既有视频网络接入网络级视频监控系统的研究与实现——以上海市轨道交通为例

丁仕标 （中铁四局集团电气化工程有限公司，安徽 蚌埠 233040）

1 引言

上海地铁网络级视频监控平台系统（NVS）是基于轨道交通高速信息网的视频监控系统，系统平台采用基于通用服务器架构的云架构体系搭建完成，将能够调用上海市轨道交通所有线路的视频监控资源，为运营与公安部门各个级别的管理者供以与列车的运行、乘客的疏散、防灾和救灾及社会的治安等相关视频的信息[1]。

上海地铁自1993年第一条线路运营至今，存在多种模式并存的视频监控系统老旧线路，如何将这些视频监控系统进行整合集成，并兼容接入到各高速网用户，是NVS实现功能急需解决的问题。

目前既有视频监控系统网络架构各不相同、互连方式不一，同时还存在设备老化，网络带宽不足等问题，导致各线路既有视频系统网络互连非常困难，如果网络互连架构不合理，将会影响整个网络的稳定运行及实施效果。《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》（GB／T 28181）在2012年6月升级成为国家强制标准，NVS在支持GB／T28181协议的基础上还要同时满足既有接口如综合监控、车载PIS及公安视频监控等系统对接需求，确保接口功能正常使用。因此，迫切需要研究一种适用高速网平稳接入既有全线视频监控系统视频网络的全网络架构方案[2]。

本文通过对上海轨道交通既有视频网络架构进行充分的现场调查和分析，并针对不同网络架构提出针对性解决方案，解决实施过程遇到的问题，制定出相对应的兼容性好、可靠性高的网络架构解决方案。

2 既有视频网络架构调查和分析

2.1 既有视频网络架构的分类

视频监控系统经历了模拟、数字阶段，随着高清数字摄像技术、数通技术、图像处理技术及压缩编解码技术的快速发展，以IP网络为核心的视频监控系统应运而生，其极大地提高了视频监控系统的可靠性和高效性，且满足高可靠海量高清图像存储需求和符合未来视频监控发展方向，在城轨运行中起到越来越重要的作用[3]。

上海市目前视频监控系统网络架构可分为四种典型情况：①模拟矩阵为核心的视频网络架构；②模拟摄像机加数字编码器相结合的视频网络架构；③部分车站模数相结合、部分车站全高清在单条线路上并存的视频网络架构；④全高清视频网络架构。

2.2 模拟、模数结合视频网络架构现状调查分析

①现状调查：模拟、模数结合视频网络架构基本一致，以轨道交通2号线为例，每站的车站交换机通过线路级传输系统与控制中心交换机互连。上层网轨交总队交换机通过上层1网传输系统与2号线控制中心交换机进行三层路由互连，各公安分控、COCC、备用COCC交换机通过以太网光端机点对点与2号线控制中心交换机进行三层路由互连。网络架构如图1所示。

图1 2号线网络架构图

②分析：既有系统网络架构简单，车站、中心、上层网三层网络采用统一静态路由实现互连，业务逻辑清晰、直观，但同时也存在设备老化，缺少替代备件等问题。控制中心至上层网公安分控等节点采用点对点光端机互连方式，其传输链路仅一条，利用上层1网传输系统与轨交总队互连，其带宽资源有限（100M以内）。这种互连方式的缺陷主要包括：点对点的链路且无备份链路，无冗余保护功能，一旦链路中断，其承载的业务也全部中断；由于上层1网传输系统带宽的限制，也影响了上层用户对各线路同时调用视频图像的路数等。

2.3 模数结合与全高清并存的视频网络架构现状调查分析

2.3.1 现状

模数结合与全高清并存的视频网络架构主要包括轨道交通 5、9、10、13 号线，以最为典型复杂的9号线为例：①模拟线路的车站交换机通过线路级传输系统与控制中心交换机互连，上层网轨交总队交换机通过上层1网传输系统与9号线控制中心交换机进行三层路由互连，各公安分控、COCC、备用COCC交换机通过以太网光端机点对点与9号线控制中心交换机进行三层路由互连；②全高清制式的车站交换机通过线路级传输系统与控制中心高清段交换机互连，新四线上层节点交换机通过与控制中心高清段交换机进行三层网络路由互连。网络架构如图2所示。

