机房远程监控系统设计与方案.docx
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机房远程监控系统设计与方案
机房远程监控系统设计方案
概述
随着视频压缩技术和网络技术的不断发展，基于IP的远程监控系统已经在各行业开始广为采用。
特别是针对一些分散的目标场所的监控，基于IP的监控解决方案更显示出强大的优势，不仅可以跨越较大的地理范围，而且系统结构清晰，维护也非常方便。
同时，系统也具有较强的扩展升级能力，可以很好地保护原有的投资。
特别是对于一个需要建立多个分控中心或需要远程登录的监控需求，这种方案的优势就更加明显。
KITOZER监控系统解决方案融合了目前监控领域两项最为领先的技术：
MPEG4压缩和组播（Multicast）。
MPEG4为KITOZER解决方案提供了在低带宽占用情况下传输高品质图像的能力，根据我们的项目经验，通常在300k-400k/秒的带宽占用时即可提供30帧/秒（NTSC）的全实时动态视频图像。
而组播（Multicast）则可以在一个视频流带宽占用情况下为多个用户提供视频图像，该功能不仅可以使多个用户同时监视前端摄像机的视频图像，而且可以大大降低带宽的占用。
KITOZER监控系统可以构建在局域网或者跨越多个网关的广域网上，系统可以大范围扩展。
不仅如此，在其它方面，如录像的分布式存储、远程回放、多画面分割并自动切换等操作功能方面，KITOZER也做得同样出色。
正是由于KITOZER产品的诸多优势，我们在本次方案设计中，系统核心均采用KITOZER系列产品。
1.标书说明
1.1方案书设计依据
本技术方案书是广州莱安智能化系统开发有限公司为****公司制定的机房视频监控解决方案。
我们在接到****公司（下称“信息网公司”）的邀标申请后，认真研究并分析了<<邀标书附件>>中所提出的具体要求及图像监控系统未来的网络化趋势，决定采用融合了先进的视频压缩技术（MPEG4）和网络视频流处理技术（Multicast）的KITOZER系列产品。
本方案本着从用户需求出发、节省投资而又保持系统先进性的原则而专门为用户设计。
本技术方案书完全能满足信息网公司制定的<<邀标书附件>>中提出的所有要求，并为系统的未来扩展预留足够的扩展空间，系统在目前的基础上，可以很方便地进行二期系统建设。
在目前的配置下，系统可以接入多至48个前端视频服务器，并可扩展至更多。
2.设计原则
2.1标书设计原则
为了能够准确全面的满足信息网公司现有的需求及远景规划，本方案书将按遵从先整体，后局部的原则，层层介绍我公司提出的解决方案。
以便信息网公司有关专家和领导能够更好地评估我公司提出解决方案。
同时，本方案书在设计时，按照面向对象的设计原则，先将复杂系统划分成较简单的子系统、再将子系统划分为更简单的子系统，直至子系统在工程上可以方便实现。
2.2系统设计原则
⏹可靠性原则
本系统的设计中，对各子系统的可靠性作了充分考虑，必要时采用备份，以提高系统的可靠性。
采用备份的子系统，应不影响系统的性能与功能。
优选具有故障自诊断和自恢复功能的设备。
⏹成熟性原则
本系统设计中确保只选择成熟、稳定、运行良好、技术可靠的设备，核心的前端设备全部采用进口产品，可以确保系统运行稳定。
⏹性能/价格原则
在本方案中，性能/价格是我们选择设备的最重要的指标，以期在节省造价的前提下，提供最好的系统性能。
⏹数字化原则
根据国际CCITT组织提出的建议，结合实际情况，在数字/模拟均可实现的情况下我们首选数字信号。
⏹系统高度集成化
传统的设计是将各监控子系统做成自封闭的系统，因此在实现集中监控时，通常会发现监控系统设备数量多，设备利用率低，很难实现集中管理等缺点。
本方案充分利用现代通信技术、计算机网络技术和远程控制技术，将各分散的前端系统通过光纤网络与监控中心相连。
功能强大的系统软件与先进的数字传输体系完美地结合在一起，通过完善的程序设计真正实现智能化控制管理。
