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驿路风情酒店 网络高清视频监控系统
2017-06-05 12:37
文章附图

标准化解决方案


 1

第1章 总体概述3

1.1 设计背景3

1.2 现状分析3

1.3 需求说明4

1.4 设计原则4

1.5 设计依据4

第2章 系统总体设计5

2.1 设计目标5

2.2 设计思路5

2.3 总体结构设计6

2.31适用场景描述7

2.3.1 路面固定点监控7

2.3.2 出入口监控7

2.3.3 室内监控7

3 监控传输网络设计8

3.1 概述8

3.2 设计要求8

3.3.1网络IP地址规划9

3.3.3 VLAN规划10

3.3.4 路由总体规划11

3.3.5 网络传输带宽要求11

总体概述

设计背景

从模拟到网络、从标清到高清,随着安防监控技术的不断发展,用户对监控系统的要求越来越高。目前为了解决监控系统的视频图像分辨率低、存储可靠性差、视频上墙显示复杂及系统管理性差等方面的问题,海康威视从系统的先进性、可靠性、实用性等方面出发,推出了一套集前端采集、后端存储、上墙显示及应用管理于一体的网络高清视频监控系统标准化解决方案。

现状分析

随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展,视频监控技术也有长足的发展,从最早模拟监控到数字监控再到现在方兴未艾网络视频监控,发生了翻天覆地变化。目前视频监控系统在应用中主要存在如下问题:

系统管理性差、功能应用少:系统很难实现对设备的集中管理,较少有系统管理平台或者现有管理平台的管理性不强、功能少,多局限于视频的预览、回放等基础功能,不能对系统设备进行远程参数配置、状态检测、用户权限管理等。

视频清晰度低、图像质量差:现有的视频监控资源多数是以标清图像为主,整体视频图像质量差,只能解决“看得见”,无法实现“看得清”,降低了视频资源的使用价值。

系统组网性不强:模拟监控系统的组网和应用受地域限制的影响较大,管理性和资源共享性较差;另外系统的扩展性和灵活性较差,不利于远距离传输。

视频码流大、画面不流畅:用户在预览视频图像时,会经常出现卡、顿等现象,尤其是视频码流高、网络环境差的系统,严重影响用户的业务应用。

录像占用空间高、检索效率低:视频图像占用存储空间大,存储成本较高;且录像易丢失,经常查找不到,困扰用户。

系统维护不方便、故障响应不及时:系统缺乏对前端设备故障的自动侦测与预警前端摄像机损坏很长时间也未及时发现

需求说明

系统应达到高清视频的采集、传输、存储、显示;

系统需全IP化,从而实现灵活组网,便捷管理;

降低视频码率,提高视频预览的效果;

系统应具备灵活、可靠的存储方式;

设计原则

本系统以“先进性、可靠性、实用性、经济性、扩展性”为基本原则,具体如下:

先进性:采用成熟、主流的设备构建系统,系统建设充分利用当前最新视音频、数据、网络等技术,充分兼顾需求和技术的不断变化,建设业内领先的高清视频监控系统。

可靠性:系统硬件采用电信级的服务器及专业设备,对关键设备采取冗余备份措施,软件采用模块化、分层隔离的设计思想,确保整个系统长期稳定运行。

实用性系统的设计突出应用,以现实需求为导向,以有效应用为核心,以技术建设与工作机制的同步协调为保障,确保系统能有效服务于用户的工作需要

经济性:系统整体配置性能高,价格合理,建设成本和投入较低,同时方案考虑原有监控系统的利旧。

扩展性:系统采用业界主流的硬件设备,提供标准的协议,具有良好的兼容性和通用的软硬件接口,可以全面兼容主流厂商的设备,并能为其他系统提供接口

设计依据

《视频安防监控系统技术要求》(GA/T367-2001)

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB50198-2011)

《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》(GA/T 670-2006)

