浅析铁路视频监控网络传输研究

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摘要：本课题研究基于目前铁路通信网络广泛采用的组网构架，重点对视频流的网络传输性能及相应承载优化技术进行分析。旨在细化各指标组成，找出影响性能指标的关键因素，为各组成系统的优化提供技术分析和数据支持。本文将从视频网络系统组成，视频网络设备响应性能、MSTP承载视频的带宽效率研究、MSTP交换功能的性能研究四部分综合阐述。

关键词：视频网络；交换；MSTP

中图分类号：TP277 文献标识码：A文章编号：1007-9599(2012)04-0000-02

随着科学技术的进步，铁路系统已经不如到了信息化的时代，全国铁路系统都在大力发展铁路信息化系统，目前，铁路系统的日常工作以及管理等工作已经实现了网络信息化。铁路系统是我国最为重要的交通运输部门，铁路的正常、稳定、高效的工作是促进我国运输行业的关键因素，是决定国民生活正常运转的主要因素，此外，由于铁路系统覆盖范围广、比较分散、环境比较复杂等特点，其日常的维护工作就变得十分困难，不能及时的发现问题、解决问题，

在铁路系统图中部署网络视频监控系统便能够很好的解决上述问题，嵌入式web服务器在远程网络视频监控系统中的应用，使得系统管理人员或者操作人员只需要一网的计算机，便可以通过网络实时的观察目标区域的一切情况，铁路系统调度中心也只要接入互联网网络，便可以对全国铁路的现状了如指掌，对目标环境区域实时监控，通过网络视频监控系统的部署，能够有效的帮助铁路系统工作人员及时排除隐患，保障铁路系统安全高效运转，此外，大大减少了巡视工作人员的工作量[1]。

一、视频网络系统组成

远程网络视频监控系统的核心是嵌入式Web服务器的运用，即嵌入式Web服务器以系统功能模块的形式与系统并存，这样，就能够非常明显的与传统的模拟视频监控系统区分开来，组网方式、设备部署等等都不同于模拟视频监控系统。一套完整的视频监控系统从逻辑功能上可以分为分站设备、通道传输设备和调度/集控站、主站设备[2]，这三部分相互连接，共同组成远程视频监控网络。

（一）分站设备

分站设备主要指的是前端监控设备以及网络视频编解码器，前端设备主要值得是硬件设备，如监控摄像机（球形机，变焦机以及云台等），还有就是系统的辅助设备，比如报警装置、预警装置等，但是，分站设备的核心设备确实网络视频编解码器，网络视频编解码器主要负责视频图像信息的编码与解码操作。本课题部署的铁路网络视频监控系统中的网络视频编解码器的核心技术便是嵌入式操作系统，网络视频编解码器可以完全实现前端摄像机设备的接入与控制，能够实现网络系统的接入，能够实现视频监控图像的网络化以及数字化，能够实现视频图像的压缩编码以及解码等功能，此外，还能够实现视频图像的网络存储以及传输，集多功能与一身，舍得远程网络视频监控系统的安装、部署、调试就变得非常简单。此外，远程网络视频监控系统最主要功能是能够通过网络实现远程管理与设置，工作人员不必到现场进行相关操作。

（二）通道传输设备

通道传输设备的选择需要根据实际情况进行合理的选取，目前，通道传输设备的种类比较少，目前仅仅有ISDN、有线或无线的数字专线、有线或无线互联网网络三种，但是，网络视频图像对传输的带宽要求有限制，较为满意的图像信息必须需要超过384Kbps以上的通道带宽。

（三）主站设备

主站设备实现的主要功能是集中管理所有的登录系统的用户以及铁路各个分站设备，并对传输的视频图像信息进行解压缩处理、存储处理等。主站设备的组成部分比较复杂，简单的主站仅仅需要一个或者多个监控终端，主站设备的工作通常情况下会分时进行工作，能够实现一对一或者一个对多个的前端设备的监控，此外，主站设备比较容易扩充，比如，系统目前有报警以及录像存储等功能需求，则我们在主站就需要配置相应的服务器，比如报警数据库服务器、数字信息录像数据库服务器，通过服务器的配置便可以实现系统的功能的扩展。通过这种方式配置主站设备所需的终端设备，主站设备搭建完毕之后，用户则只需要在铁路局调度中心，通过远程网络视频监控系统便可以及时的发现目标区域一切情况，此外，主站设备还可以根据需要在分站中心建立，以小型远程网络视频监控系统的形式接入到全国的视频监控网络，这样，铁路总调度中心即能及时的了解全国铁路情况，又能监控到分站中心的情况，此外，分站中心还可以通过本地的监控网络能够及时的监控所管辖的铁路区段的实时信息。