⏹技术先进性原则
在本方案设计中，我们均采用了国际上最为选进的MPEG4视频压缩技术和基于IP网络的视频传输技术，可以确保在5-10年保持系统的先进性；同时，由于采用了先进的VSIP的视频传输技术，不仅可以使系统无限扩展，而且可以和标准的IP网络产品实现无缝互联互通。
在未来的系统联网扩展或改造进程中，本方案书设计可以实现完全保护现有的投资。
2.3系统配置方案概述
根据信息网公司对系统提出的要求，我们经过慎重考虑，并结合我公司提供的产品的具体性能与优势，决定采用附图1.1所示的方案
图1.1
各机房内的监视摄像机及各种报警探头直接连入KITOZERKTR150e-T视频服务器。
视频服务器则直接挂接在机房内与园区内网络系统相连的交换机上，从而与位于信息网监控中心内的KITOZERServer系统服务器保持网络连接。
KITOZERKTR150e-T支持单播和组播（Multicast），因此如果网关的多播端口开放，则可以以多播方式与网络建立连接；如果网关的多播端口并闭，则以单播的方式与网络建立连接。
KITOZER系统支持分布式存储服务器。
如果各机房内需要进行录像，则可以在机房内配置一台KITOZERRemoteServer（远端存储服务器）用于存储机房本地的录像资料。
各机房内也可以要别建立自己的监视工作站，用于各机房的本地监控。
传输网络主要依赖于园区内的光纤网络。
由于KITOZER系统支持多播（Multicast），占用的带宽相对于其它解决方案要低的多，因此不会使网络负载太重。
监控中心主要由KITOZERServer系统服务器、KITOZER监视工作站构成。
如果需要将视频信号同时接入电视墙或模拟监视器进行集中监视，则需要采用KITOZERKTR150e-R将视频信号进行硬件解压，或者将视频工作站直接连入带有VGA视频接口的背投大屏幕。
这样可同时在园区网络系统连接的任何一台工作站上在授权机制下对各机房进行实时监视。
2.4系统设计规范
ISO标准---国际标准化组织制定的标准
IEC标准----国际电子技术委员会制定的标准
SI标准----国际标准单位制
GB标准----中华人民共和国国家标准
DL标准----中华人民共和国电力行业标准
ISO9000系列质量体系认证证书
CCITT国际电报电话咨询委员会标准
IEEE美国电气电子工程师协会标准
※《工业企业通信设计规范》适用于线路敷设
※《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94
※《电气安装工程施工及验收规范》GBJ232-90／92
※《防盗报警控制器通用技术条件》GB12663-90
※《安全防范工程的设计，安装与开通程序》ONC-TB201
※《民用闭路监控电视系统工程技术规范》GB50/98-94
※《火灾自动报警系统施工验收规范》GBJ50166-92
※《工业电视系统工程设计规范》GBJ115-87
其它国际通用标准
GB2887-89《计算站场地技术条件》
GB9813《微型数字电子计算机通用技术条件》
GB/T13702-92《计算机软件分类与代码》
GB/T15532-1995《计算机软件单元测试》
GB50171-92《电气装置安装工程盘，柜及二次回路接线施工及验收规范》
GB2423《电工电子产品基本环境试验规程》
SDJ9-1999《电气测量仪器装置设计技术规程》
SDJ2-88《110~500kV变电所设计技术规程》
DL476-92电力系统实时数据通信应用层协议
DL/T621-1997交流电气装置的接地
IEC529防护等级
IEC61000-4-2静电放电试验
IEC61000-4-3辐射静电试验
IEC61000-4-4快速瞬变干扰试验
IEC61000-4-5浪涌抗扰性试验
NDJG8-89火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定
中华人民共和国能源部《实现无人值班对调度自动化系统的基本要求》