《安全防范工程技术规范》GB50348-2004

《信息技术 安全技术 IT网络安全》GB/T25068

系统总体设计

设计目标

系统采用高清视频监控技术,实现视频图像信息的高清采集、高清编码、高清传输、高清存储、高清显示;系统基于IP网络传输技术,提供视频质量诊断等智能分析技术,实现全网调度、管理及智能化应用,为用户提供一套“高清化、网络化、智能化”的视频图像监控系统,满足用户在视频图像业务应用中日益迫切的需求。本方案主要实现以下目标:

实现系统高清化与网络化:本方案以建设全高清监控系统为目标,为用户提供更清晰的图像细节,让视频监控变得更有使用价值;同时以建设全IP监控系统为目标,让用户可通过网络中的任何一台电脑来观看、录制和管理实时的视频信息,且系统组网便利,结构简单,新增监控点或客户端都非常方便。

系统具备以下特征:

系统具备高可靠性、高开放性的特征:通过采用业内成熟、主流的设备来提高系统可靠性,尤其是录像存储的稳定性,另外系统可接入其他厂家的摄像机、编码器、控制器等设备,能与其他厂家的平台无缝对接;

具备高智能化、低码流的特征:运用智能分析、带有智能功能的摄像机等提高系统智能化水平,同时通过先进的编码技术降低视频码流,减少存储成本和网络成本,减弱对网络的依赖性,提高视频预览的流畅度;

具备快速部署、及时维护的特征:通过采用高集成化、模块化设计的设备提高系统部署效率,减少系统调试周期,系统能及时发现前端监控系统的故障并及时告警,快速相应;

具备高度整合、充分利旧的特征:新建系统能与原有系统高度整合、无缝对接,能充分利用原有监控资源,避免前期投资的浪费。

设计思路

本方案的总体设计思路如下:

前端设备均采用高清IPC,从而实现高清视频采集,同时为满足前端多种应用场景的不同需求,推荐不同类型、不同功能的IPC;

采用NVR存储模式对实时视频进行存储;

建立统一的视频信息管理应用平台,实现对系统的统一管理;同时引入视频质量诊断技术,保障系统稳定运行;

总体结构设计

前端部分:前端支持多种类型的摄像机接入,本方案配置720P高清网络枪机、球机等,前端网络摄像机将采集的模拟信号转换成网络数字信号,按照标准的音视频编码格式及标准的通信协议,可直接接入网络并进行视频图像的传输。

监控中心部分:监控中心采用NVR将高清视频图像进行存储,解决数据落地问题;系统可将模拟摄像机、网络摄像机和数字摄像机都接入到视频综合平台,实现统一的管理平台、统一的切换控制系统和统一的显示系统,实现对整个系统的统一配置和管理。

传输设备及线缆

前端监控系统中,视频信号的传输是整个系统非常重要的一环,关系到整个监控系统的图像质量和使用效果,因此要选择经济、合理的传输方式。目前,在监控系统中最常用的传输介质是同轴电缆、双绞线、光纤等方式,本方案前端系统以高清网络摄像机为主,大部分为网络传输方式,但是对于不同场合、不同的传输距离,应选择不同的传输方式。

网络双绞线传输

从前端摄像机到接入交换机距离不超过100m的情况下,使用网络双绞线(下面简称网线)来传输,这种传输方式的优点是线缆和设备价格便宜。


方案根据几种典型的前端应用场景,明确相应场景的前端设备选型说明,达到最优的视频监控效果,具体内容见以下章节。

主要应用场景

路面固定点的监控场景主要是固定的、小范围的,如监控区域内主干道上的路段和路口、停车场、大楼门口、外围周界、重点监控区域等固定监控场景。实际选型中,根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。

出入口监控

主要应用场景

出入口监控场景主要是一些出入口,如大楼、超市、娱乐场所等出入口。实际选型中,根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。

