Transmitting video data over narrow bandwidth control networks

Abstract

Zur Überwachung eingesetzte Kameranetzwerke (CCTV Systeme) sind eigenständige Netze. Die gemeinsame Nutzung von bestehenden Netzen aus der Gebäudeautomation ist kaum zu finden. Das beruht zum einen darauf, da Hersteller von Heizung, Lüftung und Klimatechnik (HLK) Systemen das notwendige Know-How nicht mit sich bringen, um sicherheitsrelevante Infrastruktur einfügen zu können. Außerdem sind solche schmalbandigen Netzwerke nicht zur Übertragung großer (Video-)Datenmengen ausgelegt.<br />Das zentrale Design dieser Kameranetzwerke und die kontinuierliche Datenübertragung erfordern große Bandbreiten.<br />CCTV Systeme werden immer größer und umfangreicher. Das ist auf die kleiner werdenden Hardware-Preise zurückzuführen. Die eingesetzten Kameras übertragen jedoch ständig Bildsequenzen, ohne jegliche Analyse vorzunehmen. Diese Tätigkeit verbleibt beim Personal eingerichteter Sicherheitszentralen. Durch diese enormen Informationsmengen kommt es jedoch frühzeitig zu Ermüdung des Personals. Ein konzentriertes Arbeiten ist nur zeitlich eingeschränkt möglich.<br />In dieser Diplomarbeit wird die Integration von intelligenten on-the-spot Minikameras in bestehende Netze der Gebäudeautomation vorbereitet. Solche Kameras bringen den Vorteil mit sich, dass sie ständig den Bildbereich analysieren und bei definierten Ereignissen eine Alarmmeldung und einen Mitschnitt an die Sicherheitszentrale senden.<br />Weiters können erste Gegenmaßnahmen direkt veranlasst werden, während das Personal der Sicherheitszentrale weitere Aktionen erlässt. Zudem sind solche Kameras äußerst kostengünstig zu erwerben, kommt es doch in erster Linie nicht auf die Qualität der zu übertragenden Daten an. Da Gebäudeautomationsnetzwerke nicht für solche Zwecke konzipiert wurden, müssen die Rahmenbedingungen hierfür erst geschaffen werden. Übertragung über unterschiedliche Medien (Zwei-Drahtleitungen, Stromleitungen, Funkverbindungen) werden durch Protokolle und Standards der Gebäudeautomation definiert. Keine gängiger offener Standard ist bis dato für die Datenübertragung von CCTV Kameras geeignet.<br />Diese Diplomarbeit prüft die Möglichkeit einer solchen Umsetzung anhand von beschriebenen Anwendungsfällen aus verschiedenen Bereichen. Dazu wird auch der generelle Netzaufbau herangezogen und analysiert. Für zwei ausgewählte Standards werden die Protokolle entsprechend erweitert und eine Proof-of-Concept Realisierung vorgestellt.<br />

Nowadays Closed Circuit Television (CCTV) systems are transmitting video signals to a dedicated control center where human beings are observing the video streams continuously -- usually huge amounts of data. Most of the time there are no abnormal activities which can be detected -- moreover video frames do not even change. However, due to the continuous video transmission, resources like network bandwidth and processing power are wasted. In addition concentration of security personnel decreases rapidly.<br />The proposed approach aims at performing on-the-spot image analysis and image transmission over Building Automation Networks (BAN). The desired solution is to transmit video data just in case. If an abnormal situation is detected by the camera, it shall send the related video sequence over a BAN to the control center. Video transmission should be stopped during idle times.<br />Although current BAN technologies are not capable of handling huge amounts of data, this master thesis focuses on solutions in transmitting video sequences over narrow bandwidth control networks that are typically used for the exchange of process data in building automation systems.<br />Network technologies used in the building automation domain (e.g., twisted pair, powerline, technologies based on radio frequency) provide only limited bandwidth. Even though on-the-spot image analysis decreases the amount of data to be transmitted, further improvements and special developments are necessary. Therefore, this master thesis has the objective to provide mechanisms that support a transmission of on-demand video sequences over low bandwidth network media.<br />In a first step, theoretical fundamentals about the transmission properties of different protocol standards will be analyzed. Based on this, a comprehensive analysis of appropriate network technologies that fulfill the requirements of on-demand video transmission will be further investigated. Afterwards, a protocol extension that supports the transmission of (compressed) video data shall be developed. To evaluate the proposed concepts, a prototype implementation will be realized.