基于ePON的跨校區視頻監視系統設計

【摘要】隨著視頻監控系統技術的發展及當前校園安防需求的不斷提高，由模數結合的視頻監視系統已經不能滿足當前的安防需求。利用現有的網絡技術與流媒體技術，可實現跨校區的校園安全視頻監控。系統設計可推廣適用于教育系統內多校區分散辦學的模式，ePON的可任意添加網絡監控節點的特點為監控網絡的可擴展性與可維護性提供了便利條件。

【關鍵詞】ePON 視頻監控;流媒體;IP-SAN;校園安全

引言

校園視頻監控系統主要是通過對校園內的視頻監控錄像，根據安防控制的要求來實現對監控對象的監控、管理和控制，其主要目的是為了保障廣大師生的安全防護。近年來，由于多學校的整合與提升，擁有多校區的學校逐漸增多，由此帶來的跨校區視頻監控系統在管理、調度上在原有基礎上變得更為復雜。如何解決跨校區問題以及全數字化視頻監控中的矩陣級聯問題、標準化問題、視頻存儲問題等需要一個全新的解決問題的方案。本系統依托于已完成了數字電視整體轉換工程和覆蓋全市的光纖網絡建設的廣電網絡設計，利用EPON與流媒體技術順利實現了跨校區校園視屏監控，即發揮了網絡的優勢又降低了投資成本，提高校園安防管理效率。

1.廣電專網特點

1.1 EPON接入技術

EPON又稱以太無源光網絡，它是以種新型的光纖接入網技術，它采用點到多點結構。擁有成本低、帶寬高、擴展性強以及方便的管理等優良特性。

1.2 利用廣電網絡承載特點

基于廣播電網的EPON可以解決大規模監控點部署問題，相對于傳統的視頻監控方案具有以下優勢：

（1）信號質量更穩定的全光纖接入方式具有更好的保密性與高帶寬，傳輸距離更遠，覆蓋面積更大。

（2）光纖呈樹狀監控網絡拓撲分布，多級分路，系統可以靈活的增加監控點。

（3）無源網絡節省供電、便于維護、可靠性高。

（4）設備專網。單獨光纖，專網專用、物理隔離、安全可靠。

2.系統設計

2.1 系統設計原則

跨學區校園視頻監控系統需要確保學校安全管理的全局需求。校園視頻監控系統設計需要遵循以下4個原則。

（1）統一規劃與標準原則。視頻監控系統需要根據學校安防需求統一規劃、設計與管理。系統應符合國家及相關行業的標準，統一編碼與解碼，統一聯網與控制，在同一個標準框架下實現設計開發、資源管理與平臺公用。

（2）系統的穩定性與安全性原則。校園視頻監控系統需要提供7天*24小時的持續有效視頻監控服務與數據存儲服務。系統的穩定性與數據安全需求是視頻監控系統設計的基本保障。

（3）高應用性與可擴展性原則。系統圍繞校園安全需求突出應用管理，充分利用視頻信息資源， 滿足各種應用需求。

利用ePON網絡架構特點，可以方便的增加監控節點，從而體現分散控制、統一管理的機制。

（4）良好的人機界面與易維護性原則。系統管理平臺采用可視化的管理操作方式，靈活的分級管理平臺可在本機或遠程實現錄像、監控、與其他管理功能。

2.2 系統網絡總架構

本系統網絡依托于現有的廣播電視網絡基礎之上，利用以太無源光網絡（EPON）在廣電站機房放置一臺OLT ISCOM5508，此設備可以提供靈活的組網方式，滿足低密度、長距離光纖接入需求。 此專用OLT 設備提供最多6 個10GE接口可以為學校監控中心提供雙向傳輸通道，每個OLT PON端口通過光纖無源光分路器來無源分光，其分路鏈接每一臺ONU ISCOM5104設備光纖指出分別與不同的監測點，最后通過ONU 的FE接口連接，實現攝像頭監控。每臺OLT ISCOM5508可以覆蓋20KM。一臺OLT ISCOM5508最大支持12個PON接口和768個ONU，每個ONU可以接1到4個攝像機。在帶寬需求上，由于視屏監控的圖像質量的要求，必須保證至少8M的帶寬，EPON的每個ONU帶寬可以達到1000M，可以完全保證帶寬的需求。從網絡安全與控制上設計方案采用的OLT和ONU都具有強大的二層功能，可以通過ACL、VLAN、QOS、QNQ等手段對用戶的視頻監控業務進行控制和安全保證。

整個視頻接入網的EPON傳輸網絡可以為三級、二級、一級用戶提供設備管理。三級用戶可以通過OLT 設備的console口管理到OLT和遠端各個ONU，也可以通過telnet方式登錄管理。一、二級用戶都可以通過帶內的網管管理到各個機房內的OLT 設備。

ISCOM 5508 PON系統采用了Raisecom NViewNNM綜合網絡節點網管平臺，它基于SNMP協議，可以實現拓撲管理、故障管理、告警管理、配置管理、性能管理、資源管理、用戶管理、安全管理等功能。

2.3 系統前端系統設計

每個前端系統主要包括由負責拍攝監控的前端攝像機、立桿基礎、室外設備箱、光網絡設備與前端的配電與防雷接地系統組成。

在前端系統設計應考慮防雨抗風、防塵、防災等環境適應性要求。此外，在設計中也要考慮監控點相關建設要求、夜間補光要求以及設備供電、接地要求等。

2.4 監控中心系統設計

監控中心系統是整個系統的核心，主要為用戶提供呈現服務，通過監控系統軟件對數據信息進行監看、記錄、錄像、回放、檢索與存儲等。它把前端監控點的數字信號轉變為圖像信號，通過網絡傳送給監控中心的監視墻;同時把視頻資料存貯到相關設備中，通過操作主機及時地對視頻資料進行監看、錄像回放，一旦發現特殊情況可控制前端的云臺與鏡頭實行聲音監聽、實時抓圖以及聯動報警。

