广深线综合视频监控系统网络设计

李 鹍 陈路全

（1．中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京 100081（2．河南辉煌科技股份有限公司，郑州 450001）

1 网络需求分析

1.1 视频采集点的视频接入需求

针对广深线旅客数量多、流动性大、人员情况复杂，治安问题严峻等突出问题，广铁集团中心提出了全线无盲区覆盖、全天候运行的视频系统建设需求，视频采集点主要分布在车站所辖区域和铁路沿线区间。

在铁路沿线，每隔100～300 m设置一处视频采集点，同时在桥梁、弯道、涵洞等地形比较特殊的区域增加了采集点设置。在全线采用标清视频的前提下，两个车站间一般需要150～350 Mbit/s的网络传输带宽,把沿线的实时视频信息传输至视频节点进行存储，如果全线改造成高清视频，带宽需求将增大3～4倍。

1.2 视频终端网络资源需求

1.2.1 广深沿线辖区内用户

广深沿线的每台监视终端可以同时调看4路实时标清视频，每路视频的带宽2 Mbit/s，每台视频终端约需要8 Mbit/s的网络传输资源，平均每个车站按照2台终端跨站调看视频，14个车站同时跨站调看同一处视频，最多需要224 Mbit/s的网络带宽资源，既有的SDH传输平台，无法满足要求。

1.2.2 广深沿线外用户

广深沿线外视频监视用户主要包括集团中心和各段级机构等，监视终端需要通过SDH传输通道调看视频。每台终端同时调看4路实时标清视频，需要8 Mbit/s的网络传输资源，即需要4个E1通道，而当用户需要调看1080P的高清视频时，8 Mbit/s传输带宽只能满足1路实时视频的需求。

2 网络设计

2.1 广域网设计

按照铁路总公司《铁路综合视频监控系统技术规范》（Q/CR 575-2017）的标准规定，铁路综合视频监控系统由视频节点（包括视频核心节点、视频区域节点、I类视频接入节点、II类视频接入节点）、视频汇集点、视频采集点、承载网络和视频终端（包括视频管理终端、监视终端）组成。

在广铁集团的综合视频监控系统建设中，区域节点设置在广铁集团，I类视频接入节点包括广州东站、东莞站和深圳站；II类视频接入节点布置在广深线其他车站。视频采集点分布于铁路沿线及车站内外，为广铁集团及广深沿线各相关机构配置了视频监视终端。

结合以上分析和现场实际情况，确定了图1所示的广域网拓扑结构。

1）广铁集团至广州东、东莞、深圳之间采用E1线路构建星型网络。

2）广深线各车站（黄埔、平湖南除外），利用站间2芯光纤组建链状千兆光纤主干网。

3）通过广州东、东莞和深圳3个节点将星型网和链状网进行结合，构成3个相互嵌套的环型网络。当环网中出现单点故障时，将会从环网另一方向进行数据传输，避免了传输数据丢失，弥补了链状网无冗余，安全性差等缺点，使传输网络更加安全、可靠。

2.2 局域网设计

局域网方案主要从接口数量、接口带宽、功能、扩展能力等几方面综合考虑。其中，各视频节点网络设备的功能性需求较为一致，主要有：全网采用业界常用的OSPF协议，所选路由器和三层交换机必须支持OSPF；因要采用多个E1接口捆绑的带宽聚合方式来解决带宽不足的问题，所有路由器需支持E1端口绑定功能。主要包括区域中心局域网方案、I类和II类局域网接入方案，各局域网均通过百兆、千兆交换机进行组网。

2.3 接入网设计

广深线视频接入网主要用于所有视频终端视频调看和采集点的实时视频接入。

2.3.1 视频终端

视频终端一般采用点对点接入方式，结合接入位置及既有线路资源确定具体接入方式即可。

2.3.2 实时视频接入

按照部署位置的不同，视频采集点分布于站内和区间。站内采集点设备离车站视频交换机较近，一般可根据情况分别采用网线、BNC电缆、光纤等多种方式进行接入。

区间采集点设备离各站视频机房距离较远，多在几百米至几千米之间，每个区间部署有十几路到三四十路不等的前端采集设备。区间无可用的电缆和传输设备，仅有2芯光纤可供使用，即要利用2芯光纤实现所有区间摄像机等采集设备的接入。

