ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА

Полезная модель относится к большим локальным системам мониторинга, а именно к их физическому уровню, построенному в виде большой системы, интегрирующей локальные сети видео- и аудиомониторинга в территориальные сети мегаполиса (Megapolis Area Network, MAN).
Известна система видеонаблюдения (патент RU 2268497 С2 от 23.06.2003). Система содержит, по меньшей мере, одну видеокамеру, одно вычислительное устройство с памятью и с базой данных с возможностью записи в нее новой ситуации для хранения в базе данных, карту-модель контролируемого системой пространства, сформированную в памяти вычислительного устройства, терминал наблюдения, приспособленный для информирования оператора и для анализа оператором карты-модели.
Недостаток данной системы видеонаблюдения в том, что в ней не предусмотрена территориально распределенная сеть видеокамер и интегрированная система сбора, передачи, вывода и хранения в архиве информации с множества видеокамер, а также предоставления доступа к текущей и сохраненной в архиве информации определенному кругу лиц. Кроме того, в системе не предусмотрен сбор, передача и хранение других видов информации, например, данных о различных параметрах контролируемых технических систем.
Известна интегрированная система многоканального видеонаблюдения за состоянием объектов (патент RU 2250504 С1 от 18.07.2003). Система содержит блоки видеонаблюдения, включающие видеокамеру и микрофон, кабельные передатчики телевизионного сигнала, блок сложения диапазонов в
единую телевизионную кабельную магистраль с коаксиальным кабелем, которая подключена к входу телевизионного приемника или компьютера, снабженного платой расширения, позволяющей принимать и выводить одновременно на экран изображения нескольких объектов наблюдения. В системе предусмотрено архивирование изображений с видеокамер, синхронизированных со звуком, и пульт управления в выделенном месте.
Данная система имеет те же недостатки что и предыдущая система, но, кроме того, в ней осуществляется передача данных через коаксиальный кабель при ограниченной скорости и мощности информационного потока.
Известна система мониторинга (патент RU 2295775 С2 от 24.02.2005), содержащая группу объектовых блоков аудио и видеонаблюдения, сигнализации, контроля, объектовый маршрутизатор с контроллером связи и модулем создания виртуальной частной сети связи, выполняющий также аутентификацию пользователей сети; пульт наблюдения с сетевым маршрутизатором, входы-выходы которого через контроллеры связи, через входы-выходы пульта наблюдения, через каналы связи и входы-выходы пульта наблюдения соединены с входами-выходами объектовых маршрутизаторов. В системе мониторинга предусмотрено выполнение канала связи в виде волоконно-оптического канала и других каналов связи (проводного, спутникового, радиоканала, GSM, Wi-Fi и др., через сеть Интернет). В системе мониторинга предусмотрена также возможность соединения группы объектовых блоков и группы пультов наблюдения локальной сетью связи через модули концентраторов.
Недостатки данной системы мониторинга: не раскрыты средства сбора и передачи больших объемов информации от сотен тысяч или десятков тысяч видеокамер и других технических средств мониторинга в реальном времени при скорости более 1 Гб/с, а также ее записи в архивы для долгосрочного хранения; не раскрыты средства сокращения времени доставки информации пользователям; отсутствуют сетевые средства расширения зоны мониторинга (территории, числа объектов).
Известны локальные сети, имеющие кольцеобразную топологию с одним физическим кольцом, объединяющим коммутаторы или маршрутизаторы (Олифер В.Г., Олифер Н.А. Новые технологии и оборудование IP-сетей. -С.-Пб.: БХВ-Петербург, 2001: с.349, рис.3, 66, с.255, рис.3.25) [Заявка ЕР 0677935 А1 от 13.04.1994], что позволяет создать разветвленную компьютерную сеть.
Недостаток известной локальной сети - невозможность объединения десятков тысяч технических средств мониторинга, распределенных на большой территории (город, мегаполис) и передающих информацию в единый центр с целью ее архивирования для длительного хранения, а также обеспечения доступа к ней ограниченному кругу пользователей.
