高速公路视频监控系统卡顿的原因分析及处理建议

刘红英

摘 要 随着数字网络技术的发展，监控视频已经由模拟监控升级为数字网络监控。自从IP高清占据视频监控主流的那一刻，视频卡顿就随之出现了。视频卡顿是一项系统性工程，系统中的每个节点都需为之深究，并需要付出长期的投入，方可有收获。本文通过分析视频卡顿的原理，并结合自己在视频监控系统的施工、设计中总结的一些经验，提出处理视频卡顿的建议和措施。

关键词 卡顿;视频;高速公路;STP

高速公路视频监控系统主要是对收费站、隧道、服务区等区域的视频进行监控。随着网络技术的发展，目前在高速公路视频监控领域，高清网路摄像机已基本得到了普及。视频卡顿现象成了一个屡见不鲜的现象，解决视频卡顿是一个系统性的工程，仅凭某一方面的力量，很难彻底的将其解决。需要从视频监控系统的设计、施工、设备选型及兼容性、系统后期维护等多方面共同努力。

1高速公路视频监控系统传输架构介绍

1.1 收费站监控视频

收费站监控视频通常包括收费站广场摄像机、收费车道图像、收费亭图像、监控室图像、财务室图像、票据室等。目前，我国的大多数收费站都安装了高清/标清网络摄像机，通过STP-6屏蔽线、光纤收发器等将视频信号上传至收费站监控室视频交换机。在监控室通过视频管理服务器完成视频的存储及转发，并可通过视频工作站进行实时的图像浏览和控制。在有些收费站配置有电视墙，视频图像还将通过网络解码器将视频图像投送到监视器上。在本地处理完后，监控分中心会随机选取几路视频图像，通过通信系统的以太网板传输至监控分中心的视频管理平台上。收费站有关收费系统的所有图像都会通过视频管理服务器将录像存储在本站的磁盘阵列（IP-SAN）上。

1.2 隧道监控视频

隧道监控视频主要由隧道外场的云台摄像机、隧道内固定摄像机和停车带半球摄像机组成。它们通过STP-6屏蔽线传输至就近的光纤交换机上。左、右隧道的光纤交换机组成环网，将所有隧道监控视频通过光纤上传至隧道管理所。在隧道管理所通过视频管理平台完成视频的存储及转发。隧道管理站本地负责所有图像的存储。当需要进行图像上传时，监控分中心会随机选取几路视频图像，通过通信系统的以太网板传输至监控分中心的视频管理平台上。

1.3 道路监控视频

道路监控视频是由分布在高速公路两旁的摄像机组成，它们着重集中在互通、匝道、重要大桥、重点监控目标等的附近，采集图像的质量要求高。道路监控视频一般采用高清网络摄像机，通过STP-6屏蔽线传输至附近的外场光纤交换机，由于该视频分布零散，一般外场光纤交换机通过光纤组成环网，传输至就近的收费站视频交换机，视频交换机将视频数据送至通信设备ONU（光网络单元）上的以太网板，传输至监控分中心ONU。在监控分中心ONU的相应端口上引出一根网线到监控分中心核心交换机。外场图像需要传至分中心后，经分中心的视频服务器进行存储和转发。一般情况下，道路监控视频是出现视频卡顿的重灾区[1]。

2视频监控系统卡顿原因

丢包是造成卡顿的直接原因。

丢包又分为视频丢包和交换机堵塞两种。

2.1 视频丢包

视频流是由I帧和P帧组成，其中I帧为超大帧，在网络传输的过程，I帧的任何一个报文的丢失，就会导致视频无法成像，同时，由于视频的实时性要求，一般采用UDP（中文名是用户数据报协议）的传输机制，即丢包不重传，所以，基本上网络只要出现丢包，就会卡顿。

2.2 交换机堵塞

当某个100M端口向另一个100M端口传输1M的数据流时，是以100M的速率传输了1/100秒。如果这1/100秒时，有另外一个100M端口也向同一个100M端口传输1M的数据流，虽然两个端口加起来数据流只有2M，远没有达到100M的带宽瓶颈，但也会拥塞。同理，1000M端口在同一时间点只能接受一个1000M端口传输数据，但可以同一时间点接受10个100M端口传输数据，但超过10个，也会拥塞。此时交换机缓存如果能够存放下拥塞的数据流，就不会丢包，如果交换机缓存存放不下，就会丢包[2]。