C37.90.1-1974抗浪涌能力（SWC）测试导则
C37.1-1987用于监控、数据采集和控制系统的定义、技术规范和分析
3.系统设计
3.1技术说明
3.1.1术语表
PTZ（Pan/Tilt/Zoom）
在监控系统中，对云台的水平（Pan）、上下（Tilt）、和摄像机镜头的变焦（Zoom）、聚焦（Focus）、光圈（Iris）的控制。
预置位
云台的预置位：
将云台的某一个或多个方向，设定成为报警时调用的方向，当报警发生时云台若不在此方向，云台将自动转动到这一方向，而无需人为操作。
M–JPEG图像编解码标准
JPEG标准是为静止图像的编解码而制定的，又为连续图像规定了多种压缩方式可选，即ISO/IEC10918-1标准：
基线失真压缩、增强型失真压缩、无失真压缩及分层压缩等。
由于是对连续图像的编解码，我们称之为Motion-JPEG或MJPEG。
采用的是基线压缩方式，支持YUV4:
2:
2象素格式，目的是针对运动彩色图像的压缩与解压。
H.261图像编解码标准
1990年CCITT第15研究组制定了针对活动图像的P*64Kbps的编码协议—H.261,H.261可使数据速率压缩至P*64Kbps（P=1—20），一般在32—384Kbps时图像可达CIF、QCIF15f/s的图像质量。
H.261编解码方式适合在ISDN网或DDN、PSTN网上传输运动的图像。
H.263图像编解码标准
1995年CCITT又提出了更低比特率的视频编码方案—H.263建议，它基于H.261可将图像数据最低编码到20Kbps，通过电话线上以22.8Kbps的V.34MODEM传输，图像质量达到176*144或128*96分辩率下5—15帧/秒的水平。
MPEG-1
MPEG-1制定于1992年，为工业级标准而设计，可适用于不同带宽设备，如CD-ROM、Video-CD、CD-I。
它可针对SIF标准分辨率（对于NTSC制为352*240；对于PAL制为352*288）的图像进行压缩，传输速率为1.5M/秒,每秒播放30帧，具有CD音质，质量级别与VHS相当。
MPEG1的最高编码速率可达4-5M/秒，但是随着速率的提高，其解码后的图像质量会有所降低。
MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称用户线路（ADSL），视频点播（VOD）以及教育网络等。
MPEG-2
MPEG-2制定于1994年，设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。
MPEG-2所能提供的传输率在3-10M/秒之间，其在NTSC制式下的分辨率可达720*486，MPEG-2也可提供并能够提供广播级的视像和CD级的音质。
MPEG-2主要用于广播、有线电视网、电缆网络以及卫星直播提供广播级的的数字视频。
MPEG-4
与前两者不同，MPEG4于1998年11月份公布，原预计1999年1月投入使用的国际标准MPEG4不仅是针对一定比特下的视频、音频编码，更加注重媒体系统的交互性和灵活性。
MPEG4主要应用于视像电话（VideoPhone）,视像电子邮件（VideoMail）和视像电子新闻（ElectronicNews），其传输速率要求较低，在4.8K-64K/秒之间,即可达到176*144的分辨率。
MPEG-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术、数据压缩，以求用最少的数据获得最佳的图像质量。
MPEG-4的特点使其更适合于交互AV服务以及远程监控。
MGPEG-4很可能会被应用于三个领域内：
数字电视、交互式的图形应用（包括内容上的合成技术）、交互式多媒体领域。
3.1.2比较分析
压缩方式
M-JPEG、H.261、H.263三种编码方式都是针对低成本应用的编码方式，采用去除时域冗余的方法，尽可能的降低码流速率，在低带宽的信道上，实现运动图像的传输。
