及组合l 支持网管，具有设备监控、故障告警等网络管理功能和完善的用户管理和权限控制功能l 带宽固定，灵活性差l 成本较高 图1. TDM-MPLS架构系统框图3.3、IP网采用IP网组网方式的视频监控网络系统，其传输交换平台有两种架构，一种是原IP架构，另一种是基于NGN(Next Generation Network，下一代网络)架构。原IP架构由于受其组网和传输原理的限制，具有“尽力”实现的特性，因此存在较大的时延、抖动、丢包率，QOS保障力低，适宜于传输实时性要求不高的数据业务或者可以通过缓存的流媒体业务。而实时视频图像和语音数据传输业务则对时延、抖动、丢包等很敏感，且需要良好QOS保障能力。相较而言，NGN架构的IP网能比较好的解决上述问题。其系统架构如图2.所示 图2. NGN架构的IP系统框图采用NGN架构的IP视频监控网，分成媒体接入层、承载交换（传输交换）层、控制管理层、视频应用层。NGN的基本特征是分组传送；控制功能从承载、呼叫/会话、应用/业务中分离。有鉴于此，采用NGN架构的IP视频监控网，将控制管理与媒体信号接入、编码、处理、传输交换、存储、转发等分离。这样，可以实现视频图像一次编码全程使用，保证图像质量，减少网络瓶颈产生，减少拥塞和时延，增强网络实时响应能力。层与层之间相对独立，系统升级、扩展、新应用/业务引入等，由于不会互相牵制而变得方便简单。系统可采用标准和开放的承载协议（IP）、控制协议（SIP）、存储接口协议（iSCSI)、应用开发接口等等，使之更具有开放性、可扩展性。与TDM-MPLS相比，IP视频监控网组网灵活方便，易于扩展，成本较低；不足的是实时性、QOS保障能力相对较差，需要增加一些应对策略，通过新控制技术如RPR(弹性分组)技术应用，以及规划、管理、监测、控制等策略实施，保证IP承载网的服务质量（QOS）和传输性能指标，实现IP承载网的可行性。4、 组网与控制管理4.1 模-数结合模式模-数结合的建筑群间或小型区域性安防系统组网模式一般采用星型拓扑结构，在各建筑或几个的建筑间设一个传输控制节点，可以采用矩阵级联也可采用硬盘录像机通过IP网络联网，目前大多数采用后者。硬盘录像机既可用于图像存储也可替代矩阵的作用进行图像调阅、前端云台、镜头控制；报警接入与联动控制记录。监控中心主要采用矩阵进行图像调用、显示切换等，具有操作简便，控制灵活的特点。网上浏览控制，一般也利用DVR接入IP网实现。由于DVR功能多，受单机CPU处理能力限制，并发能力低，在实时多人同时调阅时，容易死机。DVR图像存储量低，采用D1格式每台最多存储16路，一般以8路为宜，8路D1格式24小时/30天需4T容量。高清视频的存储则不再采用DVR，转而采用DVS(数字视频服务器)+磁盘阵列或网络存储模式。模-数结合的安防系统，如采用矩阵级联模式的监控网络的联网控制和管理比较困难。由于是模-数结合的异构系统，因此联网比较复杂和困难，不能全面实现自动化的运营维护与管理。4.2 全数字模式4.2.1 组网的拓扑结构选择对于全数字模式的安防系统组网模式，无论是TDM-MPLS（时分复用-多业务传输交换平台）还是IP网，组网的拓扑结构非常灵活可以有多种结构，如星型、环型、树型、双链型、网型，以及相关组合。用得最多的是前三种及其组合，而建筑群间和区域性系统的组网的拓扑结构，也如此。它们具有不同的特点，能满足不同的应用需求。a) 星型结构：连接距离短，传输延时小、响应快，但存在的主要问题是单点故障影响大，尤其是中心设备或线路发生故障时，会引起部分或全网瘫痪，同时网络中心作为流量的汇集点，易成为信息传输的瓶颈。投资成本低，是目前建筑群间和小型区域性系统较多选择的方案。b) 环形结构：可靠性高，单点故障影响小，系统有自愈功能，传输延时较大。网络可拓展性强，易与其它拓扑结构组合。但由于其初期基础线路投资较高，因此多用于今后扩容需求较大的地方。c) 树型结构：网络有两级以上的汇集或中心，其优缺点介于上述二者之间，是目前安防网络中应用最广的方式。4.2.2联网控制与管理i. 联网控制视频监控图像系统的联网控制管理需要实现各级监控系统之间的无缝链接与集成，应不受网络条件限制，不存在单点扩散性故障，单个链路损坏不影响其它系统节点，每一级视频监控系统均可实现局部自治的特性。任何局部故障不影响整体系统的正常工作，当上级平台出现故障，下级单位仍可继续工作。联网控制管理平台的联网控制应具有以下特点：l 平台需基于模块化结构设计，实现各功能单元的集成，支持多级级联，能实现对各种异构架监控系统融合集成l 系统能对不同网络结构、不同通信模式、不同信息处理方式的媒体信息实现快速一点通式链接l 支持任意的拓扑连接结构，直观的拓扑结构显示，自动路由功能，用户分级控制功能l 支持端口切换、控制、设置、分组控制、预案控制和多种画面显示功能l 支持各子系统之间的跨系统联动集成，包括图像与应急指挥、图像与报警系统等联动l 支持硬、软键盘操作控制模式ii. 网络管理安防系统网络管理主要内容是实现：用户的注册、认证、权限管理；设备资源和图像资源的资源管理；包括系统配置、状态监控、备份恢复、日志管理、性能管理、故障管理等等的系统管理；对视频图像浏览显示方式和云台镜头控制模式的管理；视频图像的存储、回放与分发等管理；系统安全管理。在视频监控系统网络管理中最需特别关注的是用户的权限管理、视频图像的存储、回放与分发等管理和系统安全管理。视频监控系统网络管理技术相对成熟，需要注意的是结合实际应用对软件模块进行组合与调整。5、 结语全数字化的安防系统建设发展迅速，高清数字引人注目，商业宣传中大有全面代替模-数结合乃至标清数字视频的各种宣传。我认为在系统建设中尚需保持一份清醒，按照满足应用、适度超前、按需设置的理性原则