CN112351258B - 一种基于5g通讯技术的施工现场安防监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控系统及方法,该系统包括摄像机、核心交换机、监控主机、服务器和NVR单元,摄像机通过5G‑MEC网络单元与核心交换机连接,核心交换机分别与监控主机、服务器和NVR单元相连接,摄像机用于采集施工现场视频数据;5G‑MEC网络单元用于进行摄像机与5G核心网络的双向安全认证,并保证安全的数据传输;核心交换机用于监控主机与摄像机之间数据信息的相互交换;监控主机用于控制摄像机的工作状态、将接收的视频数据展示给用户并分配给NVR单元进行存储;服务器用于对视频数据进行分析处理,以筛查出施工现场是否存在危险行为。与现有技术相比,本发明能安全可靠地进行监控数据传输,同时减少监控设备的安装部署工作量。
Description
技术领域
本发明涉及施工监控技术领域,尤其是涉及一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控系统及方法。
背景技术
监控是各行业重点部门或重要场所进行实时监控的物理基础,管理部门可通过它获得有效数据、图像或声音信息,对突发性异常事件的过程进行及时地监视和记录,用以提供高效、及时地指挥和布置警力、处理案件等。随着当前计算机应用的迅速发展和推广,全世界掀起了一股强大的数字化浪潮,各种设备数字化已成为安全防护的首要目标。数码监控报警的性能特点是:监控画面实时显示,录像图象质量单路调节功能,每路录像速度可分别设置,快速检索,多种录像方式设定功能,自动备份,云台/镜头控制功能,网络传输等。
在火力发电厂施工场地中,为了对施工人员和车辆进行高效的管理,必须进行安防监控系统的建设。监控系统主要是由摄像、传输、控制、显示、记录5大部分组成。传统方式为摄像机通过同轴视频电缆、网线、光纤将视频图像传输到控制主机,控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备,同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。通过控制主机,操作人员可发出指令,对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作,并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。利用特殊的录像处理模式,可对图像进行录入、回放、处理等操作,使录像效果达到最佳。
这种监控方式存在数据安全性差、输出传输易受干扰的问题,此外,由于施工场地环境的复杂,导致敷设电源电缆、通讯电缆、光缆的难度较大,而随着施工进度的推进,摄像监控设备还需要重新进行部署,传统的网络传输方式无疑使得重新部署摄像监控设备需要更多的工作量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控系统及方法,结合5G通讯技术和边缘云的方式,以实现监控数据安全、可靠传输的目的,同时减少监控设备的安装部署工作量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控系统,包括摄像机、核心交换机、监控主机、服务器和NVR(Network Video Recorfer,网络视频录像机)单元,所述摄像机通过5G-MEC(Mobile Edge Computing,移动边缘计算)网络单元与核心交换机连接,所述核心交换机分别与监控主机、服务器和NVR单元相连接,所述摄像机用于采集施工现场的视频数据;
所述5G-MEC网络单元用于进行摄像机以及5G核心网络的双向安全认证,并保证安全的数据传输;
所述核心交换机用于监控主机与摄像机之间数据信息的相互交换;
所述监控主机用于控制摄像机的工作状态,以及将接收的视频数据展示给用户并分配给NVR单元进行存储;
所述服务器用于对视频数据进行分析处理,以筛查出施工现场是否存在危险行为。
进一步地,所述5G-MEC网络单元包括5G基站、本地UPF(User Plane Function,用户面功能)模块、5G核心端和边缘云服务器,所述5G基站的一端与摄像机连接,所述5G基站的另一端与本地UPF模块连接,所述本地UPF模块分别与5G核心端、边缘云服务器连接,所述边缘云服务器与核心交换机连接,所述本地UPF模块还连接有MEP(Multi-connected EdgePlane,多接入边缘云平台),所述MEP与5G核心端连接,所述5G核心端通过与本地UPF模块、MEP的连接,以进行接入摄像机和5G网络的双向安全认证;
所述本地UPF模块通过与MEP的连接,用于查找边缘应用的IP地址,以将接收的视频数据传输至对应的边缘云服务器;
所述MEP用于设置边缘云服务器的DNS(Domain Name System,域名系统)以及进行路由控制。