M-JPEG编码方式实现在400Kbps—2Mbps速率上传输CIF格式、每秒5—25帧的活动图像，在三种编码方式中图像质量最高；H.261编码方式采用了区域更新的方法，进一步降低了码流速率，实现在128—768Kbps的速率上传输CIF或QCIF格式、每秒5—25帧的活动图像，它比M-JPEG编码方式的数据速率明显降低图像质量略差于M-JPEG。
H.263编码方式是三种中数据速率最低的一种，它在H.261的基础上，增加了四种编码选项，将码流速率降到128Kbps以下，在9.6—128Kbps的速率上，传输CIF或QCIF格式、每秒1—15帧的活动图像，特别适合于在电话线上传输质量要求不高的活动图像。
对于MPEG标准分成二个阶段：
第一阶段（MPEG-1）是针对传输速度为1Mb/s到1.5Mb/s的普通电视质量的视频信号的压缩；第二阶段（MPEG-2）可以对分辨率达1440*1152高清晰度电视（HDTV）的信号进行压缩。
总体来说，MPEG在三方面优于其它压缩/解压方案。
首先，在一开始它就是作为一个国际化的标准研究制定，所以MPEG具有很好的兼容性；其它，MPEG能够比其它法提供更好的压缩比，最高可达200：
1；更重要的是，MPEG在提供高压缩比的同时，对数据的损失很小。
MPEG1与MPEG2相比，相对占用的硬盘空间要小，但质量差一些；而MPEG2质量好，但占用更多的硬盘空间，MPEG4则很好地结合了前两者的优点。
与MPEG1和MPEG2相比，MPEG4的特点是其更适合于交互AV服务以及远程监控。
MPEG4是第一个使使用者由被动变为主动（不再只是观看，允许你加入其中，即有交互性）的动态图像标准；它的另一特点是其综合性。
MPEG4的设计目标还有更广的适应性和可扩展性。
MPEG4试图达到两个目标：
A低比特率下的多媒体通信；B是多工业的多媒体通信的综合。
由此可见MPEG4压缩技术是一种适用在低带宽下进行信息交换的音视频处理技术，它的特点是可以动态的侦测图像各个区域变化，基于对象的变化而调整压缩方法可以获得比MPEG1及MPEG2更大的压缩比，压缩码流更低。
因而无论从清晰度还是从存储量上都比前（MPEG1及MPEG2）两者具有更大的优势。
正是基于以上的比较优势，我们在此方案中的选用了基于MPEG4压缩标准的KITOZER的压缩编解码设备（KTR150e）,可以确保监视画面质量高度清晰。
3.2系统概述
本方案书设计的远程监控系统以视频图像监视为核心，同时集成了报警子系统及远程控制子系统。
视频图像监视采用MPEG4压缩技术，对前端图像进行数字化压缩处理，形成的视频数据流以VSIP包的格式经由中间网络传送到监控中心。
在传输方式上，系统可以根据实际需要选择单播、多播、存储服务器多播及最合适的方式。
由于多播（Multicast）可以在占用一条视频流带宽的情况下为多个后端用户提供实时视频流，因此大大节省了网络资源，在建立多个监控中心、多用户监视、或者与上一级的监控网络相连时拥有强大的优势。
考虑到机房一般需要24小时连续监控，而且已经开始向无人值守的方向发展，集成报警及控制对于监控系统的可用性具有重要影响。
本系统主要通过KTR150e-T的RS485/422端口及I/O端口将报警和控制功能集成到一起。
前端摄像机通过RS485/422输出控制信号，而报警信号、门禁状态信号、灯光控制的输入/输出则通过I/O端口进行。
另外，考虑机房的夜间监控尤其重要。
若采用红外摄像机，不但价格很高，而且图像质量比较差。
采用可远程遥控的照明系统，则是一种经济实用的方案。
本方案设计集成了灯光的远程控制功能，利用KTR150e-T上的I/O端口，通过我公司专门设计的软件，可以在监控中心远程遥控机房内的灯光。
3.3系统特点
⏹系统模块化结构
系统软件与硬件全部采用模块化结构，各模块功能明确。
根据用户不同的要求组建模块从而实现多种配置与功能。
