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IP和高清时代的视频监控管理平台


原创    CPS中安网    佚名   2011-02-12

IP和高清时代的视频监控管理平台

      视频监控与管理平台的发展和现状


视频监控系统在我国大致经历了模拟监控、数字监控及IP(网络) 监控三个主要阶段。模拟监控由于在图像质量和监控范围上存在着局限性,市场份额有较大的萎缩;数字监控作为第二代监控技术,在图像质量、视频数据存储时间以及可靠性等方面有较大提升,目前已经被大量部署于金融、商业、教育等各行各业中;近年来,随着“平安城市”等项目在全国范围的开展和深入,对视频监控覆盖范围、监控点数、视频存储路数以及网络传输能力等的要求不断提升,网络监控正成为视频监控市场发展的主流方向。随着网络监控的发展以及百万像素摄像机和高性能编解码器出现,高清监控也成为行业发展趋势。高清监控的应用反过来又促进了网络监控的发展,视频监控正朝着网络化和高清化的方向发展。


在模拟监控和数字监控阶段,监控管理平台并不受到重视,它一般是作为DVS和DVR等产品的附属功能赠送给用户。随着监控系统应用规模的扩大和业务模式的复杂,在网络监控时代,监控管理平台却扮演着越来越重要的角色,成为了安防系统的核心。从应用规模来看,以往的监控系统通常仅有几十个或者几百个监控点。而网络监控项目中系统规模却可能非常大,如“平安城市”项目就需要实现一个城市的关键视频监控信息的联网覆盖,甚至是多个城市之间的视频信息共享以及向上级系统的汇报。视频监控系统呈现出强大的联网需求,上万甚至是数万个监控点之间的联网对监控管理平台提出了很高的要求。从业务模式来看,以往监控系统建设主要目的是安全防范,但现在不少客户越来越重视管理和业务方面的需求。比如政府建设的“平安城市”项目,不仅仅希翼系统为公安提供破案的依据,还希翼应用于政府的应急指挥、抢险救灾、环保部门的排污检测等多种业务。监控系统在保障人们安全的同时,越来越多地满足各行各业的业务需求。这种复杂的业务需求,对监控管理平台也提出了很高的要求。


随着网络监控管理平台重要性的提高,国内的标准化组织和电信运营商开始制订监控平台的技术标准,引导和规范监控管理平台设计和开发。如SAC/TC100的安全防范系列技术标准,中国通信标准化协会(CCSA)视频监控系列标准,中国电信的“全球眼”视频监控规范,原中国网通的“宽世界”视频监控规范和原中国联通的视频监控系列规范等等。这些标准的制定对于监控管理平台的设计和开发起了积极推动作用。


监控管理平台的功能


网络视频监控系统被应用于各个行业时会有不同的业务功能,这里只是谈谈监控管理平台的基本通用功能。这些功能一般包括用户管理、设备管理、业务管理、故障管理、性能管理和系统管理等。


用户管理包括添加、删除、修改和查询用户,对用户进行认证和权限控制等;设备管理包括添加、删除、修改和查询前端设备(如IP摄像机,报警主机等)与平台设备(流媒体服务器、存储服务器等),设备参数配置等;业务管理主要是对监控系统提供的业务进行管理,包括对实时视频监控、云镜控制、视频存储和回放、报警联动等业务管理;故障管理包括对系统各类设备(包括前端设备和平台服务器设备)的故障检测、上报等,比如设备的断线、服务器设备的倒换等;性能管理主要是进行性能监测,及时了解监控系统平台各服务器负载情况(如CPU和内存的使用情况等)和实现性能统计功能;系统管理功能主要包括系统日志、数据的备份和恢复等。

  监控管理平台的设计原则

如前所述,随着监控系统应用规模的扩大和业务模式的复杂,对网络监控管理平台提出了很高的要求。监控管理平台无论从功能上还是技术上都越来越复杂,需要考虑的问题也非常多,比如高清监控中如何高效地实现海量数据的存储和查询等。这里只是抛砖引玉,提出监控管理平台设计需考虑的一些基本性原则。

多样性和通用性

监控系统应用在不同行业(如银行、交通、环保、零售等)时,每个行业都会有其特定的需求。因此监控系统的业务功能是非常多样化的,也正是业务的多样性使安防行业充满活力。然而对于监控管理平台的设计者来说,却希翼设计一个通用平台来满足不同行业的基础需求,进而提供个性化解决方案。实践表明这种想法不太实现,但这也不表明进行平台的通用性设计是行不通的。

解决方案之一可以考虑设计通用的基础管理平台,它包含监控系统的共性功能,如实时监控中的会话管理、云镜控制、视频存储和回放等功能。然后再在这个基础管理平台上进行行业功能的开发,为不同的行业提供不同的管理平台。这就类似于通信系统中的基本业务和增值业务之间关系。

