高速公路視頻監控系統卡頓的原因分析及處理建議

劉紅英

摘 要 隨著數字網絡技術的發展，監控視頻已經由模擬監控升級為數字網絡監控。自從IP高清占據視頻監控主流的那一刻，視頻卡頓就隨之出現了。視頻卡頓是一項系統性工程，系統中的每個節點都需為之深究，并需要付出長期的投入，方可有收獲。本文通過分析視頻卡頓的原理，并結合自己在視頻監控系統的施工、設計中總結的一些經驗，提出處理視頻卡頓的建議和措施。

關鍵詞 卡頓;視頻;高速公路;STP

高速公路視頻監控系統主要是對收費站、隧道、服務區等區域的視頻進行監控。隨著網絡技術的發展，目前在高速公路視頻監控領域，高清網路攝像機已基本得到了普及。視頻卡頓現象成了一個屢見不鮮的現象，解決視頻卡頓是一個系統性的工程，僅憑某一方面的力量，很難徹底的將其解決。需要從視頻監控系統的設計、施工、設備選型及兼容性、系統后期維護等多方面共同努力。

1高速公路視頻監控系統傳輸架構介紹

1.1 收費站監控視頻

收費站監控視頻通常包括收費站廣場攝像機、收費車道圖像、收費亭圖像、監控室圖像、財務室圖像、票據室等。目前，我國的大多數收費站都安裝了高清/標清網絡攝像機，通過STP-6屏蔽線、光纖收發器等將視頻信號上傳至收費站監控室視頻交換機。在監控室通過視頻管理服務器完成視頻的存儲及轉發，并可通過視頻工作站進行實時的圖像瀏覽和控制。在有些收費站配置有電視墻，視頻圖像還將通過網絡解碼器將視頻圖像投送到監視器上。在本地處理完后，監控分中心會隨機選取幾路視頻圖像，通過通信系統的以太網板傳輸至監控分中心的視頻管理平臺上。收費站有關收費系統的所有圖像都會通過視頻管理服務器將錄像存儲在本站的磁盤陣列（IP-SAN）上。

1.2 隧道監控視頻

隧道監控視頻主要由隧道外場的云臺攝像機、隧道內固定攝像機和停車帶半球攝像機組成。它們通過STP-6屏蔽線傳輸至就近的光纖交換機上。左、右隧道的光纖交換機組成環網，將所有隧道監控視頻通過光纖上傳至隧道管理所。在隧道管理所通過視頻管理平臺完成視頻的存儲及轉發。隧道管理站本地負責所有圖像的存儲。當需要進行圖像上傳時，監控分中心會隨機選取幾路視頻圖像，通過通信系統的以太網板傳輸至監控分中心的視頻管理平臺上。

1.3 道路監控視頻

道路監控視頻是由分布在高速公路兩旁的攝像機組成，它們著重集中在互通、匝道、重要大橋、重點監控目標等的附近，采集圖像的質量要求高。道路監控視頻一般采用高清網絡攝像機，通過STP-6屏蔽線傳輸至附近的外場光纖交換機，由于該視頻分布零散，一般外場光纖交換機通過光纖組成環網，傳輸至就近的收費站視頻交換機，視頻交換機將視頻數據送至通信設備ONU（光網絡單元）上的以太網板，傳輸至監控分中心ONU。在監控分中心ONU的相應端口上引出一根網線到監控分中心核心交換機。外場圖像需要傳至分中心后，經分中心的視頻服務器進行存儲和轉發。一般情況下，道路監控視頻是出現視頻卡頓的重災區[1]。

2視頻監控系統卡頓原因

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，在網絡傳輸的過程，I幀的任何一個報文的丟失，就會導致視頻無法成像，同時，由于視頻的實時性要求，一般采用UDP（中文名是用戶數據報協議）的傳輸機制，即丟包不重傳，所以，基本上網絡只要出現丟包，就會卡頓。

2.2 交換機堵塞

當某個100M端口向另一個100M端口傳輸1M的數據流時，是以100M的速率傳輸了1/100秒。如果這1/100秒時，有另外一個100M端口也向同一個100M端口傳輸1M的數據流，雖然兩個端口加起來數據流只有2M，遠沒有達到100M的帶寬瓶頸，但也會擁塞。同理，1000M端口在同一時間點只能接受一個1000M端口傳輸數據，但可以同一時間點接受10個100M端口傳輸數據，但超過10個，也會擁塞。此時交換機緩存如果能夠存放下擁塞的數據流，就不會丟包，如果交換機緩存存放不下，就會丟包[2]。