进一步地,所述MEP通过N33接口与5G核心端连接,所述MEP通过N6接口与本地UPF模块连接;
所述本地UPF模块通过N4接口与5G核心端连接;
所述边缘云服务器通过N6接口与核心交换机连接。
进一步地,所述摄像机连接至接入交换机,所述接入交换机通过CPE(CustomerPremise Equipment,客户前置设备)连接至5G-MEC网络。
进一步地,所述摄像机分布安装在施工现场的多个监控点位置。
进一步地,所述NVR单元包括多个分布式连接的NVR,以实现分布式存储的目的。
进一步地,所述摄像机具体为采用H.265编码技术的4K超高清摄像机。
一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控方法,包括以下步骤:
S1、摄像机向5G-MEC网络单元发起注册请求,5G-MEC网络单元与摄像机之间进行相互的双向安全认证;
S2、双向安全认证通过之后,执行步骤S3,否则返回步骤S1;
S3、用户在监控主机上进行操作,以控制摄像机的工作状态,摄像机接入5G-MEC网络单元,并将采集的视频数据经过H.256编码之后传输给5G-MEC网络单元;
S4、5G-MEC网络单元对接收的视频数据进行依次进行分流处理和边缘选择,将接收的视频数据传输至核心交换机;
S5、核心交换机将视频数据传输给监控主机和服务器,由监控主机将视频数据展示给用户、由服务器对视频数据进行分析处理,监控主机同时进行NVR单元的分配控制,之后核心交换机将视频数据传输给被分配的NVR进行存储。
进一步地,所述步骤S1中双向安全认证的具体过程为:根据预设的第一鉴权规则,摄像机对5G核心端进行鉴权,以验证5G网络的合法性;
根据预设的第二鉴权规则,5G核心端对摄像机进行鉴权,以验证摄像机的合法性。
进一步地,所述步骤S4具体包括以下步骤:
S41、基于5G分流规则,5G基站将接收的视频数据分流给本地UPF模块;
S42、本地UPF模块根据MEP提供的DNS服务,查找到边缘云服务器的IP地址,之后将接收的视频数据传输给被查找到的边缘云服务器;
S43、边缘云服务器将接收的视频数据传输至核心交换机。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
一、本发明基于5G通讯技术,并结合MEC边缘云进行数据传输,通过接入摄像机与5G网络之间的双向安全认证,能够保证接入摄像机与5G网络之间的相互安全,从而大大提高数据传输的安全性,此外,通过5G网络进行数据传输,相比传统模拟量或无线WIFI的通讯方式,能够有效减少信号传输过程中的干扰,进一步保证数据传输的可靠性。
二、本发明采用5G网络结合边缘云的方式进行数据传输,核心交换机与边缘云不在一个物理实体或虚拟层上,可以遵照原有的、不同的组网架构,相互之间没有任何关系,以保证5G赋能新业务与原来的业务在通道上安全隔离,减少了有关电缆铺设及接线、接线箱接线、终端接线等安装时间;减少了铺设保护管及桥架等施工周期;节省了终端设备获取信号、电源所需的电缆;节省了有关测点,特别是分散测点铺设的保护管及桥架、电缆沟,以此有效降低监控系统的施工难度和复杂度。
三、本发明将摄像机与5G-MEC网络单元相连接,即可实时进行视频数据或控制信息的传输,即使随着施工进度的推进,也无需重新部署摄像机的安装,大大降低了监控设备的安装部署工作量。
附图说明
图1为本发明的监控系统结构示意图;
图2为本发明中5G-MEC网络单元的连接结构示意图;
图3为本发明的监控方法流程示意图;
图中标记说明:1、摄像机,11、接入交换机,2、核心交换机,3、监控主机,4、服务器,5、NVR单元,6、5G-MEC网络单元,61、5G基站,62、5G核心端,63、边缘云服务器,64、本地UPF模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示,一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控系统,包括摄像机1、核心交换机2、监控主机3、服务器4和NVR单元5,其中,摄像机1通过5G-MEC网络单元6与核心交换机2连接,核心交换机2分别与监控主机3、服务器4和NVR单元5相连接,摄像机1用于采集施工现场的视频数据;
5G-MEC网络单元6用于进行摄像机1以及5G核心网络的双向安全认证,并保证安全的数据传输;
核心交换机2用于监控主机3与摄像机1之间数据信息的相互交换;
监控主机3用于控制摄像机1的工作状态,以及将接收的视频数据展示给用户并分配给NVR单元5进行存储;
服务器4用于对视频数据进行分析处理,以筛查出施工现场是否存在危险行为。