室内监控

主要应用场景

室内监控的主要应用场景包括以下几种:楼道、电梯、走廊、大厅、办公区、重要房间、库房、地下室等。实际选型中,根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。


 驿路风情酒店网络高清视频监控系统位置分布表



序号
摄像型号
参数
位置
1
KA998
720P 50米红外枪机
小区大门口
2
KA998
720P 50米红外枪机
消防一通道
3
KA968
720P 40米红外半球
大门
4
KA968
720P 40米红外半球
电梯口
5
KA968
720P 40米红外半球
大厅
6
KA968
720P 40米红外半球
前台
7
KA968
720P 40米红外半球
茶楼
8
KA968
720P 40米红外半球
茶楼前台
9
KA968
720P 40米红外半球
二楼电梯
10
KA968
720P 40米红外半球
通道
11
KA968
720P 40米红外半球
房间通道
12
KA968
720P 40米红外半球
房间通道
13
KA968
720P 40米红外半球
房间通道
14
KA968
720P 40米红外半球
房间通道
15
KA968
720P 40米红外半球
消防二通道
16
KA968
720P 40米红外半球
消防三通道


监控传输网络设计

概述

网络的整体设计不仅关系到整个网络系统的性能,还涉及到未来网络系统如何有效地与新技术接轨以及系统的平滑升级等问题。本系统立足于满足高清视频接入、转发、存储、解码等需求,同时选择适合的有发展前途的网络技术,充分满足未来五年监控系统业务的需求。因此首先对监控系统网络的建网思路做一个整体规划,监控网络系统应考虑如下几个方面:

采用新一代、主流网络技术来设计监控网络,新一代网络技术往往能提供更高的性能,而且有更长的产品生命周期,便于维护。

传统的设计方法是按核心层、接入层分级设计,但是随着网络管理技术的进步和发展,网络设计向扁平型方向发展。

监控网络需要按照模块化、结构化的原则设计,便于今后扩充和升级。

针对网络的安全隐患,系统应通过多种安全措施保障系统的安全。

设计要求

网络传输协议要求

系统网络层应支持 IP 协议,传输层应支持TCP 和UDP 协议。

媒体传输协议要求

视音频流在基于IP的网络上传输时应支持RTP/RTCP协议; 视音频流的数据封装格式应符合标准要求。

信息传输延迟时间

当信息(包括视音频信息、控制信息及报警信息等)经由 IP 网络传输时,端到端的信息延迟时间(包括发送端信息采集、编码、网络传输、信息接收端解码、显示等过程所经历的时间)应满足要求: 前端设备与信号直接接入的监控中心相应设备间端到端的信息延迟时间应不大于2s

前端设备与用户终端设备间端到端的信息延迟时间应不大于4s

网络传输带宽

联网系统网络带宽设计应能满足前端设备接入监控中心、监控中心互联、用户终端接入监控中心的带宽要求,并留有余量。

网络传输质量

联网系统 IP 网络的传输质量(如传输时延、包丢失率、包误差率、虚假包率等)应符合如下要求:

网络时延上限值为 400ms

时延抖动上限值为 50ms

丢包率上限值为10-3

包误差率上限值为10-4

二级网络结构设计图

网络IP地址规划

IP地址的合理分配是保证网络顺利运行和网络资源有效利用的关键,要充分考虑到地址空间的合理使用,保证实现最佳的网络地址分配及业务流量的均匀分布。

IP地址空间的分配与合理使用与网络拓扑结构、网络组织及路由有非常密切的关系,将对网络的可用性、可靠性与有效性产生显著影响。因此在对网络IP地址进行规划建设的同时,应充分考虑本地网对IP地址的需求,以满足未来业务发展对IP地址的需求。

IP地址规划原则:

唯一性:一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址;这就需要选择一个足够大的IP地址范围,不但能够满足现有的需要,同时能够满足未来网络的扩展。两个不同网络互联时应避免使用同一网段IP地址,以免造成IP地址冲突。

