工厂网络监控方案

工厂网络监控方案

苏州旭鹏精密工业有限公司网络化数字视频监视系统解决方

案

一、前言

工业电视（ITV）与环境安全系统是工业企业安全管理的一个重要组成部分，也是体现企业现代化管理功能先进性的重要环节。为了充分体现网络化、数字化技术的时代特色，我们采用了国际上最先进的基于IP网络的数字安防产品，为苏州旭鹏精密工业有限公司提供功能齐全、应用新颖、投资合理的方案。在本次设计中充分体现出可持续发展的理念，利用网络技术及数字图像处理技术提供多种综合服务功能。

利用网络（LAN）扩展传统模拟CCTV系统以及利用现有网络建立数字化视频监视系统能够为最终用户节省投资、提高系统的开放性以及带来额外的投资回报。

经过将模拟视频数字化、网络化，网络内部、外部的使用者（user）能够经过网络随时、随地观看现场清晰的视频图像，不必再向传统的模拟CCTV系统那样需要敷设大量的电缆，节省了用户的投资。

二、客户需求分析

苏州旭鹏精密工业有限公司监控系统是集工业电视、防盗、防火事件于一体的技术防范手段，在企业生产现场和重点部位安

装视频监控摄像机。系统要求所有的视频资源拟在企业新建设局域网上传输，同时公司原千兆主干网PC用户能够实时进行视频资源浏览。

三、设计规范

根据苏州旭鹏精密工业有限公司的要求和国家有关法规的要求，我们经过认真研究、分析本案，提出了我们的综合解决方案。本设计方案具有性能先进、质量可靠、经济实用等特点，而且系统具有方便扩展、与其它信息系统实现无缝连接的能力。为实现ITV、安防系统的可视化管理奠定了基础。

依据的相关规范包括：

●《工业企业通用设计规范》（GBT42-81）

●《中华人民共和国公共行业标准》（GA/T70-94）

●《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

●《电气装置安装工程施工及验收规范》（BGJ232.90.92）

●《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）

●《民用工业建筑电气设计规范》（GJT16-92）

●《电视系统视频指标》（CCTR RECOMMENDATION 472-3）

四、设计原则

1.1标准化

网络视频监控系统就是要实现在网络系统上的图像传输和共

享。本系统采用的产品均遵循网络协议和传输标准的要求。

1.2可扩展性

由于用户以后的需求会不断发展，监控数量将随之扩大，只要增加前端设备和升级软件，不用添加其它附加设备，以保证用户的投资。

1.3可用性和可靠性

我们的方案在充分考虑用户实际情况的基础上，选用AV1310e-T作为视频服务器，采用了嵌入式的操作系统，减少了其它因素造成故障的可能性。

1.4易用性

软件使用界面良好，用户安装相应软件（iDVR Ver3.0）后就可进行实现监控，完全智能控制，不用单独设置。

五、网络视频服务器的概念

1.1.压缩

使用高速AD转换器将模拟视频信号转换为数字信号；使用压缩算法（MPEG4）将数字信号压缩。

1.2.网络传输

利用嵌入式操作系统将数字信号打包为网络能够传输的TCP/IP信号。

1.3.辅助功能

如报警输入、输出信号；音频信号；串行通讯信号等等都能够打成TCP/IP包，经过网络传输。

1.4.解压缩（数字视频还原）

一种方式是经过专业的软件将图像在普通计算机中显示；另一种方式是经过硬件将图像还原为模拟视频信号在视频监视器上显示。

1.5.嵌入式操作系统

作为实时操作系统（RTOS），嵌入式操作系统能够为CPU提供长时间、连续工作、自恢复功能。RTOS为设备长时间可靠工作提供了保障。与Windows不同，RTOS是专门为工业、军事等要求计算机系统具有高度可靠性使用环境开发的操作系统。

