高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)卡頓的原因分析及處理建議

劉紅英

摘 要 隨著數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控視頻已經(jīng)由模擬監(jiān)控升級(jí)為數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。自從IP高清占據(jù)視頻監(jiān)控主流的那一刻，視頻卡頓就隨之出現(xiàn)了。視頻卡頓是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需為之深究，并需要付出長(zhǎng)期的投入，方可有收獲。本文通過(guò)分析視頻卡頓的原理，并結(jié)合自己在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的施工、設(shè)計(jì)中總結(jié)的一些經(jīng)驗(yàn)，提出處理視頻卡頓的建議和措施。

關(guān)鍵詞 卡頓;視頻;高速公路;STP

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)收費(fèi)站、隧道、服務(wù)區(qū)等區(qū)域的視頻進(jìn)行監(jiān)控。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，目前在高速公路視頻監(jiān)控領(lǐng)域，高清網(wǎng)路攝像機(jī)已基本得到了普及。視頻卡頓現(xiàn)象成了一個(gè)屢見(jiàn)不鮮的現(xiàn)象，解決視頻卡頓是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，僅憑某一方面的力量，很難徹底的將其解決。需要從視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備選型及兼容性、系統(tǒng)后期維護(hù)等多方面共同努力。

1高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸架構(gòu)介紹

1.1 收費(fèi)站監(jiān)控視頻

收費(fèi)站監(jiān)控視頻通常包括收費(fèi)站廣場(chǎng)攝像機(jī)、收費(fèi)車(chē)道圖像、收費(fèi)亭圖像、監(jiān)控室圖像、財(cái)務(wù)室圖像、票據(jù)室等。目前，我國(guó)的大多數(shù)收費(fèi)站都安裝了高清/標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，通過(guò)STP-6屏蔽線、光纖收發(fā)器等將視頻信號(hào)上傳至收費(fèi)站監(jiān)控室視頻交換機(jī)。在監(jiān)控室通過(guò)視頻管理服務(wù)器完成視頻的存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)，并可通過(guò)視頻工作站進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像瀏覽和控制。在有些收費(fèi)站配置有電視墻，視頻圖像還將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)解碼器將視頻圖像投送到監(jiān)視器上。在本地處理完后，監(jiān)控分中心會(huì)隨機(jī)選取幾路視頻圖像，通過(guò)通信系統(tǒng)的以太網(wǎng)板傳輸至監(jiān)控分中心的視頻管理平臺(tái)上。收費(fèi)站有關(guān)收費(fèi)系統(tǒng)的所有圖像都會(huì)通過(guò)視頻管理服務(wù)器將錄像存儲(chǔ)在本站的磁盤(pán)陣列（IP-SAN）上。

1.2 隧道監(jiān)控視頻

隧道監(jiān)控視頻主要由隧道外場(chǎng)的云臺(tái)攝像機(jī)、隧道內(nèi)固定攝像機(jī)和停車(chē)帶半球攝像機(jī)組成。它們通過(guò)STP-6屏蔽線傳輸至就近的光纖交換機(jī)上。左、右隧道的光纖交換機(jī)組成環(huán)網(wǎng)，將所有隧道監(jiān)控視頻通過(guò)光纖上傳至隧道管理所。在隧道管理所通過(guò)視頻管理平臺(tái)完成視頻的存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)。隧道管理站本地負(fù)責(zé)所有圖像的存儲(chǔ)。當(dāng)需要進(jìn)行圖像上傳時(shí)，監(jiān)控分中心會(huì)隨機(jī)選取幾路視頻圖像，通過(guò)通信系統(tǒng)的以太網(wǎng)板傳輸至監(jiān)控分中心的視頻管理平臺(tái)上。

1.3 道路監(jiān)控視頻

道路監(jiān)控視頻是由分布在高速公路兩旁的攝像機(jī)組成，它們著重集中在互通、匝道、重要大橋、重點(diǎn)監(jiān)控目標(biāo)等的附近，采集圖像的質(zhì)量要求高。道路監(jiān)控視頻一般采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，通過(guò)STP-6屏蔽線傳輸至附近的外場(chǎng)光纖交換機(jī)，由于該視頻分布零散，一般外場(chǎng)光纖交換機(jī)通過(guò)光纖組成環(huán)網(wǎng)，傳輸至就近的收費(fèi)站視頻交換機(jī)，視頻交換機(jī)將視頻數(shù)據(jù)送至通信設(shè)備ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）上的以太網(wǎng)板，傳輸至監(jiān)控分中心ONU。在監(jiān)控分中心ONU的相應(yīng)端口上引出一根網(wǎng)線到監(jiān)控分中心核心交換機(jī)。外場(chǎng)圖像需要傳至分中心后，經(jīng)分中心的視頻服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。一般情況下，道路監(jiān)控視頻是出現(xiàn)視頻卡頓的重災(zāi)區(qū)[1]。

