行业解决方案
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复杂的视频专网如何智能化监测维护
发布时间:2016-08-17
一、设计背景
    某省十年来,视频监控建设发展迅猛,在平安城市和雪亮工程的建设下,视频监控覆盖的范围在不断扩大和增加。以视频监控为核心的安防体系建设取得了显著的成绩,在预防、震慑犯罪,公共安全、减少财产损失,保障人民生命和财产安全,在构建文明、安全、和谐的社会环境方面发挥了积极作用
    十年来,随着视频监控联网建设,视频终端从模拟到网络,从标清到高清,公共安全视频图像信息系统接入了大量的视频平台提供商,平台提供商的接入协议、设备各不相同,终端制造商给每款终端维护提供各种不同平台的软件版本。
    公共安全视频图像信息系统建设后,省级、国家级集中调阅,通过视频专网实时对重、特大事件掌握现场,并进行指挥调度的需求逐步涌现。
    为进一步加强公共安全视频监控建设联网应用工作,推动整合各类视频图像资源,第十二届人民政府第十五次常务会议讨论通过了《某省公共安全视频信息系统管理办法》(第190号令)文件,明确以全域覆盖、全网共享、全时可用、全程可控为总目标。如何统一、及时、有效地监管起建设联网的基础资源设施,为应用开展提供有效支撑,对视频监控运维平台的管理能力提出了新的挑战。

二、需求分析
    公共安全视频图像信息系统经过十年的建设,以视频监控为核心的安防体系建设取得了显著的成绩,在提高防控管理方面发挥了积极作用。但同时我们也应该清晰地认识到前期视频监控产品普遍存在一些不足,如视频终端数量庞大、编解码繁多、通信协议种类多、各大视频厂家不兼容性等,制约了视频资源的共享和应用业务的整合,限制了防控体系技术的发展,主要表现在以下几个方面:
2.1系统结构复杂
视频监控体系涉及摄像头、存储、服务器、路由器、交换机、防火墙、PON接入以及eLTE无线宽带接入等多种设备,类型多,数量多,摄像头编解码格式众多,分布广,需要同时多个管理平台和大量运维人员来承担各种设备的统筹和现场维护,管理难度大,运维成本居高不下。

2.2系统保障维护难
    视频数据作为公共安全视频监控建设的核心,从前端摄像头采集,经过交换机等网络设备传输,到监控中心进行存储,需要摄像头、网络、存储等设备协同工作,

    任何一个环节出现问题将有可能导致视频乱码或者丢失,特别是重点监控区域和重大安全事件,现场还原尤为重要。缺乏对前端设备故障的自动定位和预警,无法及时掌握前端摄像机损坏情况。

2.3系统智能化
    传统视频监控系统难以对事件提前防控和及时视频质量响应,很多视频图像无法做到自动发现和提前预测,都是采用纯人工方式,效率低下。

针对当前监控系统存在的问题,归纳出以下需求:
中心平台统一管理:统一视频监控联网系统视频传输、交换、控制协议;
自动化视频质量分析:标准化、智能化检测端到端的视频图像传输质量;
智能化故障定位:对事件提前防控和及时响应,告警并关联故障点;
网络传输性能:检测端到端的网络通信质量,预判网络带宽趋势;
事件回溯能力:故障现象回溯分析网络性能质量和视频图像质量,进行故障定位。

三、方案设计
3.1方案介绍(相关产品:明网网络应用性能管理系统)
    明网网络性能与故障分析解决方案系统一款能够全面监控视频业务系统各环节服务质量、快速发现并定位影响视频业务性能及稳定性问题的网络性能管理分析产品。以最大提升视频网络的运维效率和故障处置能力为研发目标,围绕视频网络传输标准为依据,检测端到端视频传输性能和图像质量为支撑,实时对网络视频性能进行监控分析和快速故障定位故障根源的系统。
    明网系统集中收集分布部署在网络各个节点的前端设备实时分析数据,以图形化、图表化的方式为运维人员直观呈现视频业务系统各个环节的工作状况。通过丰富的可视化展示从多个维度将整体视频传输质量直观展示给用户,管理者对区域内的视频专网一览无遗,有效辅助决策
3.2方案形态
方案共分为3个部分:明辰智航网络分路器(TAP)(相关产品:明辰智航网络分路器)、前端分析设备(NPM)、网络应用性能管理系统(NPMS)(相关产品:明网网络应用性能管理系统
3.2.1网络分路器(相关产品:明辰智航网络分路器
从视频交换网络中将原始网络信号采集到前端分析设备中进行数据报文的捕获、汇聚、流分类、智能导向、高级功能处理; 同时针对前端分析服务器,产生相应的数据流,分发给不同的分析工具进行处理。
此外,网络分路器主要旁路或者串接部署在视频专网的网络传输链路上,部署的位置包括光纤收发器、EPON设备、接入交换机、汇聚交换机和核心交换机等。
网络分路器部署在视频专网拓扑如下图所示:



