无线网状网技术在小区安防智能化的应用 - 全文

　　住宅小区安防智能化是目前的发展趋势，由于小区住宅监控系统对成本非常敏感，采用无线技术可以比采用有线方案节省90%以上的成本。本文将讨论无线Mesh技术用于构建住宅小区安防智能化的方案和分析。

　　同比传统的模拟视频监控网络，今天的IP网络视频监控系统提供了强大的解决方案，提供了更大的灵活性、可可靠性并且进一步的降低了部署成本。在过去，无线视频监控被认为是点到点的解决方案，可靠性较差。随着越来越多的用户在Strix无线Mesh网络上实施了视频监控，无线Mesh网络改变了这种认识。过去几年被认为是不可能的覆盖距离和范围，都通过无线Mesh网络健壮的高性能、低时延和多跳可扩展性得以实现。

　　在全球角度，视频监控市场可达百亿美元以上。根据iSuppli Corporation的报告，视频监控设备到2011年可达120亿美元，这包括视频监控摄像头、DVR和视频服务器等设备。“预计在2015-2016年，基于网络的监控系统将全面的替代模拟监控系统”，IMS Research指出到2009年底”模拟录像设备将仅占有5%的市场份额。“

　　随着现有网络部署的扩展和全新的网络数字监控系统的发展，IP视频监控市场的发展也顺利成章。随着DVR数字视频录像到NVR（网络视频录像）技术的转变，IP技术应用在视频监控市场的发展也在迅速的普及。此外，IP视频监控技术也将扩大视频监控市场，覆盖更多的新应用和新的细分市场。无线Mesh网络技术也已经成为视频监控市场的新方向。

　　Strix无线Mesh网络促进了大规模的分布式视频监控部署，为IP视频监控系统提供了业界最高的吞吐量、最低的时延、无与伦比的灵活性和可靠性。 Strix无线Mesh网络在全球范围内广泛的部署，尤其当用户要求无线网络性能与有线网络相当、或者为关键的监控系统提供承载的时候。Strix Access/One®是业界唯一得到独立实验室测试、实际全球部署的验证的的无线网络架构。

　　传统部署采用同轴电缆、昂贵的光纤多工器分布放大器等方式，甚至采用私有的类似以太网线的双绞线方案，现在情况在迅速变化，通过消除线缆的限制，减少了很多部署障碍和额外成本，以往无法实现监控系统都成为可能;只要是无线Mesh网络架构的覆盖范围内，视频监控头和视频服务器可以任意的放置，因此更多的用户发现该方案的优势，并且逐渐替代传统的模拟视频监控系统。

　　分布式视频监控网络助力小区安防智能化系统建设

　　Strix无线Mesh网络令大规模部署和战略性的IP视频监控成为可能，尤其无论是用于政府、市政、公共安全或者企业安防，视频监控都是关键的应用系统;也非常适合价格敏感的住宅小区智能化系统。

　　分布式视频监控提供了强大的查看、共享和分发视频的能力，与类似门禁系统或者入侵监测系统的统计信息和集成信息配合，消除了集中式服务器群和单点故障的隐患。Strix提供了完全分布式的无线Mesh视频监控系统，包括了视频摄像头、视频服务器、存储集群、客户应用系统和远程查看等部分。

　　此外，网络视频监控同诸如远程告警系统等应用配合，进一步的提高了安防部门的效率，也降低了误告警的响应成本，据统计对于大部分政企单位来说，该功能降低了90%误告警率。

　　

　　小区安防智能化系统建设

　　IP视频监控的优点

　　根据用户需求可扩展的部署

　　充分利用无线和其它架构，可利用现有的IP网络设备

　　同其它安全系统协同工作，与其他网络设备良好的互操作性

　　优化视频流减少存储空间，传统视频压缩技术需要更多的存储空间

　　利用无线技术可将视频分发到多个地点，降低时间和人力成本

　　提高安防覆盖区域和提高视频传输质量

　　手持终端可在任意地点任意时间查看视频监控信息

　　安装更快速便捷，易于升级和迁移

　　解决方案评估

　　为了做出最准确的网络评估，有几个因素是非常关键的，包括视频压缩算法、摄像头数量、视频服务器位置和远程查看位置等。

　　不要同模拟监控中的NTSC和PAL混淆，VGA标准定义了IP视频监控的分辨率。视频压缩算法决定了视频质量、图像尺寸、桢数，同图像更新技术一起决定了视频监控的带宽要求。视频监控的带宽可以从每秒几百K到几兆，以每秒最高30桢数来传输。