2視頻監(jiān)控系統(tǒng)卡頓原因

丟包是造成卡頓的直接原因。

丟包又分為視頻丟包和交換機(jī)堵塞兩種。

2.1 視頻丟包

視頻流是由I幀和P幀組成，其中I幀為超大幀，在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^(guò)程，I幀的任何一個(gè)報(bào)文的丟失，就會(huì)導(dǎo)致視頻無(wú)法成像，同時(shí)，由于視頻的實(shí)時(shí)性要求，一般采用UDP（中文名是用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）的傳輸機(jī)制，即丟包不重傳，所以，基本上網(wǎng)絡(luò)只要出現(xiàn)丟包，就會(huì)卡頓。

2.2 交換機(jī)堵塞

當(dāng)某個(gè)100M端口向另一個(gè)100M端口傳輸1M的數(shù)據(jù)流時(shí)，是以100M的速率傳輸了1/100秒。如果這1/100秒時(shí)，有另外一個(gè)100M端口也向同一個(gè)100M端口傳輸1M的數(shù)據(jù)流，雖然兩個(gè)端口加起來(lái)數(shù)據(jù)流只有2M，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到100M的帶寬瓶頸，但也會(huì)擁塞。同理，1000M端口在同一時(shí)間點(diǎn)只能接受一個(gè)1000M端口傳輸數(shù)據(jù)，但可以同一時(shí)間點(diǎn)接受10個(gè)100M端口傳輸數(shù)據(jù)，但超過(guò)10個(gè)，也會(huì)擁塞。此時(shí)交換機(jī)緩存如果能夠存放下?lián)砣臄?shù)據(jù)流，就不會(huì)丟包，如果交換機(jī)緩存存放不下，就會(huì)丟包[2]。

3視頻監(jiān)控系統(tǒng)卡頓解決思路

3.1 做好整個(gè)監(jiān)控視頻網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，確保核心網(wǎng)絡(luò)的安全

攝像機(jī)的配置和布置數(shù)量直接決定了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)的處理容量，為了應(yīng)對(duì)突發(fā)流量，在選型和設(shè)計(jì)方案時(shí)，交換機(jī)端口的帶寬使用率建議不要超過(guò)70%，最好控制在60%以?xún)?nèi)。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，統(tǒng)籌全局，避免產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)瓶頸。例如：在視頻圖像上傳時(shí)，4路高清圖像（5M/路）僅給分了15M的帶寬，通過(guò)計(jì)算：4×5=20>15。由于帶寬不能容納所有視頻流通過(guò)，肯定會(huì)出現(xiàn)視頻卡頓現(xiàn)象。此外在中心機(jī)房涉及傳輸匯聚設(shè)備非常多，某一根鏈路自身存在問(wèn)題可能就會(huì)給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。這里特備要提醒的是，在做核心設(shè)備互聯(lián)時(shí)，是要使用六類(lèi)網(wǎng)線，這類(lèi)網(wǎng)線的標(biāo)識(shí)是“CAT6”，該類(lèi)網(wǎng)線的帶寬是250M，可用于架設(shè)千兆網(wǎng);而超五類(lèi)網(wǎng)線的網(wǎng)線的標(biāo)識(shí)是“CAT5E”，帶寬僅僅是155M。用錯(cuò)網(wǎng)線的話特別容易造成整體網(wǎng)絡(luò)的卡頓，所以只有合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)才能有效解決監(jiān)控視頻卡頓所帶來(lái)的問(wèn)題。

