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    MOXA智能以太网I/O在数字化安防中的应用———MOXA智能以太网I/O在数字化安防中的应用

    2009-01-07 MOXA——摩莎国际贸易(上海)有限公司

    导论

           I/O于一般安防产业的应用已相当广泛,只是多数应用仍沿用RS-485通讯接口进行控制,然而随着Ethernet通讯的不可逆转的普及趋势,以Ethernet为通讯接口的I/O产品渐渐在欧美成为主力,取代传统RS485接口的I/O已成为现实。

        传统RS485 I/O有着悠久的使用历史,对于小规模集中式的控制应用有着显著的应用优势,相应的Ethernet接口的I/O,则在大范围的周界监测及多点数的集中管理系统有突出的优势。因此本文将针对安防市场的趋势,以及Ethernet I/O的应用作分享,期望通过此文章使读者了解Ethernet网络及基于Ethernet的智能以太网I/O即将对数字化安防产业产生的冲击与影响。

    各自独立的传统安防系统

        传统的安防系统,系统各自独立:门禁控制、视频监测及入侵报警分开,除了技术瓶颈外,通讯上缺乏一个频宽够大可提供高度整合的通讯介面也是个不争的事实。以录像为例,最早的录像机以及录像带将所有的影像进行本地端的储存,而监看也只能透过同轴电缆连接的监视屏幕进行监看,而I/O入侵侦测及告警的部分则是与影像监控分开。

        随着数字时代的来临,录像技术也跟着进步,所有的影像可以更小的空间以及更方便的格式进行本地储存,顺应这样的技术演进,DVR应势出现,对于I/O的控制也逐渐的整合进DVR系统,并可以更精准的对入侵等告警事件进行反应。不过这样的系统,在通讯上并没有明显的进步,所有的数据资料都仅能在本地端进行储存,对实时告警及连锁反应并没有根本性的改良,实时的安全防护仍仰赖于安全人员于本地进行监控,也就是说, 安防系统是相当分散并各自独立的。在这样的系统架构下,RS485携着长距离通讯、级联、及双向通讯的优势,于I/O控制上占有绝对的市场优势。

        随着全球化以及经济的发展,人们对安全的要求也逐渐提高,过去的分散式小系统的应用架构在效能上渐渐不符经济效益,大型公共工程的开发,也逐渐的对安防产业造成冲击,人们开始对实时并集中的管理架构开始产生需求,安防产业也逐步的转向Ethernet为通讯介面的系统发展,NVR与Hybrid DVR也应运而生,同时也开启了安防系统整合的无限可能。

     

    高度整合的Ethernet安防系统

        近年来Ethernet高速发展,稳定性以及应用高度也逐渐开拓,商用及工业领域对Ethernet的需求也逐渐提高,统计显示,过去Ethernet每年以30-40%成长率高速成长,Y08成长率略有下滑,仍有29%的高成长率,显示市场已开发并逐渐达到饱和阶段。安防产业也不例外,以Ethernet为基础的应用逐年增多,以数字录像技术而言,2005年以Ethernet为基础的录像技术已超越DVR,并预期在2009年超过模拟式摄像机。

                                                

        录像技术迈入Ethernet纪元,象征着影像储存及处理均可以在集中的地点进行,过去搭配RS485 I/O的入侵侦测与告警系统现在也可以搭配监控软件集中管理。简单的说,Ethernet对安防产业带来下列好处:

    1.        高通讯频宽

    2.        高整合性

    3.        集中管理

    4.        不受距离限制

    5.        支持网络浏览器

        为了让各位读者更容易了解Ethernet对安防产业的好处,让我们举一个应用案例来进行说明。试想,在一个国际机场,安全单位希望能够对飞机跑道及周界进行入侵侦测及视频监控。机场跑道占地广大,跑道周围必须驾设成百上千的摄像机、传感器及告警灯&号等,在视频监测应用上,传统的DVR架构仅能将机场进行切割,分区管理。入侵侦测应用上,传统RS485 I/O需搭配控制器对周边传感器进行监控,然而RS485 I/O必须仰赖控制器轮询采集,一旦发现传感器被触发,随即使用控制器触发警报,不过这样的轮询架构有着潜在的安全危机。因为轮询产生时滞,无法做到真正的实时,因而在轮询的通讯机制下容易出现漏报,而产生安全漏洞。