根据用户不同的要求组建模块从而实现多种配置与功能。
⏹高可靠性与稳定性
分站主机系统采用嵌入式结构与专用软件系统，无故障运行时间超过26000小时。
⏹采用MPEG4编码
MPEG4编码技术的采用，可以使本系统相对于其它编码格式的系统提供更清晰的监视画面及更低的带宽占用。
⏹网络兼容性强
系统前端主机提供10/100Base-T端口，可以直接接入以太网。
而且传输是基于IP协议，可以跨越不同类型的网络，网络兼容性强。
该特点可以使网络连通的任何地方都可以实现监控。
⏹可控制传输带宽
各路视频服务器数据传输带宽可根据需要限定，保证与其他设备共用网络通道传输数据时不相互影响。
该功能的实现将避免用户因使用图像监控而增加网络负载，影响其它数据的传输。
⏹远程维护
通过网络可对各前端视频服务器进行远程设置与维护，在系统遇到故障时可以远端恢复视频服务器的运行。
系统提供支持TCP/IP协议的局域网接口，可以使局域网内用户对远端站点进行网络化的统一监控管理，并交互使用数据、图表、视频等多种信息。
⏹软硬件紧密结合
监控中心可以通过软件解压用于网上监视，也可以通过硬件解压并接入监控中心的电视墙。
突破以往只能以硬件实现远程监控的局限性，充分体现了软硬件结合，实时性、可靠性与灵活性、实用性并存。
⏹应用了多播（Multicast）技术
多播技术可以在占用一条视频流带宽的情况下，为多个用户提供实时视频，非常适合于多个用户同时监视或建立多级监控中心的系统需求。
⏹多画面自动切换
可以多画面分割模式间自动切换，监视画面可全屏幕显示。
⏹界面友好
图形化中文界面，可全屏幕显示监视画面、视频显示、报警联动、操作控制一目了然。
3.4系统原理
系统流程
系统主要面向视频图像、报警及控制信号，以对于视频流和数据流（报警输入/控制输出）的处理为核心流程。
详见下图：
视频流
首先由位于远端机房的摄像机采集视频图像，经由KITOZER的KTR150e-T视频服务器对视频信号进行MPEG4编码压缩后，以VSIP数据包的格式将视频数据送入网络，形成基于IP寻址的VSIP视频数据流。
视频流进入科技园园区内的光纤网络系统。
设在监控中心的KITOZERServer通过园区网络系统取得视频流用于存储,KITOZERServer还负责监控系统各种应用程序的运行和客户端的登录管理。
KITOZERClient则负责对数据包进行软件解压，解压还原后的视频图像供用户在监视工作站上进行视频监视。
此外，KTR150e-R可以在软件解压的同时，对视频流可以进行硬件解压，解压还原后的视频流经矩阵或画面分割设备进入电视墙，供监控中心集中监控。
在整个视频流形成、传输及解压还原的流程里，需要补充说明以下几点：
⏹当同一个机房的摄像机数量较多而网络带宽或投资又有限时，可考虑用视频矩阵或画面分割器将前端的摄像机画面切换接入KITOZERKTR150e-T视频服务器。
如果需要对每个摄像机进行全实时监视而不是切换监视时，则需要为每一个摄像机配一个KTR150e-T视频服务器，或者采用KTR150e-T4可以同时接入4路摄像机（总资源仍然是30帧/秒。
后面硬件解压时，需要为一个KTR150e-T4配4个KTR150e-R。
⏹在视频流从前端的变电站到监控中心的传输机制中，KITOZER采用了先进的Multicast技术，该技术的采用使得在网络上提供一个视频流的条件下可以供多个监视点同时进行监视，大大节省了网络资源。
这一特点不仅可以保证多个用户同时进行监视时不会造成网络阻塞，而且非常有利于系统与上一级监控系统进行联网或者设立多个监控中心。
⏹KITOZERServer（Enterprise）目前可支持48个摄像机，可以在网络上运行多台服务器，并支持视频流的分布式存储。
信息数据流
信息数据流主要是包括前端云台控制、报警输入、灯光控制及烟感输入。
信息数据在前端的输入输出主要通过集成在KTR150e-T内的RS485/422自适应端口进行。
