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一种数字化综合安防系统的设计与实现.docx
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一种数字化综合安防系统的设计与实现.docx
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近几年政府与行业机构颁布若干安防领域的相关政策与规范,表明安防建设已经上升
为国家战略发展目标之一,具有十分重要的意义。在《中国安防行业“十三五”发展规划》
中提到我国安防行业未来几年发展目标,目标明确指出安防系统建设向高效协同互联与多
领域融合方向转变,证明我国的安防体系正从单一、分散的传统模式架构转向数字化、综
合化、智能化的方向发展
[1]
。同时安防系统已经不再是仅局限于军工、民航、政府等特殊
领域,已逐步融合至教育、金融、民用安全等多个领域。因此,开发数字化综合安防系统
对相关领域部门及社会各界具有积极的影响,其未来具有广阔的发展前景与空间。
在安防领域综合安防系统方面的研究已经积累了一些成果。文献[2]根据国内轨道城市
安防需求,设计与实现了一套综合安防系统解决方案,对系统的总体架构、管理模式、关
键技术和运营等方面进行了详细阐述与讨论,并对未来轨道城市建设中的综合安防系统发
展方向进行了展望;文献[3]介绍了一种应用于军区岛礁等特殊环境的综合安防系统,分析
与研究了 SOA 体系下的安防系统架构设计思路,用于解决军区特殊环境下安全与信息管理
等问题;文献[4]通过建立系统可靠性框图模型对安防系统可靠性进行评估;文献[5]提出一
种基于物元分析的安防系统可靠性评估方法,对安防系统可靠性进行了量化评估分析。
本研究介绍了一种数字化综合安防系统,并对系统关键设计要点进行研究与讨论,该
系统由监控软件、通信网络、系统服务集群、前端监控设备组成,主要功能包含视频监
控、周界防护、消防管理、门禁控制、网络对讲、电子巡更 6 个安防模块,用户可通过以
上安防功能对目标进行多角度、多层级的全方位监控。可设置系统警情触发条件、范围、
触发优先级等参数,当无人值守时系统各部分安防模块可协同工作,当发生异常情况时模
块间可进行协同联动工作,对警情进行实时处理并通知相关技术人员情况。针对系统关键
设计要点,对系统总体架构、服务设计、消息传输与组件化机制 3 个设计要点进行介绍。
系统架构总体分为 4 层,分别为应用服务层、系统业务层、系统数据层、基础支撑层。划
分层级的意义在于明确功能与模块业务边界使系统具有良好的扩展性,降低逻辑之间的耦
合度,同时便于未来的维护与升级。考虑到模块间的实时高效通信问题,同时为了进一步
增强系统的可扩展性,系统实现了消息传输与组件化机制,主要由消息队列、负载均衡、
消息路由、模块加载器 4 部分构成,系统引入消息传输机制提高了服务时效降低系统整体
负载,新增资料与模块亦可通过组件化机制实现快速上线扩展,有效提升系统可扩展性和
适应能力。针对性能问题对系统服务进行拆分,并引入服务发现、服务注册、服务检测机
制对系统服务集群进行统一维护与管理,确保系统在高负载情况下提高容错率保持良好响
应。服务拆分将系统关键服务拆分为中心管理服务、监控服务、流媒体服务、数据服务四
大服务,每个服务部分可以单独部署、维护与升级,系统可形成服务集群提供高质量稳定
服务。服务注册机制采用动态配置对系统各服务进行注册管理,避免了传统静态部署带来
的后续可维护性问题,服务发现机制提供了一种服务协调机制,确保安防各子服务能够彼
此发现保证系统服务的可靠性,服务检测机制负责服务集群整体状态管理与维护,实现系
统平稳高效运行。系统通过以上优化设计实现对目标全方位监控功能,同时较好地提升了
整体服务质量与访问性能,具有较高的可靠性与稳定性,可适应日益增长的业务需求。