六、系统的设计思想

苏州旭鹏精密工业有限公司网络监控系统是一个典型的分布式系统。该苏州旭鹏精密工业有限公司两个厂区相隔10公里，两个厂区内各分布有2个摄像点，共4个监控点。鉴于该苏州旭鹏精密工业有限公司本身使用电信宽带。我们推荐使用北京先进视讯科技有限公司专业的网络视频解决方案iDVR系统平台以及AV1320e系列网络视频服务器技术，完成多系统、多任务综合处理、分布式、高度安全的网络视频监视系统。

1.1.分布式存储-系统更加灵活

iDVR基于B/S（浏览器/服务器）结构，这种结构提供多服务器服务，允许客户根据实际需要灵活的配置存储和管理服务器。

存储服务器（Archiver）能够在目录服务器（Directory）的管理下任意的分配和切换需要存储的摄像机图像。我们能够理解为存储服务器与摄像机的关系是“软性”关系。因此，iDVR能够为系统提供更多的灵活性。

1.2.分布式存储、分布式观看-更加方便使用

iDVR的客户端能够分散在LAN的任何地点，数量没有限制。假如不对客户端的权限进行限制的话，那么每一个客户端都能够观看所有网络上的图像。

iDVR的B/S结构以及多服务器结构有效的解决了这个问题。

1.3.强大的多点组播-更加灵活的网络机制

AV1310e提供双视频流，图像存储和图像浏览能够同时进行。

1.4.单元总结

本设计方案的核心部分是iDVR软件。这个软件基于B/S （浏览器/服务器）结构，运行在Windows /XP平台，具有多服务器结构，系统能够管理数千只摄像机。摄像机与摄像机之间、摄像机与服务器之间、摄像机与用户之间没有地理位置的界限。

实际上，iDVR能够在LAN、WAN上组成一个庞大的系

统。例如：现场摄像机能够在某试验基地，服务器能够在某个省的控制中心，唯一的要求是两者之间具备网络连接。

系统的硬件部分为AV1320e网络视频服务器。AV1320e 使用MPEG4压缩算法，提供1-4CIF的图像清晰度。在CIF条件下能够提供25帧/秒的实时图像。

1.5.系统优势

iDVR与传统监控系统相比的优势：

AV info远程网络视频监控系统使用现有的网络系统，采用嵌入式的“网络视频服务器”，实现从监控点前端、监控中心、监控工作站的数字化处理，是监控系统发展的必然趋势。

AV info网络视频监控系统与模拟监控系统、基于计算机平台的数字视频监控系统（DVR）相比具有明显的优势：1．利用现有的网络资源，不需要为新建监控系统铺设光缆、增加设备，轻而易举的实现远程视频监控。

2．可实现远程监控，只要有Internet的地方就可实现对异地的监视和控制。

3．系统扩展能力强，只要网络接通的情况下就能够扩展新的监控点。

4．不需为监控系统独立布线，视频、音频、控制均经过

网络同时传输。

5．维护费用低，网络维护由网络提供商维护，前端设备是即插即用、能够经过网络远程维护系统。

6．系统功能强大、利用灵活、全数字化录像方便于保存和检索。

7．SSL。在网络内的计算机，只要经过浏览器经授权便可作为监控工作站使用。

七、系统能够完成的功能

1.1.网络化图像传输

在苏州旭鹏精密工业有限公司局域网内，任意一个授权用户都能够经过浏览器均能够观看来自现场摄像机的实时图像。每一个授权用户能够观看的图像在数量理论上没有限制。

1.2.清晰的图像以及同步音频

AV1320e-T支持1CIF-4CIF的图像清晰度。因此在PC的显示器上能够得到清晰的图像。

1.3.多级访问权限

iDVR支持最多256级的用户权限限制，能够很好的为视频信息的访问提供安全保障。

1.4.多存储服务器图像记录

iDVR支持分布式的存储。图像记录在多个Archiver（存储服务器）端，利用普通IDE硬盘记录图像也能够利用专用的服务器计算机使用SCSI硬盘，存储服务器分散在网络内。图像的存储是灵活的、分布式结构。这一点对于要求长时间、大容量记录场所至关重要。