　　为了降低带宽消耗，智能摄像头和带宽优化特性可以减少图像传输的大小和速度，同时也要考虑远程查看和PTZ功能的带宽和延时。根据所用摄像头的不同，PTZ控制延时一般小于250ms，并且在模拟配置中，编码/解码过程会郑家150-200ms。由于与视频服务器连接进行监控，远程查看应用也会消耗一部分视频传输带宽;尽管管理人员可以直接访问摄像头。每个厂家的远程查看技术使用户可以选择查看视频监控摄像头的数量、摄像头编组、分辨率、桢数和PZT控制。

　　为了充分地解决带宽问题，需要更进一步的讨论视频压缩、IP摄像头和网络视频服务器等设备。

　　视频压缩方法

　　不经压缩的普通模拟视频流可以消耗高达165Mb/s带宽，而百万像素的IP摄像头可以消耗多大几个G的带宽。因此，必须采用视频压缩激素，以便降低图像尺寸保留更多的带宽。

　　压缩程度会影响射频监控质量，导致视频不清洗或者失真，因此要在压缩视频图像尺寸和保持视频清晰之间做好平衡。通常，IP视频监控头和视频服务器厂家的方案都已经达到了这种平衡，并且厂家可以采用的标准也早已确立。

　　目前有多种压缩方式，主要包括H.264、MPEG4和MJPEG;可以分为两类，即每桢压缩编码方式以及动态编码方式。

　　当考虑视频压缩方法时，MJPEG是最为广泛使用的每桢压缩技术，完全是针对每个视频桢进行压缩。这项技术允许可预测的确定视频需求，但是在此同时，MJPEG的带宽效率不高，尤其是在类似树叶移动等情况下。

　　H.263、H.264和MPEG4技术得以不断普及并且广泛的应用于带宽略低并且允许图像质量略低的视频部署。动态压缩全部的关键桢，对于后面的枕就不是全部压缩了，存在变化的桢会被压缩和传输。因此，这项技术的优势就是仅发送关键桢之外存在变化的部分，这样可以节省50-80%的带宽。Strix Access/One增加了性能优势，并且增加网络可扩展性。

　　IP视频监控摄像头

　　目前的IP摄像头不仅提高了传统技术并且增加了网络接口，而且在采用新的模拟转换技术上取得了巨大的进步。在过去的几年里，CMOS技术促进了低成本的IP视频传输的数模转换。逐行扫描更好的显示了移动物体，而模拟摄像头在4CIF高分辨率下会产生隔行扫描问题，导致移动物体模糊。模拟视频图像是线组成的，并且每幅图像是逐行扫描形成，当图像包含了很多移动物体，图像就会在逐行扫描处变得模糊。

　　IP视频监控数字像素图像采样的先进技术超越了传统的模拟CCD技术。通过数字像素图像采用技术，可以一次性获取一幅图像，即使是在高度移动情况下，仍然可以提供清晰的图像。最新的像素图像采样技术支持低亮度和特殊的灯光条件，完全实现了CCD技术的所有功能。内嵌智能算法包括内建的动态发现、自动压缩选择、带宽和网络优化控制，以及视频发送决策流程。新一代的视频摄像头包括可编程的API接口和DSP，DSP可以被直接访问或者通过NVR的编程接口来访问。

　　这样，可以通过编程令PTZ摄像头识别物体，放大以获取高分辨率图像然后向安防人员触发告警，电话或者电子邮件。另外，通过进入百万像素成像技术，IP摄像头可以超越业界传统的NTSC/PAL的高分辨率方案。同今天的数字/模拟摄像头（像素越为40万）比较，百万像素级别的摄像头可以提供100万到500万像素图像，未来可实现更高的像素水平。