3.2.2前端分析设备(NPM)
前端分析设备(MPM)通过网络分路器方式获取视频网络节点上的原始流量,实时对数据包完成捕获、智能解码、智能检测。前端分析设备实时分析端到端的传输质量,智能化图像识别技术,自动侦测。通过自有的核心诊断算法,主动发现并分析出前端视频卡顿、延后、马赛克等问题的原因,及时呈现当前视频监控的可用情况。
将依据标准识别出的前端视频质量、网络性能质量、中间网络传输质量、视频传输质量、故障原因等结果上传到网络应用性能管理系统(NPMS)。
3.2.3网络应用性能管理系统(NPMS)(相关产品:明网网络应用性能管理系统)
网络应用性能管理系统(NPMS)在传统产品基础上,具备关联分析功能、梳理视频业务逻辑关系图。视频业务逻辑关系图呈现出组成视频传输链路上的每个环节的运行状态,让用户了解视频从视频源、中间件、网络设备交互到存储等网络路径上的网络质量和视频质量。系统还支持以图形化的方式直观展现各个应用的关键性能指标和工作状态。
通过先进的解码引擎技术、模块化分析、关联技术等在监测视频网络传输质量的前提下,自动定位故障源和预期带宽发展趋势,通过丰富实用的智能功通满足不同的监控要求,提升视频监控系统的智能化水平。

3.3方案拓扑

明网系统分布式部署逻辑拓扑图,如上图所示:

3.4设计原则
由于某省的社会治安监控点数在80万左右的数量级,各级公安机关的用户众多,面对数据巨大的视频终端和部门众多,保障视频终端的可靠性、稳定性和实用性。
方案以先进性、可靠性、实用性、扩展性为基本原则,具体如下:
先进性:采用成熟、主流的设备构建系统,系统建设充分利用当前最新的视音频、数据、网络等技术,充分兼顾需求和技术的不断变化,建设业内领先的高清视频检测系统。
可靠性:系统硬件采用电信级专业设备,自动化检测网络、视频传输质量,提前预警,确保整个系统长期稳定运行。
实用性:系统的设计突出应用,以实用性定制开发,以现实需求为导向,以有效应用为核心,以技术建设与工作机制的同步协调为保障,确保系统能有效服务于用户的工作需要。
扩展性:系统采用业界主流的硬件设备,提供标准协议,具有良好的兼容性和通用的软硬件接口,可以全面兼容主流厂商的设备,并能为其他系统提供接口。
3.5设计依据
①《基于以太网技术的局域网系统验收测评规范21671-2018》
②《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求 28181-2016》

四、系统功能详解
系统总体结构简单清晰,通过多种途径采集获取视频通信相关数据:

数据来源
数据类型
数据价值
采集点
网络分路器
视频专网交换、传输的网络流量
把流量汇聚到一起,网络分路器会分配给不同的前端分析分析探针设备(NPM)
本地或者远端网络边界
前端分析设备探针(NPM)
网络通信质量、视频质量日志,网络元数据日志,索引过的网络原始流量

• 解析不同的编解码,音视频质量分析;

• 丢包对视频质量影响,导致出现马赛克或画面静止的终端;

• 端到端网络传输时延;

• 抖动对实时视频点播影响;

• 索引网络原始流量用于回溯分析,还原事件现场

本地视频专网
网络应用性能管理系统(MPMS)
前端分析设备探针的日志、告警及关联分析展示等
通过分析前端分析设备的日志、告警、元数据、网络通信质量和视频质量等,展示视频源经过各个环节的传输性能
视频专网系统
4.1网络分路器(相关产品:明辰智航网络分路器
网络分路器是一款复制网络流量的设备,它能够在不中断网络正常流量的情况下,实时获取网络流量。在使用时,预先将网络分路器旁路或者串接到被监测链路中,届时网络分路器会将被监测链路中的网络数据复制到它的另外一个或多个端口上供不同的分析工具进行分析。
通过分布式流量采集(在各个网络节点采集),用于汇聚网络线路,将Gbps流量的原始网络通讯数据,通过分路器设备分配给不同的前端分析设备,实现可扩展的高性能分析处理。
单台网络分路器设备具有48G的处理能力,48接口高性能网络分流复制交换机,支持按IP、协议特征过滤分流流量,并支持多组不同配置。根据需要对数据流量进行预处理,包括复制、汇聚、过滤、负载均衡、数据包分割,增加时戳,修改报文等各种方式,从而提高监测工具的监测效率,提高整个监测平台的可扩展性。
网络分路器部署方式如下图:



4.2前端分析设备(NPM)
前端分析系统所涉及技术全部为自主研发专利,通过镜像或网络分路器方式获取视频专网网络节点的原始流量,捕获原始数据包,提取相关的各种流量元数据,分析并存储相应的原始数据包。
前端分析系统采用高速的网络数据包处理技术,能够实时的对数据包完成捕获、匹配、提取元数据、关联分析、网络质量判断、存储、警报等多种处理环节。高效的处理原始流量,满足网络高性能的处理能力需要。
除了实时的数据包处理能力之外,前端系统也能够响应网络应用性能管理系统(NPMS)的各种数据查询和数据包级分析任务。能够对发生的安全事件进行溯源分析,发现更多网络通信线索,并完成原始数据包取证工作。
前端采集系统采集数据后会提取原始流量的元数据,除了常见的视频协议如SIP和RTP协议协议的元数据外,可单独模块显示控制信令、音视频的媒体分离流、信令会话、媒体流由媒体服务器在发送者和接收者之间传输示意图等。
还对捕获数据的连接信息进行了元数据提取。元数据的提取后可以存储到前端系统中,同时也根据需要将相关的元数据发送到网络应用性能管理系统进行更多的数据关联和事件追溯。
4.2.1前端设备视频监控概况分析
关于监控点播建立质量以及失败原因分析
• 监控点播次数;
• 监控点播成功率;
• 监控点播失败原因;
• 监控点播建立时间。
相关功能模块如下图:

                                      4.2.2终端设备的通信质量分析
                                      按设备汇总呼叫状态和音视频质量;
                                      提供呼叫状态和音视频质量趋势分析。
                                      相关功能模块如下图:


                                      4.2.3音视频质量指标分析
                                      关注媒体流传输质量,包括:
                                      • RTP/RTCP流质量指标
                                     √ 端到端时延(上下行);
                                     √ 抖动(上下行);
                                     √ 丢包(上下行);
                                     √ 编解码;
                                     √ 码率。
                                     • 音视频质量评价指标
                                     √ 上行MOS;
                                     √ 下行MOS;
                                     √ MOS质量分布(好/一般/差)。
                                     • 音视频质量问题,对网络进行排查
                                     √ 传输路径;
                                     √ 关联设备。


相关功能模块如上图:

                                    4.2.4视频监控回溯分析
                                    • 详细监控视频会话列表;
                                   √ 提供音视频质量趋势分析;
                                   √ 提供数据包提取和媒体流回放。

相关功能模块如上图:

                                     4.2.5数据包解码分析
                                     • 内置解码工具支持对SIP/RTP进行关联分析
                                     √ 自动分析SIP呼叫;
                                     √ 关联信令和媒体流;
                                     √ 提供信令接续过程梯形图。

相关功能模块如下图

                                       4.2.6视频传输故障码分析
                                      √ 自动发现SIP故障码;
                                      √ 产生告警事件;
                                      √ 在梯形图进行高亮显示。

相关功能模块如下:

                                      4.2.7流传输质量分析
                                     √ 丢包,时延和抖动分析;
                                     √ MOS计算;
                                     √ Codec识别;
                                     √ 码率;
                                     √ 异常事件。

相关功能模块如下图:

                                     4.2.8独立音视频编解码回放分析
                                      • 媒体流回放
                                      √ 支持G711和H264音视频编解码;
                                      √ 支持PS封装和音视频独立封装。

相关功能模块如下图:

4.2.9视频质量诊断
系统可提供视频质量诊断功能,通过对前端设备传回的码流进行图像质量评估,对视频图像中存在的质量问题进行智能分析、判断和预警。能在短时间内对大量的前端设备进行检测,检测根据国标《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求 28181-2016》内容。
4.3网络应用性能管理系统(MPMS)(相关产品:明网网络应用性能管理系统)
明辰智航网络应用性能管理分析系统利用大数据底层架构高效的分析关联能力,实现完整安全可见性,不仅看见“已知”通信质量,更能够感知“未知性能性能参数”,实现“业务链”上完整的视频传输可见性,实现访问链、元数据溯源、故障定位和流量事件分析等功能,发现网络流量异常及业务的性能,对可疑事件进行深入分析和数字取证。
应用性能管理分析系统提供多类型可视化监控大屏界面,可分别投到多快电视墙上,或者在一块电视墙上呈现4个监控界面,支持多图界面轮播,帮助您实时监控您的视频终端传输态势。



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