3視頻監控系統卡頓解決思路

3.1 做好整個監控視頻網絡的規劃，確保核心網絡的安全

攝像機的配置和布置數量直接決定了網絡內數據的處理容量，為了應對突發流量，在選型和設計方案時，交換機端口的帶寬使用率建議不要超過70%，最好控制在60%以內。在網絡設計時，統籌全局，避免產生網絡瓶頸。例如：在視頻圖像上傳時，4路高清圖像（5M/路）僅給分了15M的帶寬，通過計算：4×5=20>15。由于帶寬不能容納所有視頻流通過，肯定會出現視頻卡頓現象。此外在中心機房涉及傳輸匯聚設備非常多，某一根鏈路自身存在問題可能就會給整個網絡帶來風險。這里特備要提醒的是，在做核心設備互聯時，是要使用六類網線，這類網線的標識是“CAT6”，該類網線的帶寬是250M，可用于架設千兆網;而超五類網線的網線的標識是“CAT5E”，帶寬僅僅是155M。用錯網線的話特別容易造成整體網絡的卡頓，所以只有合理的網絡規劃和設計才能有效解決監控視頻卡頓所帶來的問題。

3.2 盡可能選用緩存大的三層交換機，做好交換機配置

緩存是可以減少擁塞導致的丟包，理論上，如果緩存足夠大，丟包為零，視頻也不會因網絡原因卡頓。但是從經濟性的角度看，緩存越大的交換機，價格越貴，并且緩存越大，只能降低阻塞的概率，不能完全抑制阻塞。做好交換機的配置也是抑制阻塞、丟包的一個辦法。目前市場上主流的交換機如思科、華為、華三等品牌的交換機，均具有抑制交換機環網差生阻塞的策略。在交換機產品一般配置中，建議開啟STP或RSTP協議。STP（Spanning Tree Protocol） 是生成樹協議的英文縮寫，該協議可應用于在網絡中建立樹形拓撲，消除網絡中的環路，并且可以通過一定的方法實現路徑冗余，但不是一定可以實現路徑冗余。它是讓網絡中的所有交換機形成一個第二層的無環網絡。實際網絡中交換機往往需要多條鏈路來實現冗余，這樣做讓網絡不至于因單點故障而中斷通信，因此，一個交換機可能需要有多條不同的鏈路連接到某個端口。

3.3 在交換機和防火墻上配置安全策略

在數字視頻監控中，所有的數據內容都是通過網絡發送的。當這些數據通過公路專網或VPN專線發送時，有可能會因為網絡監聽而造成數據包截取，從而對傳輸的數據完整性和安全性產生威脅。在系統出現網絡風暴時，會影響上一級網絡的穩定性。施工方在施工過程中必須對交換機和防火墻，進行時安全策略配置。做到：①抑制異常廣播包的傳輸;②阻止超大包的傳輸。③在數據傳輸控制中實時監控數據流量、設備的負荷，在出現異常情況時，切斷某些事故端口。

3.4 注重施工質量，從工序管理的細節做起

在施工階段，使用網線質量太差，不是采用銅質材料，造成網線質量得不到保證。一般正規國標網線最遠傳輸距離建議不要超過100米，而劣質網線的傳輸性能更會大打折扣，如果采用了劣質網線，前期畫面可能一切正常，后期隨著線路的氧化衰減，容易導致信號傳輸丟包，時斷時連，畫面卡頓等現象。在設備調試、試運行階段，由于管理不慎，外來PC將某些病毒引入視頻監控系統內，有些防護能力不強的計算機被感染了病毒，往往會不停地往外面以及內部發送大量無用的垃圾數據包。這樣也能讓視頻交換機陷于癱瘓，進而導致網絡阻塞、卡頓[3]。

4結束語

引發視頻卡頓的原因還有很多，最根本的癥結就是網絡阻塞、丟包。由于交換機上的每個口都是隔離的，我們可以從交換機上通過排除法找到引發視頻卡頓的端口，將該端口的數據從交換機上隔離出來。這樣整個網絡的丟包、卡頓現象就會得到抑制，當然有時引發視頻卡頓的不只是一個端口引起的，我們應平心靜氣的將交換機上的所有端口都要進行排查。

參考文獻

[1] 杜艷明，韓冰，肖建華.IP網絡擁塞鏈路診斷算法[J].計算機應用，2012（2）：347-351.

[2] 高永強，郭世澤.網絡安全技術與應用[M].北京：人民郵電出版社，2003：31.

[3] 馮元.計算機網絡安全基礎[M].北京：科學出版社，2003：10.