　　新的带宽优化技术，例如桢速率控制技术，已经成为内建的功能，而传统的模拟摄像头却总是发送所有的视频。网络视频监控的桢速率控制技术意味着IP摄像头/视频服务器仅以特定的桢数发送视频，没有不必要的视频在网络上传输，IP视频摄像头/视频服务器可以配置为发现移动目标后增加桢数，或者为不同的接收者发送不同的桢数等等，这些特性对于远程地点带宽不高的情况下非常适合。

　　另外一项重要的开发工作是VMD（可变运动发现）技术。VMD是IP摄像头和NVR的集成功能，提供了了优于DVR的很多优点。VMD作为IP摄像头或者视频服务器内建功能，减轻了录像设备的负荷，使基于事件的视频监控成为可能。在视野内没有运动发生时，不会有任何视频发送给操作员或者录像设备。关于活动信息的VMD数据可以包含在视频流中，以简化在存储中寻找活动。VMD也可以位于视频管理软件，为不具备VMD功能的IP摄像头提供该功能。

　　IP摄像头和视频服务器本地的VMD功能的优势包括：节省带宽、降低录像设备的CPU负载、节约存储空间，并且摄像头可以同其他系统通过输入/输出端口配合（例如触发告警）。

　　基于以上的动态特性，估算监控系统所需带宽会非常困难，因此下表中列出了根据分辨率计算带宽的通用参考依据。这样，通过简单的计算图像的大小，并且乘以每秒桢数就可以确定带宽需求。

　　网络视频录像机

　　网络视频录像机是分布式视频监控系统的主要组分，可以位于网络的任意位置，NVR具有今天DVR的全部特性，但本质的区别在于NVR是完全数字化的系统，并且专为IP视频传输而设计的。NVR令管理人员可以在网络任意位置访问、查看和控制视频摄像头。

　　NVR基本上来说是软件方案，帮助最终用户做了硬件决策，包括服务器、存储、编码器和解码器以及摄像头。NVR可以支持多个厂家的传统模拟和IP视频摄像头，包括先进的百万像素摄像头，并且绝大部分提供先进的可编程接口API，可用于控制和自定制功能的开发。

　　NVR系统是完全的数字化IP视频监控系统，将矩阵控制器、交换机、控制板和带有存储能力的DVR集成到同一的系统内。作为基于软件的企业及视频、语音和数据管理系统，NVR提供了图形用户界面、监控、录像和分析功能，为管理人员提供了及时、准确地信息。

　　NVR是多站点监控的最佳选择，即提供了分布式的监控系统，也提供了远程安装和离线存储录像的集中式控制。在网络视频监控环境，NVR提供录像和视频管理功能。

　　根据所需性能选择NVR，通常采用每秒桢数作为指标。如果每个摄像头都需要每秒30桢，一个服务器可能只能为25个摄像头录像。如果每秒2桢是足够的，那么一台服务器就可以管理300个摄像头。这就意味着系统性能得以充分使用和优化。

　　对于大型部署，IP网络视频系统是最易于扩展的。当系统需要支持高录像桢率或者更长的录像四溅，通过增加处理器容量和内存到网络视频服务器就可以完成了。或者更简单的方式就是加入另外一台NVR设备，即可以位于中心站点也可以位于远端站点。

　　IP视频监控摄像头执行编码功能，或者模拟摄像头可以同独立的编码/解码设备配合，NVR可以放置在网络中的任意位置，与编码设备物理上的独立简化了管理工作并且提高了可用性，NVR不需要为管理视频卡或者压缩贡献系统处理能力。NVR提供了视频流管理和视频存储管理。不容忽视的是存储管理也是非常重要的因素，满足用户24小时录像的存储要求。NVR能够根据动态或者其他标准来剪辑存储的视频，进一步降低了日常的维护工作，并且潜在的降低了视频存储容量的需要。

　　今天，政府和企业为远程DVR维护多个独立的服务器;当使用网络内任意部署的NVR时，集中式的管理远程数据库的视频变成更加简单，远程的数据库可以复制到中心安防机房。将视频监控功能分离也帮助了提供工作效率，IT部分在维护其他关键业务系统的服务器的同时，可以承担维护视频监控服务器和存储的责任，确保边缘视频设备可以稳定的连接到网络，服务器也可以定期的维护，提供持续监控网络财产的能力。

