系統(tǒng)架構(gòu)

　　如果沒有配套的管理軟件，客戶往往無法實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)攝像機的管理，也就是說，對于高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的應(yīng)用必須提供整體系統(tǒng)解決方案，它涉及網(wǎng)絡(luò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、視頻存儲、圖像轉(zhuǎn)發(fā)、圖像上墻顯示，并可對高清海量圖像數(shù)據(jù)進行智能化管理和檢索等諸多技術(shù)解決方案。所以在企業(yè)新安防系統(tǒng)設(shè)計時，要設(shè)計選擇網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺，以此為主線，考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)備中心和控制中心的配置模式，因新工房是獨立的多層建筑，設(shè)備控制中心設(shè)在建筑的二層，考慮這種結(jié)構(gòu)和投資的因素，可選擇分布式結(jié)構(gòu)。

　　設(shè)備中心

　　新工房監(jiān)控系統(tǒng)將設(shè)備集中配置于二層設(shè)備中心，主要包括存儲設(shè)備和匯聚交換機，及報警和門禁控制主機等。建議設(shè)備中心配置管理分終端，方便于設(shè)備調(diào)試和巡查監(jiān)視。

　　控制中心

　　老監(jiān)控中心需升級網(wǎng)絡(luò)核心交換機，建議將數(shù)字視頻管理平臺設(shè)在老監(jiān)控中心，以便于圖像回放和檢索。圖像的顯示也設(shè)在老監(jiān)控中心，網(wǎng)絡(luò)門禁控制主機也接入老監(jiān)控中心門禁服務(wù)器，進行統(tǒng)一設(shè)防/撤防操作。

　　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　新工房安防系統(tǒng)以安防專業(yè)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進行綜合布線，因為網(wǎng)絡(luò)攝像機信號交互，依賴于網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)就是通過網(wǎng)絡(luò)進行視頻監(jiān)控系統(tǒng)部署和應(yīng)用實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是基礎(chǔ)，一個好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，才能對網(wǎng)絡(luò)視頻的流暢性和實時性提供一個良好的保障。選用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機都可以采用三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，百兆接入交換機、千兆匯聚交換機和核心交換機。核心交換機采用雙冗余雙備份。交換機和鏈路之間為千兆交換，萬兆鏈路，以便未來發(fā)展的擴展和冗余，構(gòu)成安防專業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并充分考慮網(wǎng)絡(luò)安全和冗余性。(網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖1所示。)

　　網(wǎng)絡(luò)容量計算

　　新工房若采用720P網(wǎng)絡(luò)攝像機，視頻流碼率4M，存儲碼率1.5M，碼率系數(shù)為1.2，每路負載=(4+1.5) ×1.2=6.6M，按24口百兆埠計算，接入交換機的幷發(fā)流量為24×6.6=158.4M，按48口百兆埠計算，接入交換機的幷發(fā)流量為48×6.6=384M，設(shè)計采用千兆(雙口)上聯(lián)到匯聚交換機，帶寬完全夠用。

　　新工房視頻流接入老監(jiān)控中心，新工房若全部采用720P網(wǎng)絡(luò)攝像機，視頻硫碼率4M，碼率系數(shù)為1.2，每路負載=4×1.2=4.8M，407路視頻流量=407×4.8=1953.6M, 新工房和老監(jiān)控中心采用萬兆鏈路,帶寬完全夠用。

　　存儲容量計算分析

　　以新工房全部采用720P網(wǎng)絡(luò)攝像機方案，計算系統(tǒng)存儲容量，網(wǎng)絡(luò)攝像機存儲碼率選擇為每路視頻2M/S，新工房407臺攝像機，407路視頻需存3個月：407×2×60×60×24×90/8/1024/1024=755TB=378塊2TB硬盤×20%損耗=454塊2TB硬盤,共計908TB，是海量存儲。

　　若碼率選擇為每路視頻1.5M/S，407路需存3個月：407×1.5×60×60×24×90/8/1024/1024=566TB=283塊2TB硬盤×20%損耗=340塊2TB硬盤,共計680TB，仍是海量存儲。