其中,摄像机1作为前端设备,为实现全面监控的目的,摄像机1被分布安装在施工现场的多个监控点位置。本实施例采用4K超高清摄像机进行视频采集,并通过H.265编码压缩上传,4K摄像机可实现多种智能化应用,不同产品配合使用能够构建多角度、多层次的立体化综合安防体系,场景覆盖更完善,从外至内形成协同作战的、有机的、不可割裂的整体防控体系,有助于全面提升以空间为轴的人、车、物全方位防控水平,提升综合安防整体防控能力,由此不仅能够充分获取画面中的关键细节信息,在清晰度提高的同时,利用先进的H.265编码技术,还能够大幅降低视频码流,降低网络带宽和存储压力;
NVR单元5采用NVR存储模式对实时视频数据进行分布式存储,即NVR单元5包括多个分布式连接的NVR,以实现分布式存储的目的,由此保证存储系统的高可靠、高性价比,从而支持存储的灵活扩展,满足海量超高清视频数据的存储需求;
此外,本发明结合监控主机3和服务器4构建中心管理平台,能够对前端视频点位进行设备管理以及视频分析应用,不仅能根据用户需求进行视频数据的采集,同时能够及时地对施工现场的危险行为进行分析,以便后续及时进行安防处理。
在实际应用中,为保证数据的可靠有效传输,摄像机1连接至接入交换机11,接入交换机通过CPE连接至5G-MEC网络单元6,CPE作为客户前置设备,实际是一种接收移动信号并以无线WiFi信号转发出来的移动信号接入设备,它也是一种将高速4G或者5G信号转换成WiFi信号的设备,可支持同时上网的移动终端数量也较多。
为实现监控时数据的安全可靠传输,如图2所示,5G-MEC网络单元6包括5G基站61、本地UPF模块64、5G核心端62和边缘云服务器63,5G基站61的一端与摄像机1连接,5G基站61的另一端与本地UPF模块64连接,本地UPF模块64分别与5G核心端62、边缘云服务器63连接,边缘云服务器63则与核心交换机2连接,本地UPF模块64还连接有MEP,MEP与5G核心端62连接,5G核心端62通过与本地UPF模块64、MEP的连接,以进行接入摄像机1和5G网络的双向安全认证;
本地UPF模块64通过与MEP的连接,用于查找边缘应用的IP地址,以将接收的视频数据传输至对应的边缘云服务器63;
MEP用于设置边缘云服务器63的DNS(Domain Name System,域名系统)以及进行路由控制。
具体的,MEP通过N33接口与5G核心端62连接,MEP通过N6接口与本地UPF模块64连接;
本地UPF模块64通过N4接口与5G核心端62连接;
边缘云服务器63通过N6接口与核心交换机2连接。
将上述监控系统应用于实际,其具体的监控方法如图3所示,包括以下步骤:
S1、摄像机向5G-MEC网络单元发起注册请求,5G-MEC网络单元与摄像机之间进行相互的双向安全认证:
首先根据预设的第一鉴权规则,摄像机对5G核心端进行鉴权,以验证5G网络的合法性;
之后根据预设的第二鉴权规则,5G核心端对摄像机进行鉴权,以验证摄像机的合法性;
S2、双向安全认证通过之后,执行步骤S3,否则返回步骤S1;
S3、用户在监控主机上进行操作,以控制摄像机的工作状态,摄像机接入5G-MEC网络单元,并将采集的视频数据经过H.256编码之后传输给5G-MEC网络单元;
S4、5G-MEC网络单元对接收的视频数据进行依次进行分流处理和边缘选择,将接收的视频数据传输至核心交换机,其中,分流处理具体是基于5G分流规则,5G基站将接收的视频数据分流给本地UPF模块;
边缘选择则是本地UPF模块根据MEP提供的DNS服务,查找到边缘云服务器的IP地址,之后将接收的视频数据传输给被查找到的边缘云服务器;
S5、核心交换机将视频数据传输给监控主机和服务器,由监控主机将视频数据展示给用户、由服务器对视频数据进行分析处理,监控主机同时进行NVR单元的分配控制,之后核心交换机将视频数据传输给被分配的NVR进行存储。
综上所述,本发明改变原有数据传输方式,采用MEC方案,此方案通过5G专网+边缘云的方式实现,既能让用户享受到5G边缘云带来的管理效率提升,又能避免新应用引入对原有网络架构和管理体系的冲击,实现5G快速的赋能。
尤其为保证数据的安全可靠传输,终端(即摄像机)向5G网络发起注册,通过5G基站向5G核心网控制面发起注册流程。通过注册流程,终端会对5G核心网进行鉴权,验证5G网络的合法性,5G核心网也会对终端进行鉴权,验证终端是否合法,双向鉴权保证终端和5G网络之间的相互安全。通过5G基站接入终端后,首先基于5G的分流规则,将用户流量分流到本地UPF,UPF再根据MEP提供的DNS服务,查找到边缘应用的IP地址,然后将业务流指向边缘应用。通过MEP平台对边缘的DNS设置和路由控制,使得业务流量从边缘UPF流到边缘应用,由此可知,使用5G专网,其无论是无线接入还是边缘云设备都是电信级可靠和安全的单元;
用户数据中心的私有云(即核心交换机)同移动的边缘云不在一个物理实体或虚拟层上,可以遵照原有的、不同的组网架构,相互之间没有任何关系,以保证5G赋能新业务与企业原来的业务,在通道上安全隔离;
