面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的半實物仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的半實物仿真方法，用來搭建視頻監(jiān)控系統(tǒng)的虛擬應(yīng)用場景的仿真平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，全國各大中城市紛紛開展“平安城市”建設(shè)，利用通信技術(shù)和視頻分析處理技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)手段為廣大市民提供一個平安和諧的城市環(huán)境。在“平安城市”中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個重要的組成部分，它為城市管理者提供第一手的現(xiàn)場資料，其采集和傳輸?shù)囊曨l信息將提供給城市的公安、交通、城管、市政等各個管理部門，為其提供重要的技術(shù)支撐。
[0003]視頻監(jiān)控系統(tǒng)是利用視頻技術(shù)探測、監(jiān)視設(shè)防區(qū)域并實時顯示、記錄現(xiàn)場圖像的一套監(jiān)控系統(tǒng)。如圖1所示是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0004]但是，視頻監(jiān)控系統(tǒng)本身也存在著一些安全隱患，例如，視頻信息被非法訪問，在這種情況下，違法分子就能非法獲取視頻信息，進(jìn)而開展其惡意行為；視頻內(nèi)容被惡意篡改，給管理者以及公眾提供內(nèi)容被篡改的視頻影像，有可能混肴是非，誤導(dǎo)輿論，甚至給人民群眾的生命財產(chǎn)安全帶來不可挽回的損失。針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的安全隱患和安全威脅，研宄者提出，要針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)，研發(fā)相應(yīng)的視頻加密機(jī)制、安全認(rèn)證機(jī)制以及入侵檢測機(jī)制等安全機(jī)制，為視頻監(jiān)控系統(tǒng)保駕護(hù)航，為用戶提供安全、可靠、可信的視頻信息。
[0005]安全的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)過程，需要針對大規(guī)模的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行各類安全攻防的測試與驗證，以測試不同的安全方案的可行性和性能。但是，構(gòu)建實際的試驗床代價十分昂貴，在其之上進(jìn)行各種試驗和測試十分困難，并且在測試過程中，實驗環(huán)境受周邊環(huán)境影響較大，要保證相關(guān)環(huán)境的可重現(xiàn)，以對相關(guān)的實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，將面臨人力、物力和財力等各方面的巨大挑戰(zhàn)。為此，研宄人員提出，通過建立仿真平臺，在其中實現(xiàn)對各個設(shè)備、各種網(wǎng)絡(luò)和各種應(yīng)用的仿真模擬，從而進(jìn)行相關(guān)機(jī)制的預(yù)先測試、驗證和實驗對比，是開展相關(guān)研宄的重要途徑，具有重大的研宄價值和實際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于上述需求，我們提出了一種面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的仿真方法，該方法搭建出的仿真平臺可以用于測試不同協(xié)議、算法以及新技術(shù)的有效性和性能，從而優(yōu)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的性能和安全性。
[0007]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的半實物仿真方法如下:
a、在EMANE的無線移動網(wǎng)絡(luò)仿真架構(gòu)基礎(chǔ)上，創(chuàng)建有線仿真模塊，其中包括兩種有線仿真插件:cdNEM和switchNEM，所述cdNEM用于仿真采用CSMA/CD機(jī)制的傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)，所述switchNEM用于仿真交換式局域網(wǎng)；
b、創(chuàng)建視頻處理模塊，將攝像頭采集的視頻流編碼成幀；創(chuàng)建視頻發(fā)送模塊，實現(xiàn)RTP/UDP和RTP/TCP的視頻傳輸協(xié)議，從而將視頻處理模塊輸出的視頻幀封裝到協(xié)議中，并發(fā)送到虛擬網(wǎng)絡(luò)中；所述視頻處理模塊和視頻發(fā)送模塊都運行在帶有攝像頭的真實設(shè)備上;