二、视频网络设备响应性能

远程网络视频监控系统能够极大的确保铁路系统稳定、高效的运行，但是影响视频网络设备的因素较多，本节主要分析视频网络设备的响应性能，在响应性能的分析中，最为重要的是将整个监控网络系统进行分解并制定性能分析中必须的测试方案以及测试模型。通过模型的实现，结合现有网络技术的理论基础知识，对测试数据进行深入的分析。本小节的重点内容是分析网络设备，通过测试模型将网络工作性能的数据获取过来，并且功过测试找到端到端的测试数据所占的比重。现阶段，基本上所有的视频服务器、视频图像编码器均直接连接到数据库服务器交换机，但是，也有一少部分的编码器通过MSTP汇聚上来，因此，本课题选择交换机作为测试环节，在交换机上测试其网络性能。

测试的一切条件均是所测的设备均工作在正常情况，带宽流量一定要限制到端口能够允许的速率范围内，并将时延设置到系统网络传输的最低值，测试条件确定之后，开始测试铁路网络的视频质量，主要测试的电路的流量以及时延，通过测试发现，数据网络设备在网络流量正常的情况下，完全可以达到系统所需的转发性能。随着流量的增加，当流量增加到端口能承载的最大速率的时候并且网络队列阻塞后，时延水平明显上升，通过类似的网设备监控手段，能够非常迅速的发现网络流量的变化情况，通过流量的变化便能够看到流量对网络多产生的影响，能够非常有效的帮助分析视频网络内部情况，能够及时的调整网络流量来提高视频图像的质量。

三、MSTP承载视频的带宽效率计算

在铁路视频监控网络系统中对传输通道的要求比较高，MSTP是目前应用的最多的组网，因此，本节主要的工作是验证MSTP的带宽通道能力，在MSTP网络中，IEEE802.3以太网帧被去除了8Bytes前置字符和帧起始定界字符后，映射入GFP帧中[3]。这样，便可以非常准确的计算出以太网帧协议开销字节数为26Bytes，EoS帧协议开销字节数随着负载头部的变化而变化，但是本节内容将其限制在30Bytes与90Bytes之间。

测试分析得出，当进行64Bytes、128Bytes、256Bytes、512Bytes、1024Bytes、1280Bytes、1518Bytes帧长测试时，协议开销字节数在整个帧长度中占用了极大的比例。因此，本测试中重点研究实际负载的效率问题，考察固定带宽内实际可通过的视频流大小。

测试条件如下：在传输之间构建端到端100M通道，传输之间的业务端口分别连接至SmartBits的Tx和Rx端口，通过SmartBits测试无丢包满载带宽效率。

测试结果能够非常准确的反映出协议开销对效率的影响，当测试帧长度增加的时候，对应的效率也会增加，即带宽效率与帧大小呈现的是正比例的关系。测试中MSTP继续提供透传模式的点对点电路，两个测试终端分别连接传输两个业务端口。测试中首先以8Kbytes为TCP的滑动窗口大小，此窗口大小会根据TCP协议所侦测的传送质量，逐步调整到最大带宽吞吐率。

将测试的数据求和取平均值之后可以得到当吞吐率为83284.5Kbits/sec的时候带宽效率达到83.28%。应用层中的实际网络流量测试与标准帧传送性能存在着非常明显的差别，效率下降了近5个百分点。

四、MSTP交换功能的性能研究

铁路网络传输结构中传输所承载的业务最多的会用到MSTP交换功能，网络节点通过交换功能实现互通互连，从而形成通顺的、连通的局域网网络架构。但是一旦将交换功能用于处理视频图像传输的时候，图像质量的提高便会使得网络传输链路非常的不稳定，而且网络抖动与时延都比较大，从而影响了视频图像传输的质量。

端到端的抖动现象主要有传输链路抖动以及设备转发抖动，当系统网络各个节点之间的负载处在较低的情景下，传输链路的抖动影响会非常大。当运营的网络是环形网络的时候，或者网络中遭到复合数据流的影响的时候，时延上升的差距很大，因此，远程网络视频监控系统在网络的部署中需要注意多个节点的时延问题。

五、总结

铁路视频监控系统需要较高的网络传输条件，需要极高性能的数据设备，此外，对系统终端编解码、传输设备、传输通道、以及路由交换设备都需要极高的性能。网络设备的性能分析，完全能够使得系统的抖动以及时延达到一个合理的标准，并且，远程网络视频监控系统可以通过组网优化提高系统的性能，使得网络系统能够传输更高质量的图片信息。

参考文献：

[1]GA/T 367-2001.视频安防监控系统技术要求[S].2001

[2]董伟峰.监控系统中视频信号传输的设计[J].企业科技与发展.2011(02)

[3]TB 10006-2005.铁路运输通信设计规范[S].2005

[作者简介]：谢铮（1980.6-），男，重庆长寿人，职称：助理工程师，学历：本科，主要研究方向：通信。