“智慧湿地”视频监控传输系统设计与实现

2021-04-20张丽张石岩刘淑凡谷山

电子技术与软件工程 2021年3期

张丽张石岩刘淑凡谷山

（河南省信息咨询设计研究有限公司河南省郑州市 450008）

1 项目建设背景

“智慧湿地”视频监控建设立足满足湿地的治理、保护生态环境、服务民生等需要，规划建设一套标准统一、系统开放、高清为主、资源共享、前端类型多样化、业务智能化、应用具体化的监测体系。

该湿地保护区呈带状东西走向，长约150km，南北跨度约23km。通过监控系统建设实施，能对湿地保护区范围内进行24 小时全天候不间断无障碍监控，通过使用动态视频监测系统功能，加强保护区生态环境监测，为保护区提供集视频监控、生态气象测报、智能巡护和对鸟类等野生动物监测的自然保护区综合管理视频监控系统，达到对保护区资源有效管理。

光缆网是综合承载所有业务的基础资源，本文结合1 个湿地管理中心节点、3 个分中心节点、OLT 节点、光交节点、末端业务接入节点等分布统一进行规划，设计并实现该湿地保护区视频监控传输系统建设。

2 需求分析

2.1 前端监控点的传输链路需求

监控系统的前端采集设备接入运营商链路，单路视频按卡口视频4M 码流，重载云台视频6M 码流，全景拼接视频16M 码流进行计算，同时考虑链路冗余，运营商为前端智能感知设备提供的接入带宽不低于50M/路。

2.2 湿地管理中心与本市政务云平台之间传输链路需求

该湿地智慧管理平台是智慧林业、智慧城市的组成部分，该平台系统可通过本市大数据交换平台对监测数据进行共享交换使用。

为了选择合适的网络链路，需要对链路所需带宽进行合理评估，根据数据流的走向，计算出带宽需求。在进行带宽计算时，需要遵循合理的计算公式，具体如下所示：

所需链路总带宽=预览所需带宽+回放所需带宽+非视频数据传输所需带宽

预览所需带宽=（预览视频路数×单路视频预览流量）/链路带宽利用率

回放所需带宽=（回放视频路数×单路视频回放流量）/链路带宽利用率

（1）预览所需带宽=（预览视频路数×单路视频预览流量）/链路带宽利用率

平台建设300 路视频监控链路，并发预览数按照的50%计算，即有150 路预览信号，则：预览所需带宽=（150*16）/0.7=3429M

（2）回放所需带宽=（回放视频路数×单路视频预览流量）/链路带宽利用率

平台建设300 路视频监控链路，并发回放数按照的30%计算，即有90 路预览信号，则：预览所需带宽=（90*16）/0.7=2057M

（3）非视频数据带宽需求中，检测分析业务所需带宽100K，内部管理类所需带宽50K

则：非视频数据带宽=（100+50）/0.7=0.2M

湿地管理中心至政府政务云之间，需要5.49G 带宽需求。

2.3 湿地管理中心与互联网传输链路需求

根据智慧管理平台互联网的业务需求，以及业务模型带宽经验值对本次互联网业务带宽进行测算：

（1）互联网浏览带宽需求500KB，同时有40%用户在浏览；

（2）移动端浏览带宽需求500KB,同时有30%用户在浏览；

（3）在线申报带宽需求700KB，同时有20%用户在执行此操作；

图1：网络拓扑图

（4）在线办事查询带宽需求1000KB，同时有10%用户在执行此操作。

按5000 人并发计算，本次项目需要互联网带宽：

5000*（500*0.4+500*0.3+700*0.2+1000*0.1）/1000/1000/0.7=4.2G

2.4 各分控中心的传输链路需求

分控中心的汇聚交换机上行需接入该湿地管理中心机房的核心交换机，下行需汇聚本辖区资源，通过租用运营商链路实现，对已有的链路可进行利旧或带宽升级来实现，建议每个分控中心的接入至少采用1 条10GE 链路，从而保证高带宽和可靠性。