简单性:地址分配应简单易于管理,降低网络扩展的复杂性,简化路由表项。

连续性:连续地址在层次结构网络中易于进行路径叠合,大大缩减路由表,提高路由算法的效率;IP地址分配既要考虑到扩充,又要能做到连续。

可扩展性:地址分配在每一层次上都要留有余量,在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性。

灵活性:地址分配应具有灵活性,以满足多种路由策略的优化,充分利用地址空间。

VLAN规划

VLAN就是虚拟局域网,随着视频专网中用户和终端设备大规模接入,网络广播的流量呈几何级数量增多,通过VLAN技术,把一定规模的用户和终端归纳到一个广播播域当中,从而限制视频专网的广播流量,提高带宽利用率。

每一个VLAN在数据转发时,可以二层和三层方式实现数据转发 ,二层VLAN 技术能将一组用户归纳到一个广播域当中,从而限制广播流量,提高带宽利用率。三层VLAN 是基于IP协议,一组用户归纳到一个网段内,通过网关与别的组进行交换。

在网络用户VLAN规划方面,一般可根据视频用户、前端设备、后台设备等所属的部门,以及具体的网络应用权限来划分。在具体VLAN规划中,应合理规划每一个VLAN中实际用户数量。

一般规划VLAN资源参考如下几个做法:

VLAN1在所有设备上不启用三层接口地址,不使用VLAN1承载实际业务或者作为网管VLAN。

全网每台设备的网管VLAN可以使用同一个,方便设备预配置与日常管理。

我们一般建议按照每个区域进行VLAN资源的划分,所有IPC使用的VLAN均遵从所在区域的VLAN规划。

尽管在不同的汇聚设备上使用相同的VLAN并不冲突,但是不允许这样的做法,会对后期的维护和故障的排除造成很大的困难。

如果建设网络所使用的设备不能直接在端口上配置互联用的IP地址,需要绑定相应的VLAN的话,还需要单独划分出来一大段VLAN资源用于设备互联,强烈建议全网设备互联用VLAN按照链路去划分,每条链路使用一个互联VLAN。

路由总体规划

路由分为静态路由和动态路由,根据项目实际情况进行选择。

静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。除非网络管理员干预,否则静态路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变作出反映,一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中,静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时,以静态路由为准。

动态路由是网络中的路由器之间相互通信,传递路由信息,利用收到的路由信息更新路由器表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。其中最常用的动态路由是OSPF (Open Shortest Path First开放式最短路径优先协议。

网络传输带宽要求

考虑到网络传输过程及其它应用的开销,链路的可用带宽理论值为链路带宽的80%左右,为保障视频图像的高质量传输,带宽使用时建议采用轻载设计,轻载带宽上限控制在链路带宽的50%以内

核心层交换机到接入交换机的网络采用光模块来传输,带宽达到千兆以上,原有带宽未达到要求的,增加带宽;

传输设备如光纤收发器到接入交换机之间的带宽建议达到百兆;

传输设备如光纤收发器之间的传输带宽建议达到百兆;

结合项目实际需求,网络带宽规划可做相应调整。

网络可靠性设计

网络的可靠性是为了保证视频在传输过程中,重要环节在出现设备损坏或失败时,还能够保证正常传输。网络可靠性主要可从传输链路可靠性、网络设备可靠性两个方面进行设计。

传输链路可靠性

传输链路的可靠性一般通过链路聚合技术来进行保障。链路聚合设计增加了网络的复杂性,但是提高了网络的可靠性,使关键线路上实现了冗余功能。除此之外,链路聚合还可以实现负载均衡。

网络设备可靠性

网络设备的可靠性主要通过关键部件冗余备份、设备冗余备份、传输告警抑制和快速链路故障检测来进行保障。

关键部件冗余备份是指网络设备提供主控、电源等关键部件的1+1冗余备份;另外系统各单板及电源、风扇模块均具有热插拔功能。这些设计使得设备或网络出现严重异常时,系统能够快速地恢复和作出反应,从而提高系统的平均无故障运行时间,尽可能地降低不可靠因素对正常业务的影响。