1.5.图像回放

网络内的任意授权用户能够经过Archiver（存储服务器）回放其授权范围内的图像。图像回放使用标准的IE浏览器。

1.6.图像输出

支持各种格式的图像、图片输出。图像能够制作为光盘，使用标准的播放软件播放。

1.7.图像远程传输

如网络已经连接到公网，那么公网内部任意授权合法用户均能够登录到iDVR服务器，经过服务器远程观看现场图像（授权范围内）、历史记录图像。

1.8.报警管理

iDVR能够管理AV1320e-T的输入节点。每一个AV1320e-T具有3个独立的输入节点。这三个输入节点能够

连接传统的入侵探测器，如门磁、红外运动探测器等入侵检测设备。这样，经过iDVR的报警管理功能，用户不必再额外安装专门的报警管理系统。在发生入侵时，iDVR会自动记录现场情况，调用相应的摄像机，以声、光方式通知值班人员。iDVR具有同时处理多任务能力，对于多个地方的同时报警情况也能够及时处理。

1.9.控制前端摄像机旋转

经过iDVR软件友好的GUI界面，使用者能够方便的控制前端摄像机的旋转动作，包括预置位置（Preset）。

八、解决方案

1.1.网络链接拓扑图

整个系统的网络拓扑图如下图。

交换机

AV1320e-R

AV1320e-T

编码器

摄像机 AV1320e-T 编码器交换机

一分厂AV1320e-T 编码器 摄像机

AV1320e-T 编码器

交换机二分厂客户端

苏州旭鹏精密工业有限公司网络主干为十兆。4台AV1320e-T 连接在这个网络内。在这个网络内的客户端能够使用PC 经过浏览器浏览实时图像和监听同步时音频信号。该监控中心能够设置在任意一个厂区。该中心使用一台电脑作为服务器，配置一个固定IP ，安装先进视讯iDVR3.0软件。两个厂区都使用ADSL 上网，如果每条ADSL 带宽能达到512K 就能满足2路视频的传输，两个厂区4路图象完全能经过网络上传至监控中心。基本的架构是摄象机经过视频线连

接AV1320e-T视频编码器，AV1320e-T视频编码器经过网线连接到交换机上，指向中心服务器。监空中心如果需要上电视墙，则能够在监控中心交换机上接AV1320e-R视频解码器，经过视频线连接到监视器上。如果苏州旭鹏精密工业有限公司领导需要了解到前端监控点的情况，能够在任何能够上网的地方经过IE达到浏览前端视频的目的。只要有浏览权限，领导和相关负责人不需要在监控中心就能掌握苏州旭鹏精密工业有限公司的情况。本系统采取中心录像方式。只需要在中心电脑上添加硬盘就能对前端录像进行存储。本系统需要对4个监控点录像15天，一块500G的IDE硬盘就能满足需求。只要给予权限，领导能够经过访问中心服务器在异地调用录像，查看过去的现场状况。本系统满足客户的扩展需要，客户将来扩充监控点十分简便，只需要将设备接入后经过软件配置即可。

系统包括一个主服务器，包含目录服务（Directory）、网关服务（VSIP）、存储服务（Archiver）。

Archiver提供图像的存储、回放、各种目录服务。每一个Archiver最多负责4个摄像机图像存储、浏览。这4个摄像机能够是网络内的任意位置的摄像机，不必按照顺序或区域设置。

1.2.清晰的图像以及同步音频

AV1320e-T支持1CIF-4CIF的图像清晰度。因此在PC的显示器上能够得到清晰的图像。

1.3.多级访问权限以及SSL加密

iDVR支持最多256级的用户权限限制以及SSL加密，能够很好的为视频信息的访问提供安全保障。对于HOSKEING 认为极有必要的用户，能够使用SSL（Secure Socket Layer）“安全套接层”方式加密。由网景公司研究的SSL利用密钥密码系统实现接入的安全。

