Application of Cloud Monitoring in Metro

2016-07-14LuChang

智能建筑电气技术 2016年3期

Lu Chang

Lu Chang

AbstractTaking the construction of Kunming Metro Line 3 video surveillance system as an example, and illustrating the application of the cloud monitoring stage in the subway

KeywordsHDTV camera, cloud node, clustered

0概述

昆明市轨道交通3号线工程共设车站20座，控制中心设置在昆明北站附近，是昆明轨道交通所有线路共用的线网控制中心。

运营专用视频监控系统与公安视频监控系统采用共建方式，车站公安通信监视终端设备接入专用视频监控网络，实现公安视频监控系统对监视图像的调用、控制。在地铁公安分局和市公安局之间设置公安信息通信网边界接入平台，将市局和分局公安视频进行网络隔离。

在本线路中视频监控系统采用全数字化方案、IP高清模式，并在各车站、高架区间设置高清网络摄像机，视频的采集、传送、存储、显示等全过程中的图像分辨率均能达到1 920×1 080。全系统共设置了1 531台摄像机，包括1 008台高清固定摄像机、235台高清一体化球型摄像机、206台高清半球摄像机和82台高清全景摄像机。

全线视频监控系统采用云监控方案，每个车站为一个云节点，分别设置云存储设备，控制中心为备份云节点，全线一共21个云节点。站间存储数据可以漂移，若一个车站的数据存储失效(硬盘故障、RAID组故障、节点机故障)，则可以将数据漂移至临站或控制中心存储，全网无单一车站故障失效点，不会因某个设备或某个车站故障造成全线瘫痪或录像丢失，用户能够在任何一个站点或公安警务室根据授权访问实时图像和历史图像。

1系统组成

在车站的站台和站厅各设置3台带POE功能的接入交换机，车站摄像机通过网线接入附近的接入交换机，接入交换机通过光纤接入车站机房的核心交换机，各站通过传输系统(MSTP)与交换机互联。

车站核心交换机将高清摄像机编码输出的H.264格式数字信号送入车站的云存储进行视频存储，每个车站的云存储由3台华为VCN3000节点机组成，同时该设备还可以将前端摄像机的IP数字视频信号通过传输系统提供的以太网通道分别发送至控制中心视频监控系统与公安视频监控系统。

每台VX3000节点机支持36块硬盘，每个车站云节点最小由3台VX3000组成，云节点作为各站点数字监控录像的存储设备，可预留10%的冗余空间用于数据漂移(单台VCN3000作为媒体处理单元VCN3000(MPU)形态时，支持256路/512Mbps接入存储、256路/512Mbps转发和64路/128Mbps回放下载；VCN3000(MPU)总数不超过16台时可形成自堆叠集群部署)。云节点提供的存储容量、I/O性能满足本站全部视频存储30天(按24h/天计，图像分辨率为1 920×1 080，公共区≥8Mbps码流，设备区6Mbps码流可调，按新反恐法要求也可以扩容至90天存储)及不支持10个客户端同时访问的能力。主机提供电源冗余保护，支持RAID0、RAID1、RAID5等的盘阵组合，并具有当不少于一块硬盘出现故障时不至影响视频的正常存储和不丢失盘阵中的已存储图像的能力，且支持RAID组的冗余、在线对损坏硬盘的更换以及通过增加硬盘数量、硬盘容量来扩展存储空间的能力。此外，通过后台编程可自动实现减帧操作(比如，1个月以前的录像可以将25帧自动减少为8帧)，节约至少1/3的硬盘空间、延长图像存储的时间；并可依据事先的报警处理配置，自动实现事件全程的存储记录，以及提供事件预存储，支持磁带机、光盘刻录和网络转存事件录像等功能。

如图1所示，该系统支持N+0集群功能，与传统集群技术不同的是，该集群功能由站点的VCN3000节点机组建云集群，无需布设额外的设备，各节点之间采用选举的方式，共同推选出集群的决策成员，决策成员会收集所有节点机的运行状况，并提出相应的措施。当某台节点机设备故障时，迅速由其他节点机接管它的工作；在该节点机设备恢复正常后，集群决策成员将其他节点机设备上部分业务分担至该节点机；当某台节点机设备负载过大时，支持将该设备上部分业务分担至其他节点机上，以提高系统自保护能力，保证视频数据的可靠性和连续性。

图1　轨道交通云监控系统图

车站H.264格式数字视频信号由通信传输网送入中心的以太网交换机，中心交换机将数字视频信号提供给视频解码器，将还原出的高清视频信号送入显示大屏；同时中心交换机还可把视频控制信号送给ISCS终端，ISCS控制终端可通过内置软件切换监视器上的图像。

鉴于昆明地铁为分布式结构、集中式管理模式，所以系统也采用基于IP网络的分布式云体系结构，在应用上以分布式服务为设计理念，采用的设备均为client/sever合一型产品，可以不依赖于任何服务器的介入实现服务功能，完成日常的视频监控业务，包括摄像机端到监视器端视频连接的建立、切换、拆除，云台控制的优先级判断及控制权的授予；存储视频的检索、回放到视频输出端完成视频连接的建立、拆除和控制。

2云监控的特点

云视频监控系统主要由各节点云通过IP通道互联而成，各节点云通过云节点机组成自制云，每个节点云采用专用云虚拟化技术可提供多种资源池(如计算资源池、存储资源池、网络接口资源池等)。主要优点：1)支持多种类型的前端设备。2)可进行多种云部署。3)支持海量存储。4)支持多种视频业务(如视频分析、视频人脸识别)。5)支持多种IP环境。6)存储安全性比较高，主要体现为：(1)单个云节点机内部采用RAID技术做磁盘存储保护；(2)单个云节点内采用云虚拟存储技术做存储保护，可在出现坏盘做即时存储转换；(3)云节点间依靠N+0技术实现节点故障冗余，可实现单个云节点机或云节点的整体业务转移。7)系统整体可靠性高，主要体现为：(1)单个云节点由多个云节点机通过云虚拟化技术组建，每个视频业务运行在独立的虚拟机中，单个视频业务的故障不会对其他业务造成影响；(2)云节点间依靠N+0技术实现节点故障冗余，可实现单个云节点机或云节点的按需转移。8)网络依赖性低，主要体现为：(1)单个云节点内部采用单播、组播传输；(2)云节点间采用单播传输。9)网络隔离性好，主要体现为：(1)与其他专网系统连接时可采用NAT方式做网络隔离；(2)与特殊保密网络之间采用网闸方式做网络隔离。10)增加业务灵活，可根据增加的业务按需增加云节点设备。

3传统监控系统与云监控系统的对比

表1为传统监控系统和云监控系统的区别。