图2 9号线网络架构图

2.3.2 分析

既有系统模拟段车站至中心采用两层网络、中心至上层网采用三层静态路由实现互连，高清段车站、中心、新四线上层节点采用三层网络静态路由实现互连，高清段网络与模拟段网络通过中心交换机直连的方式进行互连。模拟段系统除本身具有的问题外，还与高清段系统的网络地址在同一网段，一旦设备IP有冲突的情况出现，将会影响全网络的正常运行，甚至可能出现网络风暴等严重问题。

2.4 全高清视频网络架构现状调查分析

①现状：全高清视频网络架构主要包括轨道交通17、浦江线，以站点较多的17号线为例：车站交换机通过线路级传输系统与控制中心交换机互连，新四线上层节点交换机通过与控制中心高清段交换机进行三层网络路由互连。网络架构如图3所示。

图3 17号线网络架构图

②分析：既有系统网络架构简单，车站、中心、上层网三层网络采用统一静态路由实现互连，业务逻辑清晰、直观，系统为新建系统，设备状态都较好，网络带宽和性能都比较理想，但控制中心交换机与外界的互连接口处缺少网络安全设备，线路侧网络存在一定的风险。

3 网络级视频监控系统全网络架构方案

3.1 方案概述

针对目前既有四种视频网络架构存在的接口带宽限制、无链路冗余保护、缺少网络安全保护等不足，最终确定了以下方案。

在各线路控制中心增加三层以太网交换机、防火墙等设备，新增以太网交换机与既有视频系统交换机做三层路由互连，接口采用千兆口，解决了互连链路带宽不足的问题；经过新增的防火墙与高速数据网传输系统互连，弥补了既有系统无网络安全保护的缺陷；高速数据网传输系统具备网络冗余功能，保证既有系统与高速数据网各上层节点的网络冗余，最终实现高速数据网上层各节点与既有线路中心及车站的网络互连[4]。

下面以9号线（模数结合与全数字高清并存的视频网络架构）为例，具体分析数据结合与全数字高清网络架构如何并存，同时向高速数据网各节点传送不同制式的网络数据。

3.2 网络级视频监控系统全网络架构实施方案

①网络架构：9号线网络架构如图4所示。

图4 9号线网络架构图

②改造系统实现方案：

在9号线控制中心新增1套高速网以太网交换机及1套防火墙。高速网交换机分别与控制中心模拟段交换机和高清段交换机互连，由于模拟段网络的设备IP地址与高清段网络的设备IP地址属于同一网段，存在网路地址冲突问题，因此需要将其中一个网段的网络地址进行更改，考虑实际情况以及实施的可行性，最终确定采用NAT的方式将模拟段网络地址进行了转换，并通过三层路由与高速网交换机进行互连，实现了模拟段、高清段既有网络同时与高速网交换机互连。高速网交换机经过新增防火墙与高速网上层节点进行三层路由互连，最终实现高速网上层节点与9号线模拟段、高清段网络互连。

4 实施过程中遇到的问题及解决方法

4.1 系统稳定性问题

网络级视频监控系统全网络的互连架构应用于COCC、备用COCC、轨交总队、公安分控中心、其它外部接入单位等各种场景。由于网络结构复杂，涉及的线路众多，且是不间断运行的实时在线系统，需要从各线路控制中心进行视频数据调用，系统的稳定性也成为数据价值实现的基础。

本方案在现场进行了系统稳定性测试，主要包括NVS信令准确性测试及信令稳定性，以此来验证网络级视频监控系统全网络架构的可行性。

①通过NVS客户端进行各种界面操作，在足够时间段内，统计“发送信令”、“应返回信令”和“实际返回信令”，判断“应返回信令”和“实际返回信令”是否一致，从而验证NVS信令的准确性。

以9号线为例，测试结果如图5所示。

图5 2号线信令准确性测试结果

以上测试结果为：“应返回信令”和“实际返回信令”一致，验证了NVS信令的准确性。

②通过NVS客户端进行各种界面操作，在足够时间段内，统计“发送信令类型”、“发送信令时间”、“返回信令时间”和“间隔时间”，判断“间隔时间”均在一定范围内（标准为1000ms），从而验证NVS信令的稳定性。