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　　存儲解決方案

　　根據(jù)上述存儲容量的分析計算，可以看出，采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，將需要海量存儲來匹配，若碼流選擇是2M/S，那么407路數(shù)字視頻存儲容量將達到近1000TB的需求，存儲設(shè)備的投入成本非常大。若碼流能控制在1~2 M/S范圍內(nèi)，重點視頻碼流達到1.5M/S，一般視頻碼流設(shè)置為1 M/S，同時對視頻抽幀數(shù)，滿足12~15幀要求，使整個存儲系統(tǒng)的容量降低，充分考慮投入產(chǎn)出的效率。而視頻監(jiān)控存儲系統(tǒng)具有不同于其他IT系統(tǒng)的特點，其主要表現(xiàn)如下。

　　視頻監(jiān)控存儲信息是事后使用，寫多讀少;

　　由于視頻采集過程中，視頻文件格式一般都不會發(fā)生變化，且碼率基本保持恒定，因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)的讀寫操作還具有碼率恒定，也就是帶寬恒定的特點;

　　數(shù)據(jù)讀寫操作的持續(xù)時間長。由于攝像頭一般都是7×24 小時工作的，即使采集后視頻數(shù)據(jù)采用分段保存，寫入操作的持續(xù)長達8~24個小時，后期回放時也需要相同的時間。為了保證視頻采集過程中和回放過程不會發(fā)生丟幀現(xiàn)象，存儲系統(tǒng)系統(tǒng)中必須要有足夠的帶寬。

　　針對這些特點，我們在設(shè)計存儲方案時必須要考慮以下幾個方面。

　　存儲系統(tǒng)的IO性能;

　　系統(tǒng)未來的可擴展性;

　　存儲系統(tǒng)的高可用性;

　　系統(tǒng)的安全性;

　　存儲系統(tǒng)對其他廠家服務(wù)器操作系統(tǒng)的兼容性與標準;

　　系統(tǒng)的可維護性。

　　重點關(guān)注存儲系統(tǒng)的可靠性和安全性設(shè)計。視頻監(jiān)控存儲系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。首先數(shù)據(jù)的重要性毋庸置疑，服務(wù)器宕機或者網(wǎng)絡(luò)損壞都可以修復，而數(shù)據(jù)丟失是無法彌補的，后果非常嚴重。任何一個系統(tǒng)的建設(shè)都需要考慮到存儲系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，因此我們在設(shè)備選型和系統(tǒng)配置時，應(yīng)該充分考慮到系統(tǒng)可靠性在今后系統(tǒng)運行時的重要地位。在考慮系統(tǒng)建設(shè)時，一方面應(yīng)選擇系統(tǒng)運行可靠性高、技術(shù)成熟的設(shè)備;另一方面，在系統(tǒng)設(shè)計和配置中應(yīng)發(fā)揮系統(tǒng)的容錯特性。

　　例如：磁盤數(shù)組產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上及硬件組成上完全是冗余設(shè)計(如數(shù)組控制器、后端冗余光纖環(huán)路、電源、風扇、鏈路控制器、雙口光纖硬盤等)，不存在單點故障，確保整套系統(tǒng)的安全運行。

　　磁盤數(shù)組可采用不同的RAID保護級別，保證用戶的不同需求;

　　所有硬件均可支持熱插入，保證系統(tǒng)應(yīng)用的連續(xù)性;

　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)高安全性，可根據(jù)用戶的要求，完成數(shù)據(jù)的隔離或共享;

　　可通過增加應(yīng)用軟件來支持物理通路的冗余連接，以提高系統(tǒng)的安全性;

　　在控制器層實現(xiàn)控制器在線冗余替換，保證系統(tǒng)7×24在線運行;

　　控制器內(nèi)的Cache實現(xiàn)實時系統(tǒng)鏡像，保證數(shù)據(jù)的安全性交易和存儲;