3.2 盡可能選用緩存大的三層交換機(jī)，做好交換機(jī)配置

緩存是可以減少擁塞導(dǎo)致的丟包，理論上，如果緩存足夠大，丟包為零，視頻也不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)原因卡頓。但是從經(jīng)濟(jì)性的角度看，緩存越大的交換機(jī)，價(jià)格越貴，并且緩存越大，只能降低阻塞的概率，不能完全抑制阻塞。做好交換機(jī)的配置也是抑制阻塞、丟包的一個(gè)辦法。目前市場(chǎng)上主流的交換機(jī)如思科、華為、華三等品牌的交換機(jī)，均具有抑制交換機(jī)環(huán)網(wǎng)差生阻塞的策略。在交換機(jī)產(chǎn)品一般配置中，建議開(kāi)啟STP或RSTP協(xié)議。STP（Spanning Tree Protocol） 是生成樹(shù)協(xié)議的英文縮寫(xiě)，該協(xié)議可應(yīng)用于在網(wǎng)絡(luò)中建立樹(shù)形拓?fù)?，消除網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路，并且可以通過(guò)一定的方法實(shí)現(xiàn)路徑冗余，但不是一定可以實(shí)現(xiàn)路徑冗余。它是讓網(wǎng)絡(luò)中的所有交換機(jī)形成一個(gè)第二層的無(wú)環(huán)網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)往往需要多條鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余，這樣做讓網(wǎng)絡(luò)不至于因單點(diǎn)故障而中斷通信，因此，一個(gè)交換機(jī)可能需要有多條不同的鏈路連接到某個(gè)端口。

3.3 在交換機(jī)和防火墻上配置安全策略

在數(shù)字視頻監(jiān)控中，所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的。當(dāng)這些數(shù)據(jù)通過(guò)公路專(zhuān)網(wǎng)或VPN專(zhuān)線發(fā)送時(shí)，有可能會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)而造成數(shù)據(jù)包截取，從而對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)完整性和安全性產(chǎn)生威脅。在系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴時(shí)，會(huì)影響上一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。施工方在施工過(guò)程中必須對(duì)交換機(jī)和防火墻，進(jìn)行時(shí)安全策略配置。做到：①抑制異常廣播包的傳輸;②阻止超大包的傳輸。③在數(shù)據(jù)傳輸控制中實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流量、設(shè)備的負(fù)荷，在出現(xiàn)異常情況時(shí)，切斷某些事故端口。

3.4 注重施工質(zhì)量，從工序管理的細(xì)節(jié)做起

在施工階段，使用網(wǎng)線質(zhì)量太差，不是采用銅質(zhì)材料，造成網(wǎng)線質(zhì)量得不到保證。一般正規(guī)國(guó)標(biāo)網(wǎng)線最遠(yuǎn)傳輸距離建議不要超過(guò)100米，而劣質(zhì)網(wǎng)線的傳輸性能更會(huì)大打折扣，如果采用了劣質(zhì)網(wǎng)線，前期畫(huà)面可能一切正常，后期隨著線路的氧化衰減，容易導(dǎo)致信號(hào)傳輸丟包，時(shí)斷時(shí)連，畫(huà)面卡頓等現(xiàn)象。在設(shè)備調(diào)試、試運(yùn)行階段，由于管理不慎，外來(lái)PC將某些病毒引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，有些防護(hù)能力不強(qiáng)的計(jì)算機(jī)被感染了病毒，往往會(huì)不停地往外面以及內(nèi)部發(fā)送大量無(wú)用的垃圾數(shù)據(jù)包。這樣也能讓視頻交換機(jī)陷于癱瘓，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞、卡頓[3]。

4結(jié)束語(yǔ)

引發(fā)視頻卡頓的原因還有很多，最根本的癥結(jié)就是網(wǎng)絡(luò)阻塞、丟包。由于交換機(jī)上的每個(gè)口都是隔離的，我們可以從交換機(jī)上通過(guò)排除法找到引發(fā)視頻卡頓的端口，將該端口的數(shù)據(jù)從交換機(jī)上隔離出來(lái)。這樣整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的丟包、卡頓現(xiàn)象就會(huì)得到抑制，當(dāng)然有時(shí)引發(fā)視頻卡頓的不只是一個(gè)端口引起的，我們應(yīng)平心靜氣的將交換機(jī)上的所有端口都要進(jìn)行排查。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜艷明，韓冰，肖建華.IP網(wǎng)絡(luò)擁塞鏈路診斷算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2012（2）：347-351.

[2] 高永強(qiáng)，郭世澤.網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2003：31.

[3] 馮元.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2003：10.