1.4.图像存储

使用多录像服务器（Archiver）。

视频信号即使在压缩之后其数据量也是非常大的。能够根据以下的计算公式计算出平均需要的硬盘的容量。4个摄像机、CIF格式、保存15天。

MPEG4平均码流（CIF格式/25帧/秒数据量）200M/h。

这个数量级的硬盘在集中存储时除非使用SCSI硬盘阵列（SCSI Array）或网络附加存储（NAS），而且不但仅是一个。还有一个问题就是系统的安全性问题。一旦服务器出现问题或者阵列塔出现问题，系统将崩溃。

iDVR已经充分的考虑到了这个问题。iDVR提供多个Archiver以及FOS Service（故障切换服务）。

系统依然按照原“技术要求”的内容安装1台专用服务器，但不使用SCSI阵列也不是用NAS。我们计划机箱安装1块500G的IDE硬盘。服务器的标准还是按照“技术要求”所罗列的内容执行。这样系统能够提供近1500G的存储容量，记录的方式为“堆栈式”，能够完成“所有视频数据均需要先进先出式的滚动存储，存储时间要求至少保留一个星期”的要求。

系统以分布式结构构建。每一个区域由一个Archiver负责。这样充分的降低了系统的风险。图像的存储能够由每一个独立的但彼此相互关联的Archiver负责。

iDVR规划的Archiver的数量没有限制。另外，每一个Archiver负责管理的摄像机(camera)是经过软件指定的，用户能够灵活的将某个（或某些）摄像机调入或调出某个Archiver，将这个（或这些摄像机）划入另一个（或几个）Archiver进行管理。我们能够理解为摄像机(Camera)与服务器（Archiver）之间的关联是“软性”的连结。

1.5.故障服务（FOS-Fail Over Service）

每一个Archiver具有最大能够管理64个摄像机的能力，这样我们能够根据实际的需求任意调整Archiver所管理的摄像机的数量。这一特点在Archiver发生故障时非常有用－我们能够将故障的Archiver所管理的摄像机调整到其它Archiver以托管的方式临时管理，避免了这些摄像机脱离系统的管理，这就是FOS功能（Fail Over Service）。对于安全性能要求很高的系统，这个特性非常有用。

1.6.VSIP机制保障图像顺畅传输

iDVR使用特殊的VSIP（V ideo Transmit Over IP）协议。由于视频信号在网络上实时传输，这一点与一般的数据传输不同，它对连续性要求非常高，因此必须使用视频在网路上的特殊传输协议。就如同802.11b无线局域网在室外点对多点使用时必须使用Turbo Cell协议以解决“隐藏节点”问题一样。

VISP是加拿大SmartSight研究的特殊的视频传输协议，

这个协议保证服务器以设备层之间良好的连接，从而避免了图像的滞留、马赛克、丢帧现象的发生。iDVR是基于SmartSight的nDVR软件的SDK开发的，它继承了VSIP协议，因此iDVR与nDVR一样能够有效地防止上述现象的发生。当然，这一切全部是在网络能够提供有效带宽的前提下进行的，任何环境恶劣的网络，使用任何协议也无济于事。1.7.多点组播保证网络畅通和多用户访问

AV1320e系列产品和iDVR软件支持多种IP包传输方式。UDP、TCP/IP、RTP/IP、Multicast以及Multicast by Archiver（经过服务器组播）等。Multicast（多点组播）对于每一个设备（AV1320e）来说在网络上仅仅占用一个视频流的带宽，对于该苏州旭鹏精密工业有限公司的项目来讲，就是4个视频流。访问的客户端不占用带宽。这种机制保证了多个用户同时访问一个视频设备时也仅仅占用1个视频流的带宽，而网络是两条512K的，因此不会出现图像滞留或丢帧