3 关键技术分析

3.1 路由协议选择

路由主要分为静态路由和动态路由两大类。

静态路由可人为设定，不会随着网络状态的改变而发生变化。常用于网络规模小、拓扑结构简单固定的网络中。

动态路由是网络中路由设备之间相互通信，传递路由相关信息，并利用这些信息自动计算并更新路由表的过程。整个过程自动进行，无需人工干预，适合网络规模大、网络拓扑复杂的网络。

经过对比可知，广深综合视频系统的骨干网络目前由20个网络节点组成，后续还有继续增加扩展的需要，采用动态路由较为合适。目前应用较广的主流内部网关协议主要有4种：开放式最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF)、路由信息协议（Routing Information Protocol, RIP)、增强内部网关路由协议(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol,EIGRP)、中间系统到中间系统(IntermediateSystem-to-IntermediateSystem,IS-IS)。由于OSPF路由协议适合广深线视频监控规模、层次清晰，可扩展性好、兼容性好、收敛速度快，对业务影响小、支持变长子网掩码和路由汇总，因此，确定本工程网络系统采用OSPF路由协议。

3.2 传输路径优化

由于广域网采用了E1和千兆以太网组成环形网络，虽然大大增强了网络安全可靠性，但还需要在网络通道的利用率、视频分发和转发流量等方面进行路径优化，具体解决方案如下。

1）正常情况下（I类节点与区域直连通道无中断），I类节点到广铁集团中心（区域节点）应采用直达路由，不允许迂回。

2）在光纤网络无断点时，光纤网内任意一点调看网内视频信息，应优先选用光纤网，不应再到广铁集团中心迂回。

3）数据流向应和视频软件逻辑架构相适应。

3.3 OSPF优化

在OSPF网络中，接口代价和接口带宽是唯一相关的，两者成反比关系，代价值越小意味着带宽越大。代价计算公式见公式（1）：

基准带宽（reference bandwidth）的缺省值是108，接口带宽则根据不同的接口形式有所不同。

广深线OSPF接口默认代价值分布示意如图2所示，广深线优化后的OSPF接口代价值分布示意如图3所示。

OSPF路由代价（cost）是路由经过的中间网络所有接口开销的累加。从图2可知：正常情况下仙村至广铁集团中心（经广州东）的路由代价为1+1+1+1+1+1+7=13；红海至广铁集团中心（经东莞）的路由代价为1+1+1+1+9=13。

正常情况下，如从区域中心分别调看仙村、红海的视频，则OSPF则会把代价较小的仙村-广州东-中心、红海-东莞-中心两条路径作为最优路径，这与视频软件逻辑架构相一致。但当E1聚合通道中的某几条E1发生中断故障时，会导致相应接口代价和路由代价发生改变，最终出现OSPF最优路径和视频软件逻辑架构不一致的情况，需要优化cost值。

经反复论证，采用图3所示cost值，在正常情况和区域中心-仙村断1-6条E1通道、区域中心-红海断1-4条E1通道、区域中心-塘头厦断1-2条E1通道时，综合视频业务的网络路由不受影响。

4 结论

本文充分考虑了广深线现在传输网络资源，结合视频信息传输对网络大带宽的需求，提出了混合型广域网拓扑结构设计、区间接入网设计和OSPF cost值优化等创新性设计，在广深线综合视频监控系统中得到了较好地应用，可以为类似系统建设提供借鉴。

随着高清视频的引入，可考虑在以下两个方面进行改进，以便更好地满足用户需求：

1）在光纤资源充足的情况下，把千兆链状网升级为千兆环网；

2）把区域节点至I类节点之间改造为千兆光纤网。

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