隨著全球安防監(jiān)控產(chǎn)業(yè)需求和相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字圖像壓縮處理、流媒體技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制技術(shù)、智能報警技術(shù)、人工智能技術(shù)等已在安防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)代安防系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)是實現(xiàn)各種安防設(shè)備集成應(yīng)用的基礎(chǔ)。采用合適的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，既可以降低安防工程的施工成本，也可以構(gòu)建規(guī)模更大的安防網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

一、 安防系統(tǒng)中的常用網(wǎng)絡(luò)
　　安防監(jiān)控系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸主要用途是電源傳輸、信號傳輸，甚至二者結(jié)合傳輸。一般提到網(wǎng)絡(luò)傳輸首先考慮的是信號傳輸，信號傳輸基礎(chǔ)是“信道”。信道：傳輸信息的必經(jīng)之路稱為“信道”。 從信道的傳輸介質(zhì)來分，信道可以分為有線與無線信道，而按其頻率來劃分，可以分為窄帶、話音頻帶、寬帶。如果從它所傳輸?shù)男盘栴愋蛠矸?，又有?shù)字信道與模擬信道的概念。通常網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、星型、環(huán)型、樹型。

　　總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用一個專用信道作為傳輸媒體，所有站點都通過相應(yīng)的硬件接口直接連到這一公共傳輸媒體上。總線型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于擴充?？偩€型結(jié)構(gòu)的缺點是傳輸距離有限、故障診斷和隔離較困難、實時性較差。

　　星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由中心節(jié)點和通過通信鏈路接到中心節(jié)點的各個端節(jié)點組成。星型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是故障診斷和隔離容易、便于管理。星型結(jié)構(gòu)的缺點是中心節(jié)點負(fù)擔(dān)較重，容易形成瓶頸，傳輸信道的安裝調(diào)試工作量較大。

　　環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由節(jié)點和連接節(jié)點的鏈路組成一個閉合環(huán)。環(huán)型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是傳輸所需的物理媒介（電纜、光纖等）消耗較少，便于擴充。環(huán)型結(jié)構(gòu)的缺點是節(jié)點故障會引起全網(wǎng)故障，信道利用率較低。

　　樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由從總線拓?fù)溲葑兌鴣恚螤铑愃埔豢脴?。樹型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是故障隔離較容易，便于擴充。樹型結(jié)構(gòu)的缺點是子節(jié)點對父節(jié)點、根節(jié)點的依賴性較大。

　　典型的安防傳輸網(wǎng)絡(luò)有視頻信號網(wǎng)、以太網(wǎng)、RS-232/485/422串行總線等等，下面將就一些典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合實際應(yīng)用分析。

二、 RS-485串型總線型網(wǎng)絡(luò)
　　幾乎所有做過安防系統(tǒng)工程安裝調(diào)試的技術(shù)人員對RS-485串型總線都不會陌生，基本上絕大多數(shù)的攝像機云臺、鏡頭控制都是通過RS-485總線完成控制的，采用RS-485通信方式具有布線成本低、施工調(diào)試方便等顯著優(yōu)點。

　　RS-232、RS-422、RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布。RS-232于1962年發(fā)布，最初命名為EIA-232-E，作為一項工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422由RS-232發(fā)展而來，主要為彌補RS-232之不足而提出。為改進(jìn)RS-232通信距離短、速率低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kb/s時）,并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范,被命名為TIA/EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)。為擴展應(yīng)用范圍，EIA于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點、雙向通信能力，允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。由于EIA提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以“RS”作為前綴，所以習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以RS作前綴稱謂。[nextpage]

　　RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此對于在安防的應(yīng)用，許多廠家都建立了一套高層通信協(xié)議，一般作為私有協(xié)議或公開使用。國內(nèi)的安防設(shè)備廠家大多采用標(biāo)準(zhǔn)RS-485串行通信協(xié)議方式，國外廠家大多采用曼切斯特（Manchester）編/解碼協(xié)議方式通信。

1、RS-485電氣規(guī)定
　　RS-485一般采用兩線平衡差分信號傳輸，兩條通信線上的信號極性正好相反。通常安防工程中采用的傳輸介質(zhì)是雙絞線。采用雙絞線傳輸可以有效減少高速率長距離傳輸數(shù)字信號時常見的輻射電磁干擾（radiated EMI）和接收電磁干擾（received EMI）。RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。