设备冗余备份是指通过双机虚拟化或虚拟路由器冗余协议等方式实现网络设备的冗余备份。一旦出现设备不可用的情况,可提供动态的故障转移机制,允许网络系统继续正常工作。

传输告警抑制是指对告警进行过滤和抑制,避免网络频繁振荡,因为当接口启动快速检测功能后,告警信息上报速度加快,会引起接口的物理层状态频繁在UpDown之间切换。

快速链路故障检测是一套全网统一的检测机制,用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发连通状况。

网络安全性设计

网络安全性方面是保护网络系统中的软件、硬件及数据信息资源,使之免受偶然或恶意的破坏、篡改和泄露,保证网络系统的正常运行、网络服务的不中断。网络安全性设计主要有结构安全、访问控制、安全审计、边界完整性检查、入侵防范和网络设备防护这几方面的内容。

网络管理规划

网络管理主要是从网络监控管理、应急操作管理和日常维护管理三个方面对网络管理规划进行简要说明:

1)网络监控管理

网络系统监控主要是通过网管系统统一进行信息采集和事件呈现,配合网络系统进行实施。

2)应急操作管理

应急操作管理主要是通过固定的操作流程,通过对故障设备进行主备切换、脱网隔离和旁路等方式快速恢复网络系统的连通性。

3)日常维护管理

日常维护管理主要包括故障诊断、配置和设备操作等内容,指导网络运维人员的日常维护管理工作。

设备选型说明

网络交换机选型主要分为盒式交换机和框式交换机,框式交换机比较适合核心层/汇聚层使用。选型可参考内容如下:

1)设备性能

主要是参考选型设备自身的参数,参数值(背板带宽、交换机容量、包转发率等参数)越大性能越高。

2)端口支持

主要是参考选型设备端口数量和端口类型的匹配,例如:

电口选择主要有GE、FE;

光口选择主要有GE、10GE;端口类型有LC、SFP、SFP+、XFP等;

端口数量有4口、8口、12口、24口、48口以及更多。

3)交换机级别

二层交换机、三层交换机或高性能路由交换机(框式交换机)。

4)功能性方面

环网保护技术、IP路由支持、组播、MPLS、虚拟化、QOS、配置与维护、安全与管理、增值业务能力等结合实际需求进行综合考虑

5)扩展性方面

盒式交换机低于框式交换机,扩展能力有限,具体可查看相关设备的官网数据。

6)可靠性

主要是参考选型设备是否支持双电源、双引擎、协议可靠性方面。

7)成本原则

主要是参考选型设备一般是功能越多、性能越好、扩展性越强的的交换机成本会越高。

NVR存储设计

存储结构设计

本方案存储系统采用NVR模式,其中IPC不与平台直接对接,而是先接入NVR,再通过NVR接入平台。IPC与NVR之间实现了直接对接,而直接对接模式一般采用底层协议而非SDK方式,更有利于提高接入效率。NVR直接获取IPC的音视频直接存在本机上,实现视频直存。

网络功能

网络应用:设备支持双千兆网卡,支持网络容错、负载均衡和多址设定三种工作模式,两张网卡可配置不同网段IP地址,实现双网隔离,节约专网IP地址。

网络检测:设备支持网络流量监控、网络抓包和网络资源统计能等功能,实时监控当前网络输入和输出的使用情况。

网络协议:设备除支持TCP/IP协议簇,实现远程访问外,还支持IPv6、UPnP(即插即用)、SNMP(简单网络管理)、HTTPS(HTTP安全版)、NTP(网络校时)、SADP(自动搜索IP地址)、SMTP(邮件服务)、NFS(NAS网盘)、iSCSI(IP SAN网盘)、PPPoE(拨号上网)等多种协议。

