1、设备接入层

设备接入层是指来自前端的摄像机视频信号和报警信号接入到整个网络的方法和传输媒介。设备接入层一般由前端摄像机、入侵报警系统、传输线缆、本地记录、视频编解码等设备组成，有些系统可能还包含有模拟视频矩阵。

一个城市报警与监控技术系统应该支持多种传输方式和传输媒介。

图二：图像信息的多种传输方式

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2、网络传输层

网络传输层是指接入到网络的摄像机视频信号和报警信号的转发和流通媒介。

网络传输层内包含一个非常重要的组成部分——信息加密。前文我们提到城市报警与监控技术系统实际上是一个大型网络系统，由于这个网络内传输内容的特殊性，该网络系统以专网方式存在。专网可以是单独搭建的网络，也可以是在已有网络构架上使用VPN技术搭建的虚拟专网，利用隧道技术对传输的视频图像信息、报警信息进行封装，达到信息加密目的。

3、应用管理层

应用管理层是指整个网络系统的信息资源调配和管理中心。应用管理层一般由计算机服务器、数据库、大容量存储设备、大屏幕显示设备等硬件设备以及核心管理软件组成。
应用管理层主要完成如下的任务：
1) 访问控制——各种接入与应用请求的审核。

2) 分发和转发——视频信息和报警信息的分发和转发。

3) 配置和巡检——设备参数配置和健康状态检查。

4) 存储和检索——信息的存储和快速检索。

5) 故障服务——保证系统内局部的故障不至于在整个系统内蔓延。

4、第三方接口层

第三方接口层是指通过应用管理层将相关的信息转换为公安指挥系统能够识别和接收的信息格式，将图像信息、报警信息发送到公安指挥系统的方法和媒介。

二、城市报警与监控技术系统整体网络结构和管理策略

城市报警与监控技术系统具有网络形态，是一个网络系统，并通过网络使用TCP/IP协议以及一些特殊的策略完成视频信息、报警信息的传递、分发、存储、检索以及在中央管理中心的管理下对系统健康状态检查，保证系统安全、可靠、稳定运行。一个城市内可能安装有数百只、数千只、数万只甚至数十万只摄像机，这些摄像机以分布式的形态分散于城市的各个位置，并且这些摄像机的图像信息并不是仅仅停留在某一个终端，它们会“按需”分配给位于不同物理位置的相关部门，也就是说这些图像信息是“流通”的。我们不能设想单纯依靠传统模拟视频矩阵联网的低效率方式以及使用公安信息网的有限的带宽资源传输和管理海量的数字视频信息和报警信息（最起码目前的技术不能保证在某个单一物理网络内承载如此海量的视频信息），因此，城市报警与监控技术系统原则上以构建于电信运营商的公用IP城域网为宜，充分利用IP城域网已经网格化的资源、IP城域网巨大的“海绵式”承载能力、IP城域网技术的不断发展以及专业的网络运营商的技术和资金实力，采用和吸收IPTV的技术构架的优点搭建城市视频监控报警综合信息服务平台，同时采用VPN技术保证信息传输通道安全。如果电信运营商能够提供独立的专网为最佳。

作为一个城市级别的数字视频监视系统必须具有一定的对视频流、设备的合理管理策略。普通的TCP/IP协议不能满足复杂的城市级别、大量的数字视频联网需求。在本章中，我们以辽宁省鞍山市为例介绍城市级网络化视频监控报警系统联网应该采取的策略。
1、分布式、多服务结构

整个系统分为三级结构，逐级管理，区域归属，在大的联网控制和同步通讯前提下可独立运行。拓扑图见下图：



图三：分布式、多服务结构拓扑图

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2、多级目录服务

目录（Directory ）是整个系统所有配置信息的中心存取库，平台目前使用SQL2000 Server数据库。目录服务在整个系统中负责各种应用的分配，可以理解为一个消息中心或控制中心。
在一个城市级的网络化视频监视系统中，目录服务不仅仅是一个，而应该是多个，并以多级的形态存在，具有树状结构。平台内存在一个主目录服务，所有的从目录服务通过与主目录服务保持同步的方式协同工作。



图四：多级目录结构拓扑图

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整个系统具有故障服务能力（简称FOS=fail over service）。故障服务包括故障发生时的切换服务和故障修复后的系统自愈合能力。

