【安防知識網】在提出平安城市之前，各部門都在自己的治安薄弱環(huán)節(jié)和重點部位進行了安防系統(tǒng)的建設，但各部門沒有進行有效的聯(lián)網，因此，部門相互之間的協(xié)調能力不強，對緊急事件的反應能力不夠迅速，如何將各部門分散的監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一到一個公共的安全平臺是平安城市建設工程的重點。

　　系統(tǒng)聯(lián)網的鏈路有無線和有線兩種，在有光纜或網絡連接的節(jié)點都可以采用有線方式將各監(jiān)控點的信息編碼發(fā)送到公共安全平臺，在無光纜或網絡的地方就需要采用無線方式進行網絡建設。在此，我們針對公共安全平臺無線鏈路的設計提出下文中幾點建議。

　　無線傳輸系統(tǒng)

　　無線視頻監(jiān)控具體采用哪一種、哪一個頻段的無線系統(tǒng)進行傳輸，要根據整體方案性價比和系統(tǒng)擴充冗余來決定，總的來講有如下因素。

　　首先是覆蓋區(qū)域接入站點的數量。現有的接入系統(tǒng)主要包括2.4G(802.11b 11Mbps)/5.8G(802.11a 54Mbps)兩種，具體采用何種方式要根據兩個方面來決定：覆蓋區(qū)域所需的接入帶寬;覆蓋區(qū)域視頻監(jiān)控頭的數量以及監(jiān)控頭的壓縮比確定整個區(qū)域所需的接入帶寬。如果一個接入區(qū)域的視頻監(jiān)控頭數量比較少可以采用2.4G系統(tǒng)，數量較多的話采用5.8G系統(tǒng)解決更為合理。

　　其次是頻率資源利用率，大規(guī)模無線系統(tǒng)組網除了考慮系統(tǒng)吞吐量的問題以外，還要考慮整體組網頻率資源的利用率。舉例來講，某區(qū)域有12個視頻監(jiān)控站點需要接入，如果采用2.4G/11Mbps系統(tǒng)來解決傳輸問題，大致需要三套無線中心基站設備來提供接入帶寬，也就是說2.4G/11Mbps系統(tǒng)需要三個頻點來解決傳輸。如果采用5.8G/54Mbps 系統(tǒng)來解決傳輸問題，使用一套無線中心基站設備就可以滿足視頻系統(tǒng)對帶寬的需求，也就是說1個頻點就可以解決傳輸問題。

圖1 公安視頻監(jiān)控平臺結構圖

　　大規(guī)模城市范圍內組網時頻點的使用有時候非常重要。2.4GHz無線系統(tǒng)有三個完全不重疊的工作頻點。5.8GHz無線系統(tǒng)有6個完全不重疊的工作頻點。如果在某一點同時架設4套2.4GHz無線系統(tǒng)就可能會出現相互干擾的情況。

　　[nextpage]無線傳輸系統(tǒng)的基本要求

　　對于大規(guī)模的無線視頻系統(tǒng)應該具備如下幾個要求，才能夠滿足大規(guī)模、大數據量的視頻流媒體應用需求。

　　室外型無線系統(tǒng)

　　無線傳輸系統(tǒng)首先應該適應工作現場的環(huán)境要求，由于中國地域遼闊，各個地區(qū)的氣候條件各不相同、四季分明，溫差和濕度各不相同，這就要求無線傳輸系統(tǒng)必須要適應當地氣候條件，保證穩(wěn)定的鏈路傳輸。

　　滿足長距離傳輸要求

　　無線系統(tǒng)的覆蓋距離越長，需要架設的基站數量越少，這決定系統(tǒng)傳輸距離的主要因素有幾個方面：系統(tǒng)的發(fā)射功率、系統(tǒng)不同調制方式的接收靈敏、系統(tǒng)地延時處理機制。發(fā)射功率越高、系統(tǒng)接收靈敏度要求越低，系統(tǒng)的傳輸距離越遠。換句話講，同樣通訊距離的情況，系統(tǒng)可采用的天饋線系統(tǒng)越小，施工和維護更方便。而發(fā)射功率和接收靈敏度是建立無線系統(tǒng)連接的前提條件，真正保證系統(tǒng)穩(wěn)定傳輸的條件是系統(tǒng)延時處理機制。