　　輻射電磁干擾：數(shù)字信號傳輸時的上升沿和下降沿處集中了信號的高頻分量，這些高頻分量在長線傳輸時會產(chǎn)生較強的輻射電磁干擾。使用雙絞線時，兩條線上的輻射幅度相等，極性相反，凈輻射為零。

　　接收電磁干擾：傳輸電纜同時相當(dāng)于接收天線，會接收到空間的雜散信號（噪聲），會對有用的485通信信號造成干擾。雙絞線防止了平衡傳輸時的電磁輻射，也就減少了接收電磁干擾的可能。同時雙絞線上接收的噪聲幾乎是一樣的（這種噪聲叫共模噪聲）。RS-485接收器只尋找兩條線上形狀相同極性相反的信號。因此噪聲信號不會被接收。

2、RS-485總線匹配電阻
　　RS-485總線方式采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節(jié)點串接起來，從總線到每個節(jié)點的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。網(wǎng)絡(luò)連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴(yán)重，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，會造成信號質(zhì)量下降。

　　因此，一般在RS-485總線電纜的開始和末端都需要并接終接電阻，一般在300米以下短距離傳輸時可不需終接電阻終接電阻阻值一般為120Ω。這種匹配方法簡單有效，但有一個缺點，匹配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太適合。采用RC匹配（電阻、電容匹配）、二極管匹配等方法通過節(jié)能和削弱反射信號，可解決由于功率消耗導(dǎo)致的信號弱現(xiàn)象。[nextpage]

3、RS-485總線接地問題
　　電子系統(tǒng)的接地非常重要、不容被忽視。RS-485總線接地系統(tǒng)不合理會影響整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，尤其是在工作環(huán)境比較惡劣和傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下，對于接地的要求更為嚴(yán)格，否則接口損壞率較高。很多實際的應(yīng)用中，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的問題隱患，會帶來共模干擾問題、電磁干擾（EMI）問題。

　　1）共模干擾問題： RS-485接口均采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。地電位差可能會有很大幅度，并可能伴有強干擾信號，致使接收器共模輸入電壓超出正常范圍，并在傳輸線路上產(chǎn)生干擾電流，輕則影響正常通信，重則損壞通信接口電路。

　　2）電磁干擾（EMI）問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。

　　由于上述原因，RS-422、RS-485盡管采用差分平衡傳輸方式，但對整個RS-422或RS-485網(wǎng)絡(luò)，必須有一條低阻的信號地。通過信號地將兩個接口的工作地連接起來，使共模干擾電壓被短路。這條信號地可以是額外的一條線（非屏蔽雙絞線），或者是屏蔽雙絞線的屏蔽層。

4、RS-485總線瞬態(tài)保護(hù)
　　信號接地措施，針對低頻率的共模干擾有保護(hù)作用，對于頻率很高的瞬態(tài)干擾就無能為力了。由于傳輸線對高頻信號相當(dāng)于電感，因此對于高頻瞬態(tài)干擾，接地線實際等同于開路。這樣的瞬態(tài)干擾雖然持續(xù)時間短暫，但可能會有成百上千伏的電壓。 實際應(yīng)用環(huán)境下還是存在高頻瞬態(tài)干擾的可能。一般在切換大功率感性負(fù)載如變壓器、繼電器等或閃電過程中都會產(chǎn)生幅度很高的瞬態(tài)干擾，如果不加以適當(dāng)防護(hù)就會損壞RS-485通信接口。對于這種瞬態(tài)干擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護(hù)。主要有隔離保護(hù)、旁路保護(hù)等方法可以實現(xiàn)有效的瞬態(tài)保護(hù)。

　　1）隔離保護(hù)方法。這種方案實際上將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中的電隔離層上，由于隔離層的高絕緣電阻，不會產(chǎn)生損害性的浪涌電流，起到保護(hù)接口的作用。通常采用高頻變壓器、光耦等元件實現(xiàn)接口的電氣隔離。

　　2）旁路保護(hù)方法。這種方案利用瞬態(tài)抑制元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地，優(yōu)點是成本較低，缺點是保護(hù)能力有限，只能保護(hù)一定能量以內(nèi)的瞬態(tài)干擾，持續(xù)時間不能很長，而且需要有一條良好的連接大地的通道，實現(xiàn)起來比較困難。實際應(yīng)用中是將上述兩種方案結(jié)合起來靈活加以運用。