数据从KTR150e-T视频服务器与位于监控中心的KITOZERServer服务器之间的传输也以VSIP包的格式进行，因而可以与视频流同步，穿越各种不同物理结构的网络进行传输。
前端KTR150e-T视频服务器采集的报警信息传输到KITOZERServer系统服务器进行存储，同时可以设置为触发后端的KITOZERServer进行录像。
监控中心的KITOZERServer主要用于系统的后台管理，客户端的操作则可以集成在KITOZERClient上。
这样做的好处是即可以减KITOZERServer的负载，提高系统的稳定性，又可以方便操作员的日常使用。
本流程需要说明的是：
⏹KTR150e-T的RS485/422端口可以根据需要进行更多扩展，最多支持256个RS485/422控制模块，从而集成更多的前端设备。
接口及信息流程说明
前端的KTR150e-T提供了一个BNC视频输入口，一个RJ45的10/100Base-T接口，一个RS232口，一个RS485/422自适应端口及1个I/O端口（可根据需要进行扩展）。
监控中心的KTR150e-R则提供一个RJ45的网络视频流输入端口，一个BNC输出，一个RS485/422自适应端口，1个I/O端口。
摄像机的视频图像经过BNC视频输入口接入KTR150e-T视频服务器，然后通过RJ45端口进入网络，经光纤收发器进入光纤网传输至园区的监控中心。
报警及烟感探头的信号则经I/O端口进入KTR150e-T，也通过RJ45端口进入网络，传输流程与视频图像相同。
云台控制信号则由监控工作站经由传输网络送至前端设备，通过RJ45以太网口进入KTR150e-T，然后通过KTR150e-T的RS485/422自适应端口发送到解码器，通过控制线将解码后的指令送至云台完成控制功能。
灯光控制信号则是由监控中心经由传输网络送至前端视频服务器，通过RJ45以太网口进入KTR150e-T，然后通过KTR150e-T的I/O端口将信号送到控制器，实现灯光控制。
各接口技术参数如下：
⏹模拟视频口（BNC）
信号制式：
全电视信号PAL/NTSC只可选
信号输出电平：
1Vp-p，最大2V
输出接口：
BNC接头，75Ω阻抗
⏹RS485数据接口
数据接入速率：
9.6kb/s以下
数据接口方式：
异步
接头方式：
PIN
⏹RS232数据接口参数
数据接入速率：
9.6kb/s以下
数据接口方式：
异步
接头方式：
9针
4.系统结构
4.1软件结构
KITOZER系统软件目前采用Client/Server模式（也可支持B/S结构），服务器（Server）主要实现对用户、权限、系统设备及视频流存储等方面的管理功能。
客户端（Client）是由KITOZER监视中心（用于监视及摄像机控制）、KITOZER系统配置工具（用于系统配置和管理）及KITOZER播放器（用于回放）三个功能模块集成在一起构成的操作平台，可以提供实时监视、远程控制、系统配置、存储回放等功能操作。
整个KITOZER产品的软硬件产品均是基于TCP/IP协议进行网络通信，系统支持远程客户（Client）登录，远程登录的客户功能与局域网客户登录完全一样。
KITOZERKTR部分型号产品目前也可以支持IE浏览器，系统使用标准的浏览器作为远端客户机，提供在128位加密验证机制下的远程系统登录，系统的应用将因此而更加广泛和方便。
4.2硬件结构
系统主要由前端系统和监视中心系统组成。
前端设备主要实现视频信号采集和实时压缩。
监控中心系统主要实际对来自前端视频服务器的视频流进行实时解码显示、存储和回放，并提供系统管理功能。
前端系统是由KTR150e-T视频服务器、摄像机、探头（红外、烟感）、云台解码器及灯光控制器等组成。
KTR150e-T是目前国际上最为先进的视频服务器设备，其嵌入式结构具有极高的可靠性与稳定性。
KTR150e-T采用领先的MPE
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