Cisco systems предлагает сложные интегрированные системы, включающие кольцевые сети, использующие стандарты SONET и Ethernet (http://wdm.stanford.edu/marin.html). Такие системы являются дорогостоящими как при создании, так и при эксплуатации.
Известна сеть с расширенной топологией, состоящая из множества сетевых элементов, объединенных в систему взаимосвязанных колец (заявка WO 2005/122480 А2 от 5.06.2005). В одном кольце может быть несколько сетевых элементов, к портам каждого из которых присоединены источники информации или пользователи.
В кольцевой Ethernet/IP архитектуре сети в узлах доступа помещены коммутаторы или маршрутизаторы (заявка WO 2004/075462 от 16.02.2004).
Первый недостаток этих сетей с расширенной кольцевой топологией в том, что информация от любого узла одного из колец сети может поступать к любому узлу другого кольца сети, что неприемлемо для сети системы мониторинга. Второй недостаток - отсутствие ограничения числа узлов в каждом из колец сети, что существенно снижает надежность доставки пакетов информации из узлов одного кольца к узлам другого кольца вследствие задержек в передаче пакетов информации в каждом узле кольца.
Известна интегрированная система мониторинга (журнал «Системы безопасности», октябрь-ноябрь 2005 г., №5 (65), с.63-64), физический уровень которой включает:
локальные технические средства мониторинга ситуации (видеокамеры, пульты экстренной связи и т.д.) на обследуемых объектах (подъезды, дворы и т.д.), обеспечивающие получение информации;
локальные узлы мониторинга, имеющие аппаратные средства приема, преобразования и формирования первого уровня потоков информации в виде цифровых данных;
локальные центры мониторинга, оснащенные аппаратными и программными средствами, принимающими, обрабатывающими и сохраняющими в серверах архивов потоки информации первого уровня и предоставляющие доступ к потокам информации первого уровня через сеть шлюзов, формирующих второй уровень потоков информации в виде цифровых данных;
главный телекоммуникационный центр мониторинга, имеющий центральный шлюз, агрегирующий потоки информации второго уровня, сервер оперативных баз данных и сервер ретроспективных баз данных, сохраняющий потоки информации второго уровня;
сервер геоинформационной системы, обеспечивающий картографическую привязку контролируемых объектов с размещенными на них локальными техническими средствами мониторинга, маршрутизатор доступа, обеспечивающий доступ к информации, сохраняемой в серверах оперативных и ретроспективных баз данных и формирование потоков информации третьего уровня;
центры пользователей, оснащенные аппаратными и программными средствами и автоматизированными рабочими местами (АРМами) пользователей, обеспечивающими доступ к потокам информации третьего уровня;
сеть волоконно-оптических каналов связи локальных технических средств мониторинга и аппаратно-программных средств локальных узлов и
центров мониторинга, главного телекоммуникационного центра мониторинга и центров пользователей.
Недостатки вышеописанной интегрированной системы мониторинга в том, что в ней не раскрыты сетевые средства территориального расширения зоны мониторинга, сбора и передачи больших объемов информации от десятков и даже сотен тысяч локальных технических средств мониторинга, в особенности от видеокамер, в реальном времени при скорости 10 Гб/с, а также предоставления доступа в режиме реального времени к видео-, аудио- и другим видам информации.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - создание интегрированной системы мониторинга, имеющей сетевые аппаратные средства и топологию сети, обеспечивающие сбор, передачу, хранение и доступ в реальном времени к большим потокам информации от десятков тысяч и сотен тысяч локальных технических средств мониторинга, распределенных на большой территории, например, современного мегаполиса.