5、RS-485總線安防應(yīng)用總結(jié)
　　在很多實際安防工程應(yīng)用中，由于總線結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致匹配阻抗問題，引起很多終端設(shè)備無法通訊，例如：在同一個RS-485總線上的部分?jǐn)z像機不可控。針對典型安防工程中出現(xiàn)的一些情況，給出以下建議：
1） RS－485總線結(jié)構(gòu)盡可能采用類菊花鏈型串接，如果是星型結(jié)構(gòu)要采用RS485Hub來匯聚；
2） 在總線的起始端和末端要添加120Ω匹配電阻，降低信號反射干擾；
3） 要選用帶RS485瞬態(tài)保護(hù)電路的安防設(shè)備，降低設(shè)備故障的概率；
4） 采用屏蔽雙絞線的屏蔽層作為地線，或者額外敷設(shè)一條地線來達(dá)到系統(tǒng)信號地共地。[nextpage]

三、 快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet）
　　以太網(wǎng)是Xerox公司發(fā)明的基帶LAN標(biāo)準(zhǔn)。它采用帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議（CSMA／CD），最初的設(shè)計速率為10Mbps，傳輸介質(zhì)為同軸電纜。以太網(wǎng)是在20世紀(jì)70年代為解決網(wǎng)絡(luò)中零散和偶然的堵塞而開發(fā)的，而IEEE802．3標(biāo)準(zhǔn)是在最初的以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上于1980年開發(fā)成功的?，F(xiàn)在，以太網(wǎng)一詞泛指所有采用CSMA／CD協(xié)議的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)2．0版由數(shù)字設(shè)備公司、Intel公司和Xerox公司聯(lián)合開發(fā)，它與IEEE802．3兼容。

　　在基于廣播的以太網(wǎng)中，所有的工作站都可以收到發(fā)送到網(wǎng)上的信息幀。每個工作站都要確認(rèn)該信息幀是不是發(fā)送給自己的，一旦確認(rèn)是發(fā)給自己的，就將它發(fā)送到高一層的協(xié)議層。在采用CSMA／CD傳輸介質(zhì)訪問的以太網(wǎng)中，任何一個CSMA／CD工作站在任何一時刻都可以訪問網(wǎng)絡(luò)。發(fā)送數(shù)據(jù)前，工作站要偵聽網(wǎng)絡(luò)是否堵塞，只有檢測到網(wǎng)絡(luò)空閑時，工作站才能發(fā)送數(shù)據(jù)。在基于競爭的以太網(wǎng)中，只要網(wǎng)絡(luò)空閑，任一工作站均可發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)兩個工作站發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空閑而同時發(fā)出數(shù)據(jù)時，就發(fā)生沖突。這時，兩個傳送操作都遭到破壞，工作站必須在一定時間后重發(fā)，何時重發(fā)由延時算法決定。

　　所有的以太網(wǎng)都遵循IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)主要有兩種傳輸介質(zhì)，分別是雙絞線和同軸電纜。以100Base-T標(biāo)準(zhǔn)為例，前面的數(shù)字表示傳輸速度，單位是“Mbps”，Base表示“基帶”的意思，T表示采用雙絞線傳輸。在很多安防工程應(yīng)用中，采用5類線纜構(gòu)成局域網(wǎng)，實現(xiàn)100Mbps快速以太網(wǎng)已成為典型應(yīng)用。

四、 安防監(jiān)控中的流媒體監(jiān)控應(yīng)用
　　在以視頻監(jiān)控為主的安防監(jiān)控系統(tǒng)中，IP監(jiān)控正成為主流趨勢，通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、流媒體技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控打破了地域的限制，基于國際互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也越來越多。