　　大規(guī)模組網要求

　　平臺級的無線視頻傳輸系統(tǒng)中組網能力也是主要考察的指標，影響組網能力的主要有如下幾個因素。

　　首先是系統(tǒng)數據的交換方式，無線系統(tǒng)的數據交換方式分為硬件實現和軟件實現兩類，在點對點的簡單組網中這兩種方式對系統(tǒng)的性能影響不大，但是在點對多點的應用中兩者的性能差別很大，主要是點對多點的速率跳水問題。例如，軟件交換方式的無線系統(tǒng)在超過3個遠端站點的情況下，每個遠端點所得到的數據帶寬就不是總吞吐量1/3，而是遠遠低于這個數值;而硬件交換方式的無線系統(tǒng)就不會有這個問題，這是大規(guī)模組網的基本要求。

　　其次，無線系統(tǒng)的ATPC(自動發(fā)射功率控制)功能，這對有區(qū)域內遠端站點較多和OFDM系統(tǒng)有至關重要的意義。每個無線遠端站點可以根據之間的信號強度來調整設備本身的發(fā)射功率，來避免整個系統(tǒng)由于遠近效應產生的干擾。

　　再次，無線傳輸系統(tǒng)對VLAN的支持。由于網絡規(guī)模的擴大以及系統(tǒng)業(yè)務應用的增加，我們不得不采用VLAN技術來避免各個站點由于網絡協(xié)議產生的廣播風暴，提高整個網絡系統(tǒng)的效率。

　　最后，無線傳輸系統(tǒng)要具有網管功能。因為整個系統(tǒng)中的站點非常多，所以我們需要有一套方便設備管理的網管平臺。網管系統(tǒng)應該包括設備的查詢、參數修改、故障診斷、用戶管理等功能，方便我們對整個大網進行管理。

　　支持大規(guī)模視頻業(yè)務

　　無線傳輸系統(tǒng)對視頻業(yè)務的支持主要表現在兩個方面。第一，傳輸的穩(wěn)定性。無線傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性是無線視頻應用成敗的關鍵，這是由于視頻業(yè)務的傳輸特性確定的。在傳統(tǒng)的數據傳輸應用中，數據文件往往在數據服務器上留有備份，即使傳輸鏈路出現抖動和波動，網絡協(xié)議都可以通過重傳的機制來保證數據的完整性，不同的網絡傳輸性能只是表現出傳輸時間的快慢，而不會影響數據傳輸的完整性。視頻流媒體應用本身就不存在重傳機制，因為視頻應用大多采用UDP協(xié)議連接，并且重傳的數據由于視頻的變化也不是原來我們需要的數據，也會造成顯示系統(tǒng)的馬賽克。所以只有通過解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性才是保證視頻流媒體傳輸的根本性問題。

　　第二，視頻組播協(xié)議及組播控制協(xié)議的支持，視頻流媒體應用采用組播的協(xié)議主要是為了節(jié)省網絡傳輸帶寬和簡化網絡傳輸結構。[nextpage]

　　視頻系統(tǒng)基本要求

　　視頻編解碼器

　　視頻編解碼器主要應該注意：碼流限制、組播支持功能以及同等帶寬的圖像效果。

　　在無線傳輸系統(tǒng)中的網絡帶寬是最寶貴的資源，所以必須要求視頻編碼器能夠對視頻碼流進行限制，如果出現設置1M碼流帶寬而突發(fā)碼流到2M 或3M的話，無線系統(tǒng)的預留帶寬就無法進行設置，出現網絡數據堵塞。

　　而組播支持則是為了更好地進行大規(guī)模的組網。另外，同等帶寬條件下的圖像效果是衡量一個編碼器的一個重要的指標。

　　視頻服務器軟件系統(tǒng)