　　磁盤數(shù)組提供完善的磁盤錯誤檢測機制，提供全局磁盤故障檢測，在磁盤真正出現(xiàn)故障之前能夠及時準確的將數(shù)據(jù)提前復制到熱備磁盤，確保了數(shù)據(jù)的底層安全存儲。

　　存儲服務(wù)器的冗余設(shè)計也是關(guān)鍵，因為每臺存儲服務(wù)器將接入64~128路視頻(因產(chǎn)品不同，路數(shù)可能不同)，如果存儲服務(wù)器有問題將影響上百路的視頻錄像存儲，故障面很大。建議采用N+M冗余策略，當N臺服務(wù)器正在錄像，中心管理模塊定期向工作中的服務(wù)器發(fā)送心跳信號，其中某一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障，中心管理模塊可以把該臺服務(wù)器上連接的攝像機發(fā)送給M臺備份服務(wù)器其中一臺上，幷且啟動備份服務(wù)器去接攝像機，切換過程的時間依據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況來定，在網(wǎng)絡(luò)狀況正常的情況下少于30秒。

　　傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用獨立存儲系統(tǒng)是過去的技術(shù)限制,但是在考慮未來系統(tǒng)建設(shè)時應(yīng)該是面向未來的, 也就是應(yīng)該采用數(shù)字存儲技術(shù),通過集中式或分布式的存儲系統(tǒng)實現(xiàn)信息的集中或分布式存儲, 方便管理, 便于擴展,從而建設(shè)高性能, 高可靠, 高擴展, 高兼容的信息存儲基礎(chǔ)架構(gòu)。IP-SAN和FC-SAN從性能上都能滿足要求，但無庸質(zhì)疑FC~SAN的性能更好，可用于重點視頻的錄像(FC-SAN架構(gòu)如圖2)。

　　存儲基礎(chǔ)架構(gòu)建議

　　服務(wù)器到磁盤數(shù)組可采用iSCSI鏈路或FC鏈路。

　　采用NL-SAS盤作為大量的視頻文件數(shù)據(jù)存儲媒介，前端訪問鏈路可采用IP SAN鏈路或FC鏈路;

　　對于核心數(shù)據(jù)庫應(yīng)用而言，應(yīng)采用更加快速的SAS或固態(tài)磁盤作為數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的存儲媒介，以響應(yīng)大量的數(shù)據(jù)庫隨機IO讀寫需求。前端訪問鏈路必須采用FC鏈路才能保證整個數(shù)據(jù)庫訪問的性能;

　　建議對核心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行基于不同磁盤數(shù)組的數(shù)據(jù)鏡像，使得核心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)實現(xiàn)冗余保護。通過此種保護措施，可使得整個系統(tǒng)的可用性、可靠性大大加強;

　　若采用ISCSI鏈路連接視頻服務(wù)器和存儲系統(tǒng)，則建議采用10000M以太網(wǎng)交換機作為連接模式;

　　若采用FC鏈路連接視頻服務(wù)器和存儲系統(tǒng)，則建議采用光纖存儲交換機作為連接模式;

　　建議重點的視頻存儲用FC-SAN，一般視頻用IP-SAN 。

　　系統(tǒng)管理平臺和顯示

　　選擇好視頻管理平臺對圖像的錄像、存儲、回放、檢索及視頻分終端的控制、時鐘同步、設(shè)備監(jiān)測維護等都十分重要。高清數(shù)字視頻系統(tǒng)的顯示同樣重要，因新工房的視頻圖像顯示暫時設(shè)在老監(jiān)控中心，可考慮在控制室加設(shè)2臺高清數(shù)字顯示器。專門用于新工房高清視頻顯示。當新監(jiān)控控制中心建成后，新控制室的電視墻功能應(yīng)滿足高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的顯示切換需求。高清顯示設(shè)備決定了高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)最終的圖像呈現(xiàn)效果。設(shè)備選擇時，考慮顯示大屏服務(wù)器支持幾分屏，譯碼器的輸出接口支持的分辨率是否達到1080P等。