　　此外，IT部分根据安全策略提供资源的合理访问，这样安保人员可以集中精力在安全事件，而不是维护存储设备。作为结果，不仅降低了重复的设备投入用于网络传输和视频访问，而且优化了组织角色和责任。利用NVR完全分布式的能力，非常适合同无线Mesh网络的配合，进一步降低最初的设备部署成本和使用后的运营成本。

　　Strix高性能Mesh架构大幅度的降低了住宅小区智能化成本

　　Strix Access/One®多模产品是专为高性能和灵活性而打造的。Strix专利的多模涉及包括了基于标准的2.4GHz 802.11b/g、5GHz 802.11a和高功率的4.9GHz DSRC-C，用于公共安全网络，提供业界第一个“任意模块、任意业务和任意配置”的灵活性支持。

　　Strix Access/One采用强大稳定的Strix动态Mesh架构（Dynamic Mesh Architecture， DMA™），实现了Strix高性能Mesh算法（High Performance Mesh Algorithm，HPMA）和可扩展Mesh快速重路由技术（Scalable Mesh Fast Re-route，SMFR）。Strix DMA解决了其他Mesh算法存在的问题，SMFR提供了自动的自组网、自愈和无关拓扑的快速路由，支持高速移动下的移动漫游，多跳后接近零带宽损耗。

　　Strix Access/One业界最具成本效益的无线Mesh平台，交付了3倍于其他系统地每平方公里总体成本（TCO），该平台支持一个光纤节点带100个无线Mesh节点、覆盖10平方公里的能力，极大地降低了站点协调时间、花销和复杂度，加快了业务推向市场的时间，也帮助实现业界最低的总体拥有成本。

　　业界唯一的模块化系统：提供最高的容量、最高的吞吐量和最低的时延，支持语音、数据和视频应用。 Strix OWS室外无线Mesh节点支持现场升级，最多可达6个无线模块，并且支持广泛的天线选择;多达4个无线模块可用于客户接入，极大地提升了室内的穿透（采用扇区天线）并且将用户密度提高了3倍。另外，新技术的引入，如WiMAX，通过现场升级更容易实现。

　　Strix平台在全球有100个以上的城域部署，并且经过Iometrix独立实验室的验证，系统成熟稳定得到广泛的验证，这些测试都表明Strix是业界性能最佳的无线Mesh网络平台，多跳后保持35Mb/s高吞吐量。此外，在300公里时速下的移动切换时间在50ms以下，使类似铁路部署等高速移动成为可能。

　　平台的零配置能力可扩展性满足了城市甚或国家级别的无线Mesh网络部署。管理简单，Strix提供图形化管理界面和命令行命令，快速地获取系统工作状态。产品提供硬件加速的AES加密，保护无线节点间的通信，并且采用WPA用于终端接入安全。

　　分布式视频监控系统是住宅小区安防的重要手段，Strix分布式无线监控网络为类似部署带来极大的价值。

　　

　　住宅小区分布式视频监控系统

　　Strix无线Mesh网络提供了与有线网络相当的性能和弹性，非常适合住宅小区的视频监控，并且可以与告警、接入控制、边界系统等小区安防智能化配合

　　快速部署方法

　　1） 为Mesh节点和摄像头供电

　　在室内或室外安装Strix Mesh节点

　　每个节点Mesh支持多个视频摄像头，通过网线连接Mesh节点，室外可支持太阳能供电方式

　　2） 确定无线Mesh网络最少需要几个光纤落地点

　　确定摄像头数量和位置，计算所需的带宽

　　先确定摄像头位置、视频监控中心设备位置，然后再确定Mesh节点位置

　　在大型部署中，必须考虑摄像头的最大带宽，并且以此进行计算总体带宽

　　为了冗余目的，需要增加一定数量的光纤落地点和无线Mesh节点

　　3） 在视频摄像头和NVR/DVR之间的路径上实施VLAN，实施QoS保证到中心节点的高吞吐量和低时延，当存在盲区时，采用Strix高性能无线回程链路进行流量中继

　　4） 加电后，Strix Access/One节点将自动的组成无线Mesh网络，完成网络组网工作

　　综上所述，多模Mesh解决方案不仅带来性能上的提高，更由于城域Mesh网络性价比提升而为无线视频监控在住宅小区智能化建设带来深远的影响。