Техническая задача решена в интегрированной системе мониторинга, которая включает:
множество локальных систем мониторинга, каждая из которых состоит из локальных технических средств мониторинга ситуации на объектах, обеспечивающих получение информации; локальных узлов мониторинга, имеющих аппаратные средства приема, преобразования и формирования потоков информации первого уровня в виде цифровых данных; локальных центров мониторинга, оснащенных аппаратными и программными средствами, принимающими и обрабатывающими через сеть пограничных шлюзов потоки информации первого уровня, формирующими в едином стандарте интерфейсов потоки информации второго уровня в виде цифровых данных для сохранения их на серверах территориально распределенных архивов и предоставления пользователям;
главный телекоммуникационный центр мониторинга, имеющий:
центральный шлюз, агрегирующий потоки информации второго уровня и формирующий потоки информации третьего уровня, серверы оперативных и ретроспективных баз данных, сохраняющие потоки информации второго уровня;
сервер геоинформационной системы, обеспечивающий картографическую привязку контролируемых объектов и локальных технических средств мониторинга;
маршрутизатор доступа к потокам информации и к информации, сохраняемой в серверах главного телекоммуникационного центра и локальных систем мониторинга;
центры пользователей, оснащенные аппаратными и программными средствами, включающими маршрутизаторы, соединенные каналами связи с маршрутизатором доступа и АРМами центра пользователей, обеспечивающими доступ к информационным потокам третьего уровня;
сеть волоконно-оптических каналов связи локальных технических средств мониторинга и аппаратных средств локальных узлов и центров мониторинга, главного телекоммуникационного центра мониторинга и центров пользователей;
при этом аппаратные средства локальных узлов мониторинга имеют множество коммутаторов, соединенных между собой волоконно-оптическими каналами связи в многоуровневую сеть, состоящую из колец, в каждое из которых входит не более семи коммутаторов; по меньшей мере, один из коммутаторов кольца нижнего уровня многоуровневой сети соединен волоконно-оптическими каналами связи с одним из коммутаторов кольца более высокого уровня или смежные кольца разных уровней имеют, по меньшей мере, один общий коммутатор; к портам коммутаторов колец присоединены локальные технические средства мониторинга; кольцо, включающее коммутатор локального центра, является для локальной системы мониторинга кольцом высшего уровня; один порт коммутатора каждого локального центра соединен с портом пограничного шлюза локального центра, а порт
каждого пограничного шлюза локального центра мониторинга соединен с портом дополнительного коммутатора, который соединен с портом центрального коммутатора главного телекоммуникационного центра, второй порт коммутатора локального центра соединен с портом сервера архива локального центра, другие порты коммутатора локального центра соединены с АРМами внутренних пользователей локального центра.
Многоуровневая кольцевая сеть является сетью Ethernet, организованной по стандартам IEEE 802.3. В предпочтительном варианте сеть Ethernet организована по стандарту IEEE 802.3z технологии Гигабит Ethernet.
Решение поставленной технической задачи достигнуто введением в интегрированную систему мониторинга новой совокупности отличительных признаков: аппаратные средства локальных узлов мониторинга имеют множество коммутаторов, соединенных между собой волоконно-оптическими каналами связи в многоуровневую сеть, состоящую из колец, в каждое из которых входит не более семи коммутаторов; по меньшей мере, один из коммутаторов кольца нижнего уровня многоуровневой сети соединен волоконно-оптическими каналами связи с одним из коммутаторов кольца более высокого уровня или смежные кольца разных уровней имеют, по меньшей мере, один общий коммутатор; к портам коммутаторов колец присоединены локальные технические средства мониторинга; кольцо, включающее коммутатор локального центра, является для локальной системы мониторинга кольцом высшего уровня; один порт коммутатора каждого локального центра соединен с портом пограничного шлюза локального центра, а порт каждого пограничного шлюза локального центра мониторинга соединен с портом дополнительного коммутатора, который соединен с портом центрального коммутатора главного телекоммуникационного центра, второй порт коммутатора локального центра соединен с портом сервера архива локального центра, другие порты коммутатора локального центра соединены с АРМами внутренних пользователей локального центра.
Многоуровневая кольцевая сеть является сетью Ethernet, организованной по стандартам IEEE 802.3. В предпочтительном варианте сеть Ethernet организована по стандарту IEEE 802.3z технологии Гигабит Ethernet.