同时在监控管理平台本身的设计上可以借鉴IMS/NGN通信系统中分层的设计思路来满足多样性和通用性需求。软交换通信系统中主要的设计思想是:业务和控制分离,控制和承载分离。视频监控系统从某种意义上来看也可以被当作一个视频通信系统(当然视频监控系统有其自身特点),可以分成业务层、控制层和承载层,各层之间进行分离设计。不同行业的业务需求放在业务层上实现,控制层实现会话控制,承载层实现媒体的传输,各层之间的功能尽量独立。这样共性的东西在控制层和承载层实现,各行业复杂的业务需求通过设计和修改业务层的业务逻辑来满足。

开放性和标准化

监控管理平台设计时要考虑开放性。一方面目前各个业务系统的融合是大趋势,监控系统和其他业务系统之间(比如IPTV,视频会议,应急指挥系统等)也有广泛的融合需求;另一方面,在一个行业或者一个城市中可能存在不同的视频监控系统,在这些不同的监控系统中有互联互通的要求;最后,在同一视频监控系统中,可能存在不同厂商的设备,如中星电子等厂商的DVS、DVR等,这些设备都需要能够接入到监控管理平台中来。这些需求都要求监控管理平台有开放性设计。

开放性设计最好的思路是标准化,包括信令的标准化和媒体的标准化。比如设计时会话控制信令采用标准的SIP信令,媒体压缩格式采用AVS或者H264等标准。由于历史原因,监控系统中标准化做得并不理想,实际设计时需要使用转换网关。有别于原有的H.264、AVS等标准,SVAC(Surveillance Video and Audio Coding Specification,安全防范监控数字视音频编解码技术要求)在音视频内容高保真、支撑多分辨率编码、满足监控特殊应用、音视频内容保护等方面加以特别考虑,能够满足视频监控系统中特殊的应用需求。SVAC(Surveillance Video and Audio Coding Specification,安全防范监控数字视音频编解码技术要求)是公安部与工信部的倡导下,以北京中星微电子有限企业为组长单位成立的标准编制工作组制定的。SVAC(Surveillance Video and Audio Coding Specification,安全防范监控数字视音频编解码技术要求)所具备的独创性和自主常识产权不仅能填补国内外安防行业音视频监控标准的空白,还将推动极大的推动产业链中各环节的厂商立足于自身的发展优势,率先在全球市场取得领先地位和话语权。

安全性

作为一种关键的业务系统,在监控管理平台设计时需要充分考虑安全性。总的来说,各种安全都是通过一定代价获取的,在得到一定安全的同时会损失另一部分利益,比如易用性等等。业务系统需要根据自身要求来制定相应安全策略。

安全是一个比较广泛的话题,安全考虑有不同的层面。比如制定严格的安全制度保证系统的安全,考虑各种设备(前端设备、服务器设备)的物理安全,承载网的安全等等。从监控管理系统本身来说,在进行安全性设计需要考虑系统安全、信令安全、数据安全、网络安全等。系统安全设计时可以采用安全性较高的操作系统,采用一定的冗余备份方案,设计合理的系统安全访问机制等。在监控管理平台中可能使用到HTTP、SIP、RTSP等信令,在信令安全设计中可以考虑采用Http Digest认证,采用TLS /SSL 模式加密整个信令通信过程等方式。监控管理平台中存在大量数据,包括视频数据、用户数据等等,可以考虑数据加密方式保证数据的安全。对于网络安全,可以在承载网络上采用传输层的机制保证网络传输的安全性(例如利用VPN、VLAN等机制隔离视频监控流量和其他流量)。在特殊行业中,可采用网闸保障网络之间的隔离。

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可靠性

不同行业,不同的应用场景对监控管理平台可靠性要求是不一致的。比如民用、军用或者商用等对监控管理平台的可靠性要求显然不一致。本文考虑电信运营级监控管理平台的可靠性。电信运营级的系统可靠性要求比较高,一般要求满足一年365天保证7×24小时稳定可靠运行,并能在不影响系统运转的情况下做到模块在线测试、更新、加载,同时系统要具有较强的容错能力和良好的恢复能力。

监控管理平台的可靠性设计可以从多个方面考虑。比如对平台服务器选用可靠性高的操作系统UNIX,LINUX等;对于重要的平台服务器采用Cluster,HA技术进行冗余备份;也可以考虑设计服务器之间的负载均衡,当某台服务器宕机后,其余正常工作服务器能马上接管业务;对于可靠性要求高的行业还需要考虑地理上的容灾设计。