3.1故障切换服务

故障切换服务就软件技术来讲分为三个方面，一是目录服务故障切换服务，二是转发、存储故障切换服务，三是设备接入服务故障切换。


图五：多级目录服务、录像服务、转发服务备份以及网关备份

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3.2系统自愈合能力

故障切换服务保证了系统内的各种应用在出现故障时仍然可以继续工作，在故障排除后，系统自动（或）手动恢复到故障前的状态。

4、特殊的设备寻址能力

对于一个运行于IP城域网的城市报警与监控技术系统来讲，其所面临的网络环境要较单一物理网络复杂得多，它可能不仅仅是一个城域网，还有可能是城域网与自建私网的组合。同时整个系统容纳的视频流的数量是巨大的，集中式的视频流管理和处理机制就会面临动态IP问题、组播问题、设备过路由跨NAT（网络地址转换）问题、视频流管理和转发服务器处理能力问题以及因网络“聚焦效应”带来的网络瓶颈问题等等。在这种复杂网络环境下，除前面说提到的软件管理平台必须有分布式、多服务（或多中心）、故障服务能力之外，编码设备也需要具有特殊的机制以适应大规模、复杂环境下视频流传输工作。

这个特殊的机制就是“前端编码设备主动寻址”。

目前的网络视频管理平台（软件系统）绝大多数使用被动寻址的方式在管理服务器和编码设备之间建立联系，即服务器要知道前端编码设备(如PC-DVR，嵌入式DVR或网络视频服务器)的IP地址或由DDNS(动态域名解析)提供前端设备的IP地址。

为解决若干编码设备或一群编码设备联网问题，我们需要建立一个中间件-视频流管理和转发服务器（Stream Server）。这个服务器具有强行“唤醒”能力，完成与每一个编码器强行建立联系的任务，同时负责将视频流按需发送到观看目的地，我们称之为-转发。拓扑图见下图：


图六：转发服务示意图

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通过上面的拓扑图我们可以发现，在编码设备处于动态IP环境时，中间件服务器（Stream Server）是否能够找到编码设备取决于第三方的DDNS服务。

通过上面的理论分析，我们可以得出这样的结论：这种依赖于“第三方服务的联网方式”的可靠性完全取决于第三方的DDNS服务器的工作状态。如果这个DDNS服务器服务出现问题，所有的编码设备就全部在系统内消失了。因此，这种被动式的联网方式不适用于完全部署于IP城域网的城市级别报警与监控技术系统，仅适用于单一物理网络内的联网任务。当然，除这个主要因素之外，这种联网方式不能部署多服务（多中心）故而不能有效地分散网络“聚焦效应”带来的网络瓶颈问题以及不支持故障服务切换等特殊的管理策

编码设备始终寻找一个固定的IP地址，这个IP地址处有视频流管理服务器（我们称为网关服务、转发服务和目录服务）。这个IP地址事先保存在每一个编码器程序内，我们称之为远程IP（Remote IP）。通过这种机制，我们甩掉了第三方的DDNS服务，系统的可靠性由过去的不可控变为可控。这种机制对于网络视频来讲具有革命性的意义。

编码器具备这种机制后，很多困扰依赖第三方服务的联网方式中的问题就应迎刃而解了。如DDNS服务问题、编码设备过NAT问题、多服务（多中心）问题、故障服务问题等等。



图八：设备过NAT（网络地址转换）示意图


图九：多目录（多中心）服务示意图

图十：网关故障服务示意图

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5、网络存储服务

在公用IP城域网的IDC机房内，原则上拟通过网络存储构架（SAN、NAS等）为所有的视频流（CIF=352x288分辨率）提供平均7天的大容量网络存储。同时，在这个位置使用网络存储构架为二级平台、三级平台以及行业用户提供虚拟存储空间，存储空间的管理由平台中央管理中心和专业存储设备制造厂商提供的存储管理系统共同负责。总体的存储容量预计为88TB。将适用SAN（存储网络）解决大容量存储带来的图像检索、负载均衡、以及重要图像备份等问题，同时使用生命周期管理（ILM）对存储的图像信息进行使用频率分析，提高存储效率。存储方案中将采用磁盘存储和磁带存储相结合的方法，在保证存储时间、效率、可靠性前提下有效减少投资。

6、电话线报警和网络报警相互关联

对于有视频监视摄像机和前端报警系统的技防系统，平台将对单一报警源提供电话线报警和网络报警两种报警模式，通过对一个单一报警源提供两种报警通道的方式提高报警的可靠性。两个系统的关联在二级平台进行。结构功能示意图：