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1. 系统总体架构
数字化综合安防系统总体架构是系统业务构成,由宏观至微观的条理化描述,架构层
级由上至下分别为系统服务层、系统业务层、系统数据层和基础支撑层。架构设计降低系
统整体复杂度与模块之间耦合度,确保系统整体的可扩展性与后期可维护性。
数字化综合安防系统总体架构如图 1 所示。应用服务层直接面向用户提供系统功能并
简化操作逻辑。系统不仅可以提供基本安防功能,还可根据需要定制与配置系统,利用设
备部署功能对设备进行添加、删除、分组等操作,实现动态化部署,达到最大化适应现场
环境的目的;考虑到现场可能存在原先部署的系统,通过第三方接入功能实现新老系统的
对接与融合,以充分利用现有资源;根据部署规模的不同,系统提供 tcp、http、rpc、
socket 等多种通信方式以适应需要;为提升目标区域的安全性,通过系统配置安防模块联
动规则,警情触发条件、范围、优先级等属性实现多层次的集中监控。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87292164/bg4.jpg)
系统业务层是整个系统业务规则、逻辑和函数的集合,主要包括监控子系统和系统服
务两大部分。监控子系统提供安防相关业务逻辑支撑,同时对模块功能、设备接口进行统
一描述,保证层级无差异调用。系统服务包含系统关键部分,消息服务负责组件与应用之
间通信,保证消息可靠传输。消息服务是整个系统的消息中心,系统其它服务与组件依赖
此机制进行信息的交互;文件存储提供集中统一式文件管理与存储服务;多级缓存和负载
均衡消除不同模块设备之间 I/O 速率差异并消除负载尖峰,防止突发流量对系统的冲击;
日志记录服务供开发人员分析系统总体运行情况;设备检测服务通过心跳检测等方式检测
前端监控设备状态,对系统各子服务进行实时监控与检测,保证其正常运行与自动化管
理,当发生突发情况时,能够自我恢复,实现系统平稳正常运行。当设备发生异常时,进
行切换、告警等操作,保证监控功能的持续性。
系统数据层主要提供数据存储、提取、传输等功能,系统数据主要包括监控数据和系
统数据 2 个部分。考虑到对数据实时性访问与安全性等方面需求,具体表现在实际生产环
境中,单数据库同时承担所有数据操作未能满足实际生产需求,尤其是针对监控系统这种
数据高并发,且存在大量读写请求的场合,因此引入数据读写分离与主从备份方案。当数
据请求到达数据层时,首先会经过数据路由分类将请求打散至不同数据库,防止大量请求
对同一个数据库的冲击。同时根据数据特征将数据分类至不同数据库,并对不同数据库进
行特定优化,例如针对读操作数据库建立全局索引、联合索引等机制强化查询与读取能
力,针对写操作数据库进行分库分表、限制并发连接、实行小事务等机制,减少由写等后
续操作带来的延迟。为防止不可控因素对数据的破坏,使用主从备份的方式对数据库进行
热备份,从部署规模考虑,可采用双机热备或多级热备,考虑到数据量问题,如果数据规
模一般,可使用全量备份对数据进行完全拷贝,对于大数据可使用增量备份即记录 binlog
日志文件,通过日志文件恢复目标数据。
基础支撑层是整个系统运行的基础,包括操作系统、网络链路、监控设备等软硬件基
础设施。
2. 系统服务设计
系统服务设计针对业务需求及其领域,按照业务边界和拆分原则,对系统服务进行拆
分与设计,利用服务注册、服务发现与服务检测机制,对服务集群进行维护与管理。
2.1 服务拆分与设计
为避免集中服务所带来的计算与 I/O 瓶颈,根据服务拆分原则将系统拆分为中心管理
服务、监控服务、流媒体服务、数据库服务四大服务,每项服务可部署在独立的服务器
中,最终系统形成集群,提供高质量服务。
为确保系统各子服务能够稳定高效运行,对服务进行合理部署,系统服务部署图如图
2 所示。
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