3视频监控系统卡顿解决思路

3.1 做好整个监控视频网络的规划，确保核心网络的安全

摄像机的配置和布置数量直接决定了网络内数据的处理容量，为了应对突发流量，在选型和设计方案时，交换机端口的带宽使用率建议不要超过70%，最好控制在60%以内。在网络设计时，统筹全局，避免产生网络瓶颈。例如：在视频图像上传时，4路高清图像（5M/路）仅给分了15M的带宽，通过计算：4×5=20>15。由于带宽不能容纳所有视频流通过，肯定会出现视频卡顿现象。此外在中心机房涉及传输汇聚设备非常多，某一根链路自身存在问题可能就会给整个网络带来风险。这里特备要提醒的是，在做核心设备互联时，是要使用六类网线，这类网线的标识是“CAT6”，该类网线的带宽是250M，可用于架设千兆网;而超五类网线的网线的标识是“CAT5E”，带宽仅仅是155M。用错网线的话特别容易造成整体网络的卡顿，所以只有合理的网络规划和设计才能有效解决监控视频卡顿所带来的问题。

3.2 尽可能选用缓存大的三层交换机，做好交换机配置

缓存是可以减少拥塞导致的丢包，理论上，如果缓存足够大，丢包为零，视频也不会因网络原因卡顿。但是从经济性的角度看，缓存越大的交换机，价格越贵，并且缓存越大，只能降低阻塞的概率，不能完全抑制阻塞。做好交换机的配置也是抑制阻塞、丢包的一个办法。目前市场上主流的交换机如思科、华为、华三等品牌的交换机，均具有抑制交换机环网差生阻塞的策略。在交换机产品一般配置中，建议开启STP或RSTP协议。STP（Spanning Tree Protocol） 是生成树协议的英文缩写，该协议可应用于在网络中建立树形拓扑，消除网络中的环路，并且可以通过一定的方法实现路径冗余，但不是一定可以实现路径冗余。它是让网络中的所有交换机形成一個第二层的无环网络。实际网络中交换机往往需要多条链路来实现冗余，这样做让网络不至于因单点故障而中断通信，因此，一个交换机可能需要有多条不同的链路连接到某个端口。

3.3 在交换机和防火墙上配置安全策略

在数字视频监控中，所有的数据内容都是通过网络发送的。当这些数据通过公路专网或VPN专线发送时，有可能会因为网络监听而造成数据包截取，从而对传输的数据完整性和安全性产生威胁。在系统出现网络风暴时，会影响上一级网络的稳定性。施工方在施工过程中必须对交换机和防火墙，进行时安全策略配置。做到：①抑制异常广播包的传输;②阻止超大包的传输。③在数据传输控制中实时监控数据流量、设备的负荷，在出现异常情况时，切断某些事故端口。

3.4 注重施工质量，从工序管理的细节做起

在施工阶段，使用网线质量太差，不是采用铜质材料，造成网线质量得不到保证。一般正规国标网线最远传输距离建议不要超过100米，而劣质网线的传输性能更会大打折扣，如果采用了劣质网线，前期画面可能一切正常，后期随着线路的氧化衰减，容易导致信号传输丢包，时断时连，画面卡顿等现象。在设备调试、试运行阶段，由于管理不慎，外来PC将某些病毒引入视频监控系统内，有些防护能力不强的计算机被感染了病毒，往往会不停地往外面以及内部发送大量无用的垃圾数据包。这样也能让视频交换机陷于瘫痪，进而导致网络阻塞、卡顿[3]。

4结束语

引发视频卡顿的原因还有很多，最根本的症结就是网络阻塞、丢包。由于交换机上的每个口都是隔离的，我们可以从交换机上通过排除法找到引发视频卡顿的端口，将该端口的数据从交换机上隔离出来。这样整个网络的丢包、卡顿现象就会得到抑制，当然有时引发视频卡顿的不只是一个端口引起的，我们应平心静气的将交换机上的所有端口都要进行排查。

参考文献

[1] 杜艳明，韩冰，肖建华.IP网络拥塞链路诊断算法[J].计算机应用，2012（2）：347-351.

[2] 高永强，郭世泽.网络安全技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2003：31.

[3] 冯元.计算机网络安全基础[M].北京：科学出版社，2003：10.