         相反的Ethernet因为频宽较大,所有的影像及入侵告警讯号都可经由Ethernet集中管理,现今Ethernet网路频宽可达10Gbps,对于影像以及告警讯号处理是游刃有余。更重要,Ethernet作为多种通讯协议的载体,让主动发报的通讯策略的实现成为可能。这样的通讯技术给合I/O的控制,也就构成了今天我们的主角“智能以太网I/O”。回到我们刚刚的的例子,有了Ethernet与智能Ethernet I/O不仅影像可以集中在中控室进行管理,I/O告警讯号也可以主动发回中央控制端,避免轮询所产生的安全漏洞,I/O CGI command的功能轻松实现与数字摄像头的联动,大大提升视频监测的有效与实时性。

    基于Ethernet数字安防系统的局限

         虽说Ethernet频宽够大,但将所有影像讯号透过Ethernet传输仍难免会遭遇频宽消耗过大的问题,为了克服这样的事实,安防产业研发出许多影像压缩技术,以期减少频宽消耗。此外,为增加系统可靠性,安防系统一般会要求除频宽消耗外,也需注意终端主机系统资源消耗不可超过一定比例,也就是说除影像处理外,若能将I/O告警讯号及其控制能尽量依靠终端装置进行处理,将会有效的减轻系统资源消耗。为解决这样的问题,让我们进一步的介绍智能以太网I/O能为数字化安防系统解决些什么。

     智能以太网I/O带来的好处

        先前所提及的轮询的架构其实并不只存在传统的RS485 的I/O信号监控上,事实上多数市面上的Ethernet接口的I/O也是依靠前端控制器或者主机的轮询进行监控。不过MOXA的新一代的智能以太网I/O,它不但具有一般控制器所具有的前端逻辑控制能力(Event Response Logic),可用于本地数据采集或者输出控制,还可以通过多种通讯协议主动发送告警讯号(定时&遇变发送策略),有效的减少频宽以及系统资源的消耗。

    实验室实测结果如下:

      以此前的机场周界及跑道的安防系统再作说明,该安防系统使用大量的数字摄像机以及PTZ,且这些摄像机往往需要与I/O告警信号进行联动,例如一个人企图入侵机场跑道,除现场告警灯、喇叭警告外,中央控制室的人员亦需知道该入侵事件的现场画面并对画面做出实时纪录,在一般的Ethernet I/O应用中,中央控制电脑在读到I/O告警事件后会对数字摄像机或者PTZ做出摄像或者转向命令,在一连串的动作中,这些信号的往返及轮询都将消耗频宽及系统资源且实时性非常差。倘若现在使用智能以太网I/O,将不只是主动的将告警信息透过Ethernet上传,同时也可以不通过中央监控主机进行对前端数字摄像机或者PTZ发布CGI(Common Gateway Interface)命令,直接进行转向或者摄像。

            

    MOXA的解决方案示例如下:

     

        针对一般使用网络浏览器进行监控的应用更可以利用这样的技术完成即时监控,并节省建置成本,其主要原因是智能以太网I/O可以主动的发送基于浏览器的CGI命令,因此不论是否跨网段或是跨Internet的应用均可轻松架设,无需担心轮询所造成的困扰。

    结论:

         随着以太网络的兴起,安防系统的逐渐走向网络化,使得安防系统得以整合集中管理。然而以太网络的安防架构也因为高度整合面临频宽及系统资源消耗的问题,如何享受以太网络为安防产业带来的好处的同时,兼顾系统资源消耗也成为重要的课题。智能以太网I/O为安防系统集成商以及用户提供了另一个更实时更省系统资源的选项。在欧美,这样的系统已经被许多大型公共建筑所采纳,相信在经济腾飞的中国,这样的系统将会为数字化安防的行业应用升级做出应有的贡献。

    Source: ARC Advisory Group

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