2.4.1 監控中心系統的組成及功能

監控中心由中心管理服務器、收集信號的存儲器、監控PC機以及顯示視頻電視墻組成。通過監控中心管理平臺工作人員可以控制電視墻的顯示以及實現對前端設備的PTZ控制。

監控中心主要設備功能：

（1）流媒體服務器：支持監控客戶端連接，信息流的轉發;

（2）錄像服務器：可以同時對32 路高清碼流進行錄像;

（3）視頻工作站：可以同時支持16路畫面選擇監控;

（4）虛擬矩陣：同時支持多路電視墻;

（5）監控PC機：運維數據、采集軟件;

（6）其它設備。

2.4.2 監控中心系統軟件平臺建設

（1）流媒體轉發設計

校園監控中心流媒體轉發服務器主要實現音視頻信號及控制信號的傳輸與控制。它全面先進的轉發功能支持大容量的客戶并發訪問;能充分滿足學校安防監控系統跨校區、高品質的數據需求。它本身并不存儲視頻數據，只是對下級機構的視頻圖像進行轉發處理，響應后端大容量的并發訪問。當數據通過流媒體進行轉發，用戶訪問視頻圖像時，流媒體轉發服務器首先建立與前端硬盤錄像機的連接，接著向后端客戶端提供視頻數據呈現。

本項目流媒體綜合應用軟件是一個大型的視音頻流管理、轉發和應用的信息管理軟件。它支持5000路以上圖像的接入、管理。流媒體綜合應用軟件作為本系統的核心支撐部分之一，主要實現視頻流分發、視頻網關和流媒體路由三個方面的應用。

系統設計在一級中心和大的二級中心分別部署流媒體服務器，流媒體服務器 之間可實現多級級聯。一級中心用戶調看圖像時不必連接遠端二級中心的流媒體 服務器，而是就近訪問一級中心的流媒體服務器，由該服務器訪問二級中心的流 媒體服務器，從而節省一級中心到二級中心主干網絡的帶寬。

系統內部署的流媒體服務器應支持平滑擴容，當一個流媒體服務器不能滿足 用戶的應用需要時，可加裝新的服務器，與原有的服務器并行工作，實現平滑擴容。 支持單播和組播，可根據應用需求靈活設定。

同時，流媒體綜合應用系統應滿足高冗余性要求：在一臺流媒體服務器發生 故障時，可通過中心管理服務器，將原先發給它的視頻流改為轉發至其它的流媒體服務器，在線接管，保障系統的穩定運行。

2.4.3 監控平臺的管理功能

系統監控平臺主要實現以下方面的管理功能。

（1）對前段攝像機的管理。由前端攝像機采集圖像后傳送回音視頻監控服務器，通過操作實現全方位的畫面監看。

（2）對監視墻的管理

采用46″平面直角的彩色顯示器組成數字監視墻，直連音視頻監控服務器，全數字顯示，并支持對任意一個或多個監控點視頻的抓拍、錄像、存儲、檢索等功能。

（3）對錄像存儲設備的管理

工作人員可以實現對視頻數據的實時錄制監控圖像與存儲管理。多種錄制存儲方式與自動硬盤空間檢測報警功能并可輕松實現無人值守自動錄像。

（4）對權限的管理

監控平臺實現了對不同用戶的權限設置與驗證。并可針對不同的操作設定用戶。并且，在不同的聯網區域經過授權各級領導可通過WEB 瀏覽方式或客戶端監控軟件對任一監控點的情況進行實時監控，體現了管理安全與操作靈活的特性。

（5）對帶寬的管理

系統平臺可以根據網絡帶寬實施情況調整輸出碼流，并可通過前端攝像機的降幀增幀功能調整畫質保障用戶獲得高圖像質量需求的同時輸出匹配的帶寬。

2.5 存儲系統的設計

監控系統系統的存儲采用IP-SAN的存儲架構設計，能充分保證數據存儲的安全性與可靠性。由于校園安防視頻監控系統需要確保圖像數據的連續性和完整性，所以每一路視頻圖像存儲時間不小于24小時*30天。因此工作人員可以自己定制錄像策略，調整視頻分辨率、減輕硬盤與系統的負荷。

2.6 機房建設與人員培訓

監控中心機房建設主要包括了網絡中心機房、系統監控中心及工作指揮區。 網絡中心機房的建設不僅要考慮到設備、材料與技術工藝更要考慮設備環境適應性需求與突發性事件如抗震、抗干擾、防雷電等需求。

人員培訓是系統管理不可或缺的一個環節。系統管理的質量主要體現在技術人員的操作上，因此相關技術人員需要了解監控流程及理論知識，熟悉各部分設備性能情況、學習管理軟件使用方法，并對系統進行日常維護。

3.結束語

在構建“和諧校園”的核心思想指導下，學校利用現有的有線電視數字化網絡為基礎，以 “有線電視雙向視頻監控網絡”核心技術為支撐，設計開發校園安全視頻監控系統，為學校安全防范提供一個有力可靠的保障。利用ePON技術特別適合于學校多校區分散辦學的模式，每個監控攝像頭一個IP，接入廣電網內，可以實現任意匯聚、分發圖像或在任意一點都可以接收圖像。

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