　　視頻服務器軟件系統(tǒng)主要包括如下功能：軟件構架、組網能力、分屏顯示、軟件矩陣、錄像管理、轉發(fā)模式。

　　網絡優(yōu)化網絡傳輸效率

　　網絡優(yōu)化主要是對一些中繼站點、監(jiān)控中心等核心交換站點的網絡交換機進行合理的配置來保證整體網絡的傳輸效率。

　　主要措施包括不同業(yè)務網絡VLAN隔離廣播域、單播路由、組播路由、訪問控制列表。

圖2 視頻碼流網絡帶寬傳輸圖

　　分布式存貯、集中式管理

　　分布式存儲、集中式管理是將整個視頻錄像存儲任務分級存放。這樣做有兩點好處，首先可以減輕監(jiān)控中心的存儲壓力，其次可以減輕主干傳輸鏈路的壓力。在上級中心需要觀看下級中心所屬圖像的時候才會產生數據流，避免主干鏈路的數據堵塞。[nextpage]

　　整體拓撲結構設計

　　我們覺得把眾多視頻監(jiān)控點統(tǒng)一集中到一個監(jiān)控中心的拓撲接口可能存在一些問題，所以建議使用二級分中心的方式來解決。

　　如圖1所示，由于公安的視頻平臺都是在城市環(huán)境中搭建，采用1個監(jiān)控中心很難滿足覆蓋所有監(jiān)控站點的需求，所以采用中繼站點的方式是一個很好的解決方案。

　　另外，由于我們整個網絡的視頻監(jiān)控業(yè)務類型比較復雜，特別是視頻監(jiān)控應用對傳輸鏈路的網絡帶寬的要求比較高，所以必須保證每條鏈路的傳輸帶寬(每條鏈路我們預計分配1-2Mbps帶寬)，這樣對整個數據中心的接入容量要有非常高的要求。換句話講，必須要求接入中心安裝更多的中心基站設備來提高整個接入中心的數據吞吐量，這樣對接入中心頻率資源的規(guī)劃帶來很大的問題。

圖3 無線點對多點組播傳輸示意圖

　　設計接入中心所負責遠端站點的接入數量

　　接入中心可以接入的遠端站點的數量取決于如下幾個因素，首先是每個遠端站點承載業(yè)務的帶寬需求。每個遠端站點所承載業(yè)務的帶寬需求是一個很大的因素，遠端站點的業(yè)務類型一般有視頻業(yè)務、報警數據采集業(yè)務、音頻業(yè)務3 種。其次是接入中心的數據接入容量，組成接入中心的設備數量以及每臺設備的凈數據吞吐量直接決定了接入中心的數據接入容量。例如，同樣都是54M的無線設備，但是各種設備的凈數據吞吐量各不相同，所以必須參照無線設備的凈數據吞吐量而不是無線設備的協(xié)議速率。最后是無線設備設計的接入容量，由于各個無線廠家針對點對多點的控制協(xié)議和實現方式不同，所以也會影響到每個接入中心所接入的遠端站點的數量。這主要是控制協(xié)議、實現方式、設備的處理能力導致各個廠家的無線設備點對多點接入數量的差異?？刂茀f(xié)議、實現方式、處理能力導致的遠端站點實際吞吐量的衰落，最后每個站點得到的數據吞吐量不是總吞吐量/N的結果，有可能遠遠小于這個值。

　　綜上所述，遠端站點的接入數量一般=接入中心的數據接入容量/每個遠端站點的帶寬需求。

　　視頻業(yè)務接入容量設計的根本決定因素

　　視頻流媒體組播傳輸的優(yōu)勢和必要性

　　視頻應用基本都是采用組播的方式傳輸，因為視頻監(jiān)控項目一般都有多個單位和部門對前端視頻進行監(jiān)控和控制。以公安系統(tǒng)為例，一般基層派出所、公安分局、上級主管部門等單位都有可能需要對前端視頻點進行監(jiān)控。如圖2所示的視頻碼流網絡帶寬情況。[nextpage]

　　即使沒有這么多單位需要觀看視頻圖像信息，在網絡監(jiān)控中心也會存在計算機軟件解碼觀看視頻和硬解碼上電視墻同時觀看的問題。另外隨著網絡的擴充和完善，都會牽涉到網絡消耗的問題;而多路組播傳輸可以最大限度地節(jié)省有限的網絡帶寬資源。