C、將真實的設(shè)備接入虛擬的網(wǎng)絡(luò):首先，通過網(wǎng)橋?qū)⑻摂M網(wǎng)絡(luò)接在仿真平臺所在主機(jī)的真實網(wǎng)卡上，并通過修改各個虛擬節(jié)點和真實節(jié)點的路由表選項，在虛擬節(jié)點和真實節(jié)點之間建立起通信路徑；然后，采用了時間觸發(fā)調(diào)度器來保證虛擬環(huán)境和真實環(huán)境的時間同步；采用時間驅(qū)動的仿真模式，該模式下運行的虛擬環(huán)境的時鐘與真實環(huán)境時鐘一致。
[0008]具體的，本發(fā)明通過改變EMANE的NEM和channel模塊，創(chuàng)建所述有線仿真模塊。
[0009]所述視頻處理模塊，借助OpenCV和VideoCapture庫實現(xiàn)將攝像頭采集的視頻流編碼成幀的功能。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:
1.能夠模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像頭節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；
2.能夠?qū)崿F(xiàn)對有線網(wǎng)絡(luò)、無線傳感網(wǎng)、3G/4G等多個網(wǎng)絡(luò)組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的仿真；
3.平臺中需要包含除虛擬節(jié)點外的大量真實節(jié)點，實現(xiàn)了半實物仿真。
【附圖說明】
[0011]圖1為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0012]圖2為EMANE仿真框架。
[0013]圖3為有線仿真模塊wiredNEM結(jié)構(gòu)。
[0014]圖4為視頻監(jiān)控系統(tǒng)仿真場景示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]如圖1所示，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)除了包含基本的有線網(wǎng)絡(luò)外，還包含各類無線網(wǎng)絡(luò)，包括無線傳感網(wǎng)、3G/4G網(wǎng)絡(luò)等，它們構(gòu)成了一個城市安防領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，我們所設(shè)計的仿真平臺需要實現(xiàn)下述功能:能夠模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像頭節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；能夠?qū)崿F(xiàn)對有線網(wǎng)絡(luò)、無線傳感網(wǎng)、3G/4G等多個網(wǎng)絡(luò)組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的仿真；平臺中需要包含除虛擬節(jié)點外的大量真實節(jié)點，實現(xiàn)半實物仿真。
[0017]一、仿真工具的選取。
[0018]選取EMANE作為基礎(chǔ)，開發(fā)視頻監(jiān)控仿真平臺。原因有以下幾點:
1.EMANE是一個專用于Mobile Ad-hoc的模擬的仿真工具。此外，它的模塊化的設(shè)計原理使得它具有很好的擴(kuò)展性。
[0019]2.EMANE的OpenSSH的機(jī)制使得它可用來仿真具有除通信以外其他功能的傳感器節(jié)點。而NS2只能用來仿真通信網(wǎng)絡(luò)，測試網(wǎng)絡(luò)性能，并不能傳輸真實的視頻數(shù)據(jù)。
[0020]3.EMANE采用時間驅(qū)動模擬，使得虛擬環(huán)境與真實環(huán)境的時鐘同步。而NS2采用的是離散事件模擬機(jī)制，虛擬環(huán)境維持一個獨立的時鐘，在于真實環(huán)境進(jìn)行交互的時候需要進(jìn)行時間轉(zhuǎn)換，這就降低了半實體仿真的準(zhǔn)確性。
[0021]二、視頻監(jiān)控的仿真平臺整體架構(gòu)。
[0022]視頻監(jiān)控系統(tǒng)包含兩種類型的節(jié)點:一類是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，另一類是傳感器和用戶節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點只具備通信功能，它們構(gòu)成整個通信網(wǎng)絡(luò)來傳輸視頻幀。傳感器節(jié)點具備采集、加密、編碼和傳輸視頻的功能，用戶節(jié)點具備接收、解碼、解密、存儲或者播放視頻的功會K。
[0023]因此，搭建視頻監(jiān)控系統(tǒng)的仿真平臺需要從以下兩方面進(jìn)行。
[0024]、仿真異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。
[0025]為了仿真異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，該仿真系統(tǒng)要具有仿真無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)以及移動網(wǎng)絡(luò)的功能模塊。而EMANE只具有無線移動網(wǎng)絡(luò)的仿真模塊，我們要通過添加有線