录像/抓图和回放

编码参数配置:设备支持前端网络设备的管理,可配置相机分辨率、码率、帧率等编码参数,且支持主码流(定时)和主码流(事件)两套编码参数参数录像。

录像/抓图类型:设备支持手动录像/抓图、定时录像/抓图、移动侦测录像/抓图、报警录像/抓图、动测和报警录像/抓图、动测或报警录像/抓图、假日录像/抓图等多种录像/抓图方式,每天可设定8个录像时间段,不同时间段的录像触发模式可独立设置,抓图时间间隔可选。

录像搜索:设备支持按通道号、录像类型、文件类型、起止时间、标签等条件进行录像资料的检索;支持按照人脸检测、区域入侵、越界侦测、虚焦侦测场景侦测、音频侦测等智能侦测类型进行录像检索;支持智能码流存储和智能事件后检索,用户可自定义区域入侵、穿越警戒面等智能规则进行录像的后检索。

录像/图片回放:设备支持快速回放、常规回放、事件回放、标签回放、日志回放、图片回放等多种回放方式;支持智能浓缩播放,有事件关键视频以1X速度播放没有事件发生的视频则快速播放回放时可进行快放、慢放、倒放、单帧播放、前跳30s、后跳30s、上一文件、下一文件、电子放大等操作。

同步回放:设备支持同步回放,最多支持16路720p同步回放。

录像/图片备份:设备支持本地录像/图片备份,可通过USB接口外接U盘、移动硬盘和USB刻录机等进行备份,也可通过eSATA接口外接硬盘进行备份。

远程视频监控

远程预览:设备支持IE或4200客户端远程登录设备进行预览,最大支持128路网络视频同时访问。

双码流:设备支持远程主码流和子码流双码流访问,在网络带宽不足的情况下,可用主码流存储高清录像,子码流实时预览监控。

远程回放:设备支持远程搜索、回放、下载、锁定及解锁录像文件

远程操作:设备支持远程获取和配置参数、配置录像/抓图计划、远程PTZ控制、远程JPEG抓图;支持远程格式化硬盘、升级程序、重启、关机等系统维护操作;支持获取设备运行状态、系统日志及报警状态等信息。

语音对讲:设备支持语音对讲功能,可实现客户端与设备之间的语音通信。

SAN组网

组网架构

该组网模式下,海康威视存储系统通过标准的iSCSI协议(FCP协议)或NAS功能对外提供存储服务。存储空间直接挂载在存储服务器或应用服务器上,上层应用和原来一样直接访问存储服务器或者应用服务器。该模式适用于视频数据存储系统和业务数据存储系统。

基本组成单元

存储系统、存储(应用)服务器、千兆交换机(或光纤交换机)

主要特点

集中存储,统一管理:采用中心集中存储模式,前端视频资源集中存储,系统资源统一管理;

同时提供SAN和NAS:SAN提供高性能块级数据访问,NAS兼容多种文件存储协议,满足异构环境下文件共享需求;

兼容性好:存储设备通过标准的存储协议与第三方服务器、平台实现连接;

扩展便利:可实现LUN卷、RAID空间和整机设备的在线扩容,扩容过程不影响原系统应用;

带宽预留功能:实现任一个客户端到存储的带宽预留,优化带宽竞争时的系统性能;

多设备统一管理:提供集中管理监控软件,可以统一管理和监测多台设备。

存储容量计算

单个通道24小时存储1天的计算公式∑(GB)=码流大小(Mbps)÷8×3600秒×24小时×1天÷1024。

高清130万格式

2Mbps码流计算,存放1天的数据总容量 2Mbps÷8× 3600秒×24小时 ×(1天)÷1024=21.1GB。

30天需要的容量∑(GB)=21.1GB×30天=633GB

16个高清130万通道为例:

16个通道的容量∑(TB)=633×16÷1024=10

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