　　視頻組播傳輸對無線傳輸設備提出更高要求

　　由于視頻采用組播的方式進行傳輸，所以要求無線傳輸設備具有針對組播包的控制和管理功能。如果設備不具有組播識別和控制的功能，在無線點對多點傳輸視頻的情況下(如圖3所示)每個遠端站點發(fā)送的視頻包都會轉發(fā)到其他遠端的視頻監(jiān)控點。以圖3的1 對6點為例，我們需要每條鏈路傳輸的是1路視頻碼流，但是實際上每條鏈路傳輸1X6 路的視頻數據碼流，這樣會產生廣播風暴導致網絡系統(tǒng)癱瘓。如果無線設備具有組播的控制和管理的功能，就可以很好地控制數據流向，避免產生廣播風暴，更好地進行視頻業(yè)務的傳輸。

　　視頻組播傳輸對網絡設備提出更高要求

　　因為視頻組播傳輸的方式，所以要求交換節(jié)點上的網絡交換設備必須支持組播管理功能。在整個視頻網絡中，各個分中心點、視頻監(jiān)控中心點放置的網絡交換機必須支持組播管理功能(IGMP協(xié)議)。IGMP協(xié)議可以根據每條主干鏈路的視頻請求復制一個視頻流媒體數據包給需要觀看視頻圖像的網絡端口。像D-LINK3226S、華為3526E、CISCO3550等交換機都可以實現這樣的功能。

　　由于網絡規(guī)模比較大，必須考慮各個核心交換設備的配置問題，各個中心節(jié)點的網絡設備選型、參數配置等等。主要是配置好單播路由、組播路由，做好前期的網絡規(guī)劃。

　　特別注意的是，在大規(guī)模的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中必須要求無線傳輸設備和網絡交換設備同時都具有組播的識別、管理控制的功能，因為網絡交換機只能管理到自身網絡端口內的組播傳輸，不能管理到網絡交換機所連接的無線系統(tǒng)內組播產生廣播風暴。

　　視頻監(jiān)控中心結構圖

　　監(jiān)控中心一般包括視頻顯示系統(tǒng)、矩陣控制系統(tǒng)、硬件視頻解碼系統(tǒng)、網絡交換系統(tǒng)、軟件視頻解碼系統(tǒng)、硬盤錄像系統(tǒng)(如圖4)。

圖4 視頻監(jiān)控中心結構圖

　　監(jiān)控中心通過無線網絡接收到的視頻流媒體傳輸到網絡交換機上，視頻編解碼器設備通過網線連接到網絡交換機上，把網絡上的視頻流媒體解碼還原成模擬的視頻信號。視頻解碼器的視頻輸出和485 的控制線一起連接到視頻矩陣相應的接口，視頻矩陣的視頻輸出通過視頻線連接到電視墻進行顯示。遙控鍵盤通過數據線和視頻矩陣相連接，通過遙控鍵盤可以對遠端的視頻監(jiān)控點進行攝像機的旋轉、變焦等等一系列的控制。

　　我們可以將計算機連接到網絡交換機上，通過計算機安裝的視頻軟件平臺同時對視頻進行軟件的顯示和控制，并且可通過軟件本身的功能進行各種條件的錄像。這里的網絡交換和無線設備也必須具有視頻組播的傳輸和管理功能，這樣避免由于視頻組播產生的廣播風暴造成網絡系統(tǒng)的癱瘓。[nextpage]

　　遠端視頻監(jiān)控點結構圖

　　每個無線遠程監(jiān)控點的結構如圖5所示，包括無線傳輸系統(tǒng)、視頻編碼系統(tǒng)、攝像機和云臺系統(tǒng)。攝像機輸出的模擬視頻信號通過視頻線纜連接到視頻編碼器得視頻輸入端，視頻編碼器的485接口通過485控制線和云臺解碼器相連，通過接收還原監(jiān)控中心的控制鍵盤或視頻監(jiān)控服務器發(fā)送的云臺、攝像機的控制信息，驅動云臺、攝像機進行旋轉、變焦等等一系列的控制。視頻編碼器的網絡接口通過網線連接到網絡交換機上，無線設備通過網線連接到網絡交換機，將視頻編碼器輸出的視頻流媒體傳輸到監(jiān)控中心。

圖5 遠端視頻監(jiān)控點結構圖