移动边缘云与用户数据中心的私有云能够设在同一机房区域,将企业私有云上应用纳入边缘云整体架构。
Claims (6)
1.一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控方法,应用于一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控系统,其特征在于,所述施工现场安防监控系统包括摄像机(1)、核心交换机(2)、监控主机(3)、服务器(4)和NVR单元(5),所述摄像机(1)通过5G-MEC网络单元(6)与核心交换机(2)连接,所述核心交换机(2)分别与监控主机(3)、服务器(4)和NVR单元(5)相连接,所述摄像机(1)用于采集施工现场的视频数据;
所述5G-MEC网络单元(6)用于进行摄像机(1)以及5G核心网络的双向安全认证,并保证安全的数据传输;
所述5G-MEC网络单元(6)包括5G基站(61)、本地UPF模块(64)、5G核心端(62)和边缘云服务器(63),所述5G基站(61)的一端与摄像机(1)连接,所述5G基站(61)的另一端与本地UPF模块(64)连接,所述本地UPF模块(64)分别与5G核心端(62)、边缘云服务器(63)连接,所述边缘云服务器(63)与核心交换机(2)连接,所述本地UPF模块(64)还连接有MEP,所述MEP与5G核心端(62)连接,所述5G核心端(62)通过与本地UPF模块(64)、MEP的连接,以进行接入摄像机(1)和5G网络的双向安全认证;
所述本地UPF模块(64)通过与MEP的连接,用于查找边缘应用的IP地址,以将接收的视频数据传输至对应的边缘云服务器(63);
所述MEP用于设置边缘云服务器(63)的DNS以及进行路由控制;
所述MEP通过N33接口与5G核心端(62)连接,所述MEP通过N6接口与本地UPF模块(64)连接;
所述本地UPF模块(64)通过N4接口与5G核心端(62)连接;
所述边缘云服务器(63)通过N6接口与核心交换机(2)连接;
所述核心交换机(2)用于监控主机(3)与摄像机(1)之间数据信息的相互交换;
所述监控主机(3)用于控制摄像机(1)的工作状态,以及将接收的视频数据展示给用户并分配给NVR单元(5)进行存储;
所述服务器(4)用于对视频数据进行分析处理,以筛查出施工现场是否存在危险行为;
所述施工现场安防监控方法包括以下步骤:
S1、摄像机向5G-MEC网络单元发起注册请求,5G-MEC网络单元与摄像机之间进行相互的双向安全认证;
S2、双向安全认证通过之后,执行步骤S3,否则返回步骤S1;
S3、用户在监控主机上进行操作,以控制摄像机的工作状态,摄像机接入5G-MEC网络单元,并将采集的视频数据经过H.256编码之后传输给5G-MEC网络单元;
S4、5G-MEC网络单元对接收的视频数据进行依次进行分流处理和边缘选择,将接收的视频数据传输至核心交换机;
S5、核心交换机将视频数据传输给监控主机和服务器,由监控主机将视频数据展示给用户、由服务器对视频数据进行分析处理,监控主机同时进行NVR单元的分配控制,之后核心交换机将视频数据传输给被分配的NVR进行存储;
所述步骤S4具体包括以下步骤:
S41、基于5G分流规则,5G基站将接收的视频数据分流给本地UPF模块;
S42、本地UPF模块根据MEP提供的DNS服务,查找到边缘云服务器的IP地址,之后将接收的视频数据传输给被查找到的边缘云服务器;
S43、边缘云服务器将接收的视频数据传输至核心交换机。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控方法,其特征在于,所述摄像机(1)连接至接入交换机(11),所述接入交换机(11)通过CPE连接至5G-MEC网络。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控方法,其特征在于,所述摄像机(1)分布安装在施工现场的多个监控点位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控方法,其特征在于,所述NVR单元(5)包括多个分布式连接的NVR。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控方法,其特征在于,所述摄像机(1)具体为采用H.265编码技术的4K超高清摄像机。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯技术的施工现场安防监控方法,其特征在于,所述步骤S1中双向安全认证的具体过程为:根据预设的第一鉴权规则,摄像机对5G核心端进行鉴权,以验证5G网络的合法性;
根据预设的第二鉴权规则,5G核心端对摄像机进行鉴权,以验证摄像机的合法性。
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