Указанная совокупность отличительных признаков является новой, так как не обнаружена в источниках патентной и другой научно-технической информации.
На фиг.1 показана схема интегрированной системы мониторинга, на фиг.2 - типовая схема локальной системы мониторинга.
Интегрированная система мониторинга (фиг.1) включает множество (от 1 до N) локальных систем мониторинга, каждая из которых имеет (фиг.2):
локальные технические средства 1 мониторинга ситуации (цифровые видеокамеры 2, аналоговые видеокамеры 3, пульты экстренной связи (не показаны) и т.д.), обеспечивающие получение информации на обследуемых объектах (подъезды, дворы и т.д.);
локальные узлы мониторинга 4, имеющие аппаратные средства преобразования (аналого-цифровой преобразователь 5), хранения (видеорегистратор 6) и распределения (коммутаторы 7, 8) потоков информации первого уровня в виде цифровых данных в едином стандарте интерфейсов;
локальный центр мониторинга 9, оснащенный аппаратными и программными средствами, включающими коммутатор 10, принимающими и обрабатывающими через пограничный шлюз 11 информацию потоков первого уровня, формирующими в едином стандарте интерфейсов информационные потоки второго уровня в виде цифровых данных для сохранения их на серверах 12 и 13 территориально распределенных архивов и предоставления пользователям;
дополнительный коммутатор 10а, присоединенный к пограничному шлюзу 11 для обеспечения подключения локального центра 9 к главному телекоммуникационному центру 22;
многоуровневую сеть 14 волоконно-оптических каналов связи локальных технических средств мониторинга и аппаратно-программных средств
локального узла мониторинга, имеющую множество коммутаторов 8, состоящую из колец 15, в каждое из которых входит не более семи коммутаторов 8; один из которых (8а) кольца нижнего уровня соединен волоконно-оптическими каналами связи с коммутатором 8b кольца высшего уровня или смежные кольца 15 и 15а разных уровней имеют один общий коммутатор 8с.
К портам 16 коммутаторов 8 присоединены локальные технические средства мониторинга (видеокамеры, видеорегистраторы и проч.); кольцо 15b, включающее коммутатор 10 локального центра мониторинга, является для локальной системы мониторинга кольцом высшего уровня; порт 17 коммутатора 10 локального центра мониторинга соединен с портом 18 пограничного шлюза 11 локального центра мониторинга, порт 19 коммутатора 10 соединен с портом сервера 12 архива локального центра, порт 20 коммутатора 10 соединен с АРМами 21 внутренних пользователей локального центра мониторинга.
Для устойчивой работы системы количество коммутаторов 8 в каждом из колец 15 не превышает семи, так как при большем числе коммутаторов наблюдаются сбои при передаче пакетов информации.
К каждому из коммутаторов 8d, имеющему несколько пар оптических портов, присоединены кольца 15 с, 15d, 15e локальных узлов мониторинга, образующие часть многоуровневой сети, состоящую из параллельных колец одного уровня.
Главный телекоммуникационный центр мониторинга 22 имеет:
центральный шлюз 23, агрегирующий потоки информации второго уровня и формирующий потоки информации третьего уровня, сервер 24 оперативных и сервер 25 ретроспективных баз данных, сохраняющие информацию потоков второго уровня, получаемую от локальных центров мониторинга 9;
сервер 26 геоинформационной системы, обеспечивающий топографическую привязку объектов с размещенными на них техническими средствами мониторинга к электронной карте;
маршрутизатор доступа 28, обеспечивающий доступ к информации, сохраняемой в серверах 24 и 25 оперативных и ретроспективных баз данных и территориально распределенных архивах;
центры 29 пользователей, оснащенные серверами 30 управления, маршрутизаторами 31, АРМами 32 пользователей, обеспечивающими доступ к потокам информации третьего уровня и мониторами 33 отображения ситуации;
сеть волоконно-оптических каналов связи 34 аппаратно-программных средств главного телекоммуникационного центра мониторинга 22 и центра пользователей, каналов 35 связи главного телекоммуникационного центра мониторинга 22 и локальных центров мониторинга через главный коммутатор 36.