扩展性

对于监控管理平台来说,扩展性可以有不同的理解,本文主要从监控管理平台的规模上来理解。监控管理平台应用在不同的行业,不同行业的应用规模有所不同。即使同一行业或者项目,系统的规模也可能发生变化。比如一个校园监控系统可能有上百个监控点,但是一个平安城市项目中管理平台可能管理上万个监控点。因此监控管理平台在设计时需要考虑如何方便地扩展系统规模,比如采用合适负载均衡技术,线性增加或减少平台服务器或者硬件设备来满足系统规模的变化等。

兼容性

兼容性也是监控管理平台设计时需要考虑的。一方面,对于已经拥有监控系统的客户,每新建一个监控管理平台,用户一般都会要求能将原有已建设的监控点接入管理平台以节约投资。另一方面对于监控管理平台的App升级需要有预见性。在监控管理平台设计时,需要考虑不同App版本的兼容性,比如升版时如何最小程度影响终端用户的使用。

运维方便性

随着安防产业的发展,监控系统的运营模式也可能发生相应的变化。以往用户自建一套监控系统并自行维护与管理。现在,随着通信运营商进入了安防行业,监控系统建设主要由运营商来完成,运营商提供安防监控或报警业务给最终用户。目前也有一些报警业务供应商提供类似的服务,如日本西科姆企业。这种业务或者运营模式的变化要求监控管理平台设计时考虑运营和维护方便性。运营上监控管理平台需要考虑用户的开户、销户、计费,统计报表等功能;维护方便性上需要考虑设备管理(比如有故障及时上报)、系统运行状态的监控、系统能平滑升级扩容、系统安装配置简单等。

经济性

一个好的系统需要考虑成本。目前用户对监控系统的App部分投入比较少,因此更需要考虑监控管理平台的经济性。监控管理平台的开发主要涉及硬件、App和人力成本等。对硬件来说,监控管理平台可通过设计在不同的硬件上运行,比如PC Server、小型机或者专用的硬件设备上。对App来说,涉及操作系统、中间件、数据库等。监控管理平台作为一个上层应用系统,可设计成支撑运行在不同操作系统(如Solaris,Redhat Linux, Suse Linux等)与不同中间件之上(如Tomcat,Websphere等),同时支撑不同的数据库(如Oracle,Mysql等)。这样就可以方便地根据用户的投资和要求选择合适的硬件和App,降低监控管理平台的成本。

  监控管理平台的设计模型

网络视频监控管理平台有不同的设计思路,在一些标准和规范中有相应的描述和要求。这里列出一种设计模型供参考,主要采用模块化、分层化的设计思想。

 图 1 监控管理平台设计模型

监控管理平台从逻辑功能上分成两部分:业务系统部分和运营支撑部分。业务系统部分实现监控管理平台的业务功能,如视频监控、云镜控制、视频存储和回放、报警业务和各行业特殊的业务功能等;运营支撑部分实现这个系统的运营支撑功能,如用户的开销户和网管等功能等。

对于业务系统部分可以借鉴通信系统中软交换的思想,采取分层的设计逻辑:将业务系统分成接入层、媒体处理层、控制层和应用层。接入层完成客户端设备(包括客户端、电视墙、移动终端等)和前端设备(IP摄像机、DVS、DVR、各类传感器和数据采集设备等)的接入。同时接入层需要完成私网穿越、差异性屏蔽以及一些信令和媒体转换等功能。接入层的设计可能比较复杂,通过接入层接入到监控管理平台后使用统一接口和信令进行交互;媒体处理层在控制层的控制下完成媒体相关的处理,比如媒体传输、视频存储等。控制层完成会话的控制,比如SIP会话控制、RTSP会话控制等;应用层完成各种管理功能(比如用户管理、存储管理、告警管理等等)和各类业务逻辑。可以使用不同应用服务器完成不同行业的业务功能。

结束语

本文主要讨论视频监控系统中的管理平台,包括管理平台的现状、功能、设计原则和设计模型。随着国内安防行业的发展,视频监控向着网络化、高清化、智能化的趋势前进,市场对优秀监控管理平台的产品需求越来越强烈。国内一些专业企业也投入相当的研发力量进行研究和开发,提供运营商级的平台产品,比如中星电子的ViSS平台。然而监控管理平台产品和技术发展时间还比较短,和其他行业(如通信行业)类似的产品和技术相比起来还略显稚嫩。同时,监控管理平台还有待进一步发展和完善。因此监控管理平台发展充满了机遇和挑战,相信在广大安防工编辑的努力下,监控管理平台的产品发展思路、设计理念能不断完善和进步,从而推动整个产业向前发展。 (文/黄波)




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