现象。

AV1320e系列产品我们给出的在CIF图像分辨率、25帧、图像压缩比率为7、画面活动量小于30%情况下，平均需要200kbps。那么4个摄像机在这个条件下占用的平均带宽是4X200kbps=800kbps=1Mbps。在组播环境下，你有多少个客户端观看对网络来说还是这个数据，没有任何影响。

iDVR提供分布式的存储和服务，系统有三个Archiver，这样平均分配在每一个Archiver上的带宽消耗压力对于XEON双CPU来讲，非常的小。Archiver处理这些视频流没有任何问题。

还有一个非常重要的措施是我们利用三层交换机划VLAN，同时将组播管理（IGMP2或3）打开。经过对设备、服务器、客户端的组播管理还能够把视频流限制在VLAN的范围内，避免了视频流对其它网络设备的干扰。

1.8.报警管理

AV1320e-T具有三个独立的报警输入接口（开关量），一个继电器输出触点。这三个独立的报警输入能够用来连接入侵探测器。iDVR软件提供“报警管理”功能。它能够按照专用报警控制器的方式对报警进行管理。利用继电器输出触点，我们能够连接一些反馈装置，如红外灯等，同时，iDVR

还能够驱动带有预置位置功能的摄像机，到达实现指定的现场。另外，它还能够存储图像、记录事件、发送声音、发送邮件等。“报警管理”是iDVR软件的一个选项。

1.9.无线网络

对于那些不便敷设线路的摄像机监视点能够使用无线网络。802.11b（2.4GHz扩频微波）在室外使用时必须改造，加入Turbo CELL协议。Turbo CELL是美国KALNET公司研究的室外路由协议，它有效的解决了“隐藏节点”问题。如果在传输视频流时，不加入Turbo CELL协议，经研究机构检测，802.11b的效率会下降70%。可是，为保障通讯畅通需要代价，加入Turbo CELL协议以后，8021.b的有效带宽会降到3Mbps左右，根据距离适当的还会减低。因此，能够根据摄像机的分布拓扑图合理的规划2.4G无线网络。

对于骨干网络，能够使用802.11a（5.8GHz扩频微波）。5.8G同样存在“隐藏节点”问题，因此需要加入WORG（室外路由）协议。加入WORG协议的5.8G产品能够提供22Mbps的带宽，但这个带宽也会根据距离适当的减低。

当然我们也能够使用802.11g（2.4GHz）协议的无线产品。但我们当前还没有得到有关经过室外环境测试过的能够销售的产品的任何信息。我们仅仅知道lucent正在测试

802.11g的产品，能够提供22Mbps的有效带宽。802.11g较802.11a由于机理和发射频率的不同，前者较后者价格要低很多。

1.10.C/S或B/S结构-灵活的保证

实际上iDVR是居于nDVR开发的系统软件。nDVR是C/S 结构，iDVR是B/S结构。nDVR支持给予WEB方式的浏览。解决的方式一是购买使用许可，二是经过先进视讯的SDK。由于nDVR在中国地区的销售是按照国际市场价格进行的，因此nDVR价格相对于中国用户来讲比较昂贵。我们没有推荐使用nDVR软件的主要原因在此。iDVR基于nDVR的SDK 开发完成的，它继承了nDVR的精髓，同时兼顾了中国客户的资金情况，同时是客户端软件基于免费的IE浏览器，这样就避免了用户还要购买客户端的许可。

iDVR的客户端和服务器是基于IE浏览器结构设计的，自然支持将有关视频内容直接链接到HOSKEING的门户网站，这是个非常简单的事情。

1.11.信息整合

北京先进视讯科技有限公司作为一个主要从事网络视频硬件和软件研究的企业，具有自己的软件研发队伍。iDVR软件完全能够提供视频信号给第三方系统，以便这个系统利用这个视频流。最典型的例证就是与门禁系统整合。经过iDVR