Многоуровневая кольцевая сеть является сетью Ethernet, организованной по стандартам IEEE 802.3. В предпочтительном варианте сеть Ethernet организована по стандарту IEEE 802.3z технологии Гигабит Ethernet.
Потоки информации первого уровня поступают в интегрированную систему мониторинга от локальных технических средств мониторинга 1 по кольцам 15 многоуровневой сети 14 через пограничный шлюз 11, обеспечивающий подключение и сбор информации в соответствии с единым стандартом интерфейсов, который описывает правила информационного межсистемного обмена, базирующегося на основе международных стандартов.
Запись информации в рамках локальной системы мониторинга обеспечивается локальными техническими средствами мониторинга (видеокамерами 2 и 3, видеорегистраторами 6 и другими), подключенными к коммутаторам локальных узлов мониторинга 8 многоуровневой сети 14.
К коммутатору 10 локального центра мониторинга подключен сервер 13 архива, который в соответствии с единым стандартом интерфейсов получает архивную информацию от серверов архива 12.
Пограничный шлюз 11 и сервер 13 территориально распределенного архива, собирая информационные потоки первого уровня, формируют информационные потоки второго уровня. Данные устройства вторыми сетевыми интерфейсами подключены к дополнительному коммутатору 10а, который расположен в локальном центре мониторинга и обеспечивает передачу информационных потоков второго уровня от локального центра 9 в главный телекоммуникационный центр 22.
В главном телекоммуникационном центре установлен главный коммутатор 36, который соединен с дополнительными коммутаторами 10а по технологии «звезда».
Центральный шлюз 23 агрегирует информационные потоки второго уровня, поступающие от пограничных шлюзов 11 и обеспечивает доступ пользователей интегрированной системы мониторинга к информации в соответствии с их правами доступа, формируя при этом информационные потоки третьего уровня. Когда нескольких пользователей интересует один и тот же видеопоток, центральный шлюз 23 принимает его от пограничного шлюза 11 и передает нескольким пользователям. Если пользователю необходимо управлять локальными техническими средствами мониторинга, и он имеет на это необходимые полномочия, то пограничный шлюз 11 передает команды управления локальным техническим средствам мониторинга.
Сервер оперативных баз данных 24 обеспечивает хранение структурированной информации, описывающей состав, свойства и текущее состояние всех локальных технических средств 1 и аппаратно-программных устройств локальных центров 9.
Сервер геоинформационной системы 26, используя информацию от сервера 24 оперативных баз данных, обеспечивает санкционированный доступ пользователей системы к информационным ресурсам, которые имеют топографическую привязку к электронной карте геоинформационной системы,
обеспечивающей доступ к данным о размещенных на заданной территории локальных технических средствах мониторинга.
Сервер 25 ретроспективных баз данных обеспечивает возможность долгосрочного хранения информации, описывающей зафиксированные события.
Все перечисленные составляющие главного телекоммуникационного центра доступны пользователям через маршрутизатор доступа 28.
Маршрутизаторы 31 центров 29 пользователей подключены к маршрутизатору доступа 28 каналами связи (волоконно-оптические каналы связи, выделенные каналы).
Пользователи через АРМы 27 и маршрутизатор 31 получают доступ к аппаратно-программным средствам главного телекоммуникационного центра 22 и, в соответствии со своими правами доступа, получают потоки информации третьего уровня, которые средствами сервера управления 30 могут отображаться на мониторе 33.
Интегрированная система мониторинга фиксирует работу всех пользователей в соответствующем журнале сервера оперативных баз данных.
Описанная интегрированная система мониторинга объединяет от нескольких десятков тысяч до нескольких сотен тысяч локальных технических средств мониторинга, расположенных на большой территории города или мегаполиса.