以9号线为例，测试结果如图6所示。

图6 9号线信令稳定性测试结果

以上测试结果为：“间隔时间”均在1000ms以内（标准为1000ms），验证了NVS信令的稳定性。

4.2 系统兼容性问题

目前部分线路的既有视频监控系统网络与网络级视频监控系统，网络互连时系统兼容性较差，主要为以下三个原因：

①网络设备类型不同，互连的网络设备类型为三层以太网交换机、路由器并存方式；

1.1临床资料:选取2016年1月至2017年6月我院的肢体功能障碍脑梗死患者70例进行分析,共有男性68和女性52例,均是49至76岁患者,平均67.9±7.8岁;合并疾病:49例高血压、12例冠心病、10例呼吸系统疾病、6例糖尿病。所有患者均符合1995年全国第四届脑血管病学会制定的脑梗死诊断标准,排除合并认知障碍、精神病及有精神病家族史的患者。将患者分成对照组和观察组,使用不同护理方式,两组都有60例患者,其一般性资料对结果不产生影响。

②网络设备品牌不同，互连的网络设备品牌涵盖了进口品牌（思科、MRD、ALCATEL）、国产品牌（华为、华三、MOXA）；

③使用年限以及配置方式不同，由于既有线路建设年代的不同，使用设备的年限也是从近三年至近二十年不等，其配置的方式也各有不同。

解决方法：

本方案在实施前，充分考虑其与既有系统的兼容性，以相关建设指导意见为参考依据，在各个线路控制中心，充分调研既有系统的网络设备现状（品牌、类型、配置等参数等），并通过现场环境模拟、现场实际测试的方式，最终根据既有线路情况制定出针对性方案，以6、8号线为例，既有网络设备为路由器，且使用年代已久，数据配置无法导出，也无法对其进行数据配置的修改，经过反复评估论证，最终确定采用更换部分既有设备的方案[6]。

5 网络级视频监控系统全网络架构实施成果

经过现场调查分析论证以及反复测试，在充分考虑实施的可行性、项目的经济性的基础上，最终确定了系统网络架构。如图7所示。

图7 最终系统网络架构图

本方案最终的实施效果主要体现在以下方面：

①为COCC、BCOCC、轨道及公交总队、公安分控中心等高速网上层用户提供了不同架构的传输通道，并具备后续节点的平滑接入功能；

②解决了既有系统控制中心至上层网各节点之间的带宽限制问题；

③解决了既有系统控制中心至高速数据网各上层节点之间的网络冗余问题；

④解决了9号线同一线路中存在相同网络地址段，需要通过不同路由与高速数据网各上层节点之间的网络互连问题；

⑤解决了6、8号线既有网络设备老化、不具备更改配置与新系统对接能力的问题，同时也解决了既有上层网6、8号线不稳定、网络互通导致广播包影响两条线路的视频质量问题，为用户消除了相关的故障和隐患；

⑥本方案实现了多个上层网节点（高速数据网上层节点和既有上层网节点）能够同时与既有系统网络互连，且相互不受影响，为网络级视频监控系统接入上海所有轨交线路视频监控系统提供了稳定可靠、兼容性好的网络基础。

6 结论

本文针对网络级视频监控系统网络架构技术难点多、对接对象多、系统风险高、施工复杂等特点，通过调查分析论证的方式，在充分考虑用户需求及实施可行性的基础上，对不同的既有网络系统分别制定相应的合理互连方案，对传统视频监控系统互连网络架构在不同设计、复杂施工条件下应用改进和提高，对确保本网络级视频系统网络与既有视频系统网络能够在较短的时间内高效、顺利完成互联、互通起到决定性作用。

方案的实施成功解决了各类上层网用户调用视频困难、用户体验差等问题，提高了网络的整体性能，使系统达到了平稳过渡、运营状态影响可控的效果，同时施工可操作性强，经济效益显著。可以在全国轨道交通、平安城市等视频监控系统改造，不同的视频平台之间对接、数据网改造项目中推广使用。