1、安防流媒體監(jiān)控總體要求
　　因為流媒體信號是交互的、互動的，因此對網(wǎng)絡(luò)提出了以下的應(yīng)用要求：
1）吞吐(Throughtput)的要求：是指對高傳輸帶寬、大存儲緩沖帶寬的要求和對流量的控制。
2）可靠性的要求：適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)丟失不會過多影響視頻播出的實際效果。
3）網(wǎng)絡(luò)延時要求：對網(wǎng)絡(luò)延時、抖動要求較高，因為多媒體視頻流對網(wǎng)絡(luò)傳輸延時和抖動比較敏感。如傳輸?shù)囊曨l信號與音頻信號必須同步等。
因此，通過對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和調(diào)整對完成良好的流媒體監(jiān)控十分必要，主要可采取以下措施：
1）如果條件允許，為安防流媒體監(jiān)控建立專門的傳輸網(wǎng)絡(luò)可大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性。
2）網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備支持組播功能，流媒體數(shù)據(jù)采用組播形式在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸，可減少一定數(shù)量的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，降低網(wǎng)絡(luò)骨干的傳輸壓力；同時應(yīng)用軟件系統(tǒng)可更加健壯，避免TCP、UDP傳輸會話異常斷開時回收工作帶來的資源浪費。
3）網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備如支持QOS（服務(wù)質(zhì)量）控制將縮短云鏡控制延時、流媒體傳輸延時，一般認(rèn)為此類延時控制在1秒以內(nèi)是非常必要的，否則操作者將感覺操作不便。
4）使用多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過劃分不同的核心交換機、骨干交換機、接入交換機來實現(xiàn)層次化的應(yīng)用。

2、網(wǎng)絡(luò)交換機的選擇
1）網(wǎng)絡(luò)交換機要求能夠支持鏈路匯聚（Link Aggregation）。
　　網(wǎng)絡(luò)中所有交換機必須支持鏈路匯聚技術(shù)，就目前情況分析，核心交換機、骨干交換機一般是支持鏈路匯聚功能，通鏈路匯聚技術(shù)可無縫擴展骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬。如果系統(tǒng)前端交換機不能支持鏈路匯聚技術(shù)，未來系統(tǒng)擴展時前端至中心的百兆鏈路可能成為網(wǎng)絡(luò)傳輸瓶頸，加大網(wǎng)絡(luò)延時，導(dǎo)致系統(tǒng)實時監(jiān)控效果下降。

2）網(wǎng)絡(luò)交換機要求能夠支持組播（Multicast）功能。
　　組播技術(shù)能夠降低骨干網(wǎng)絡(luò)線路的通信壓力，減少網(wǎng)絡(luò)流媒體會話異常時的差錯控制。組播技術(shù)有利于網(wǎng)絡(luò)流媒體傳輸，如果系統(tǒng)交換機不能支持組播技術(shù)，未來系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)擴展時，網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)傳輸瓶頸，加大網(wǎng)絡(luò)延時，導(dǎo)致系統(tǒng)實時監(jiān)控效果下降。

3）網(wǎng)絡(luò)交換機要求能夠支持四層交換、QoS（服務(wù)質(zhì)量控制）。
　　通過四層交換技術(shù)、QoS（服務(wù)質(zhì)量控制）提升系統(tǒng)實時性。通過QoS配置降低云鏡控制命令網(wǎng)絡(luò)傳輸延時，網(wǎng)絡(luò)交換機可配置云鏡控制命令最優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，其次優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)流媒體數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)前端交換機不能支持四層交換、QoS（服務(wù)質(zhì)量控制），會導(dǎo)致云鏡控制命令網(wǎng)絡(luò)傳輸延時過大，系統(tǒng)實時監(jiān)控效果下降。

五、 結(jié)束語
　　在現(xiàn)代安防系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用將成為主流趨勢，網(wǎng)絡(luò)數(shù)字音視頻服務(wù)器（DVS）、IP攝像機、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字硬盤錄像機（NVR）等產(chǎn)品都是和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用緊密相關(guān)的，前端數(shù)字化帶來的直接結(jié)果就是后端的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，越來越多的系統(tǒng)強調(diào)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化在某種程度上打破了布防區(qū)域和設(shè)備擴展的地域和數(shù)量界限。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化將使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件和軟件資源實現(xiàn)共享，同時任務(wù)和負(fù)載也可共享。

　　通過深入了解網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的一些底層細(xì)節(jié)，在安防工程設(shè)計、施工、調(diào)試時加以優(yōu)化，能夠達(dá)到更加穩(wěn)定、實時的效果，安防系統(tǒng)的可靠性、擴展性也將進(jìn)一步提高。