该辖区内每个分控中心汇聚业务数量不同，建议每种业务按照最大链路需求考虑，则每个分控中心云台类链路20 个，全景类链路20 个，卡口类链路120 个。

所需链路总带宽=存储所需带宽+预览所需带宽+回放所需带宽+非视频数据传输所需带宽

存储所需带宽=（存储视频路数×单路视频存储流量）/链路带宽利用率

预览所需带宽=（预览视频路数×单路视频预览流量）/链路带宽利用率

回放所需带宽=（回放视频路数×单路视频回放流量）/链路带宽利用率

非视频数据带宽需求=（（监测分析类业务+内部管理类业务）/链路带宽利用率

（1）存储所需带宽=（卡口存储视频路数×4M+云台存储视频路数×6M+云台存储视频路=（120*4+20*6+20*16）/0.7=1314M

（2）预览所需带宽=（预览视频路数×单路视频预览流量）/链路带宽利用率

平台建设150 路视频监控链路，并发预览数按照的50%计算，即有75 路预览信号，则：预览所需带宽=（75*16）/0.7=1714M

（3）回放所需带宽=（回放视频路数×单路视频预览流量）/链路带宽利用率

平台建设150 路视频监控链路，并发回放数按照的30%计算，即有45 路预览信号，则：预览所需带宽=（45*16）/0.7=1029M

（4）非视频数据带宽需求中，检测分析业务所需带宽100K，内部管理类所需带宽50K，则：非视频数据带宽=（100+50）/0.7=0.3M

每个分控中心至湿地管理中心机房之间，需要4.1G 带宽需求。

3 设计方案

目前视频接入及物联网应用传输主流方案为交换机视频监控回传方案和PON 网络视频监控回传方案。

（1）交换机视频监控回传方案是在前端信息采集点监控杆处安装接入交换机，接入交换机通过光纤与该区域内汇聚交换机相连，信息经汇聚交换机后通过光纤连接至核心交换机。

（2）PON 网络视频监控回传方案是在前端监控杆处安装ONT设备，ONT 通过光纤与附近分光器相连，分光器汇聚成一根光纤后连接至OLT 设备，最后上联至核心交换机。

（3）根据湿地保护区的业务需求，针对湿地保护区区域面积大、点位稀疏、引电位置不确定、光缆路由引入困难等问题，传输方案选定PON 网络视频监控回传方案。

3.1 网络架构搭建

组网结构分为核心层、汇聚层、接入层，湿地管理中心为核心层，3 个分中心为汇聚层，接入层为末端监控设备。

3.1.1 核心层

核心层采用双核心组网提升网络安全性，保证视频及物联网信号传输安全，接入网管实现对末端设备进行监控，保证设备正常运行；核心路由器通过互联网接入政府电子政务外网。

3.1.2 汇聚层

3 个分中心设置汇聚设备，用于收敛该区域内视频及物联网信号，汇聚节点以环形组网上联至核心设备。

3.1.3 接入层

接入层设备放置在信息采集点监控杆上，承载视频监控、物联网终端设备业务需求。

3.2 传输承载网建设方案

3.2.1 核心层建设方案

在湿地管理中心新增核心路由器1 台，核心交换机2 台，交换机1 台（监控中心使用），网管服务器1 台，防火墙1 台等设备，满足上联互联网需求，下联汇聚交换机收敛业务。

3.2.2 汇聚层建设方案

在3 个分中心各放置1 台汇聚设备，汇聚设备通过双上联至湿地管理中心核心设备，为满足汇聚节点多种设备综合接入（大屏、PC 终端等），每个汇聚节点配置1 台接入交换机。

为满足就近接入，节省光路资源，无源光网络设备OLT 下沉至大堤，OLT 设备分区域接入各管理中心汇聚交换机，采用室外机柜安装，就近收敛业务。

3.2.3 接入层建设方案

本监控系统信息采集点为140 个，其中6 个采用微波承载，其余134 个监控点采用ONT 承载。

3.3 传输线路系统设计

光缆网是综合承载所有业务的基础资源，结合1 个湿地管理中心节点、3 个分中心节点、OLT 节点、光交节点、末端业务接入节点等分布统一进行规划建设。

光缆网网络架构可分为汇聚层光缆、接入主干光缆、接入配线光缆。

3.3.1 汇聚层光缆

汇聚层光缆结构应重点保障安全性，新建光缆容量应满足未来5-10年业务发展需要，光缆芯数建议不小于48 芯。主要承载湿地管理中心节点与3 个区县分中心节点之间的汇聚交换机上联，原则上OLT 上联不允许在汇聚层光缆承载。

3.3.2 接入主干光缆

接入主干光缆根据传输网络架构要求，结合行政区域划分、围绕3 个分中心节点布局和功能定位进行建设。以行政区域为单位，根据区内末端业务接入需求，合理布局光交接点，减少末端接入距离。

新建接入主干光缆的容量应能满足覆盖区域内未来5-10年的综合业务承载需求，适度超前建设接入主干光缆。接入主干光缆芯数根据3 个分中心节点的功能定位、业务节点分布、业务归属关系、设备组网要求等测算接入主干光缆的容量并合理分配纤芯，光缆采用48 芯。

室外光交应满足末端业务就近接入要求，尽量设置在安全、隐蔽、施工维护方便、易于进出线、不易受外界损伤及自然灾害影响，同时又符合城市规划、不妨碍城市交通、不影响市容观瞻的地方。

3.3.3 接入配线光缆

末端业务采用光缆就近接入光交，新建光缆时，应综合考虑各类业务的光纤需求，纤芯容量应满足3-5年的接入需要，采用12芯光缆建设。

3.4 光缆网建设方案建议

目前国内通信运营商已经步入全业务经营阶段，各类客户资源已经成为运营商竞争的焦点，政府资金建设的信息化项目，更是国内三大运营商竞争和服务的重点。运营商依据自身的优势资源，依据客户数据业务的应用场景、接入手段、建设方案等方面进行进一步的梳理和总结，为客户提供优质的服务，力求与客户之间建立、保持和发展一种长期、良好的合作关系。同时运营商具有专业的通信网络设计、工程监理、工程施工建设能力和丰富的通信管道资源，可以保证项目实施。

为保障前端感知设备数据的稳定传输，建议有国内运营商代建传输网络，采用政府向社会购买服务的模式进行建设，以便更好的支撑该项目的信息化建设。