視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測(cè)與控制

1、視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測(cè)與控制摘要：視頻系統(tǒng)的應(yīng)用給網(wǎng)絡(luò)容量帶來(lái)巨大壓力，為避免網(wǎng)絡(luò)阻塞，對(duì)視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測(cè)與控制非常重要。使用開(kāi)源監(jiān)控軟件Cacti，可以搭建一個(gè)出色的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)平臺(tái)。使用流媒體技術(shù)傳輸視頻，能夠降低視頻系統(tǒng)流量。在交換機(jī)上使用ACL限制視頻的訪問(wèn)，既能達(dá)到控制網(wǎng)絡(luò)流量的目的，又能為視頻系統(tǒng)安全提供保障。組播技術(shù)在視頻傳輸上有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使用組播進(jìn)行視頻傳輸是流量控制的最佳方案。關(guān)鍵詞：視頻系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)流量，Cacti，流媒體，組播技術(shù)The network traffic Monitoring and control of Video systemLI Chao LU H

2、uaqing(Daqing oilfield co., LTD. The first production plant's the information center 163001,lichao_a)(Daqing oilfield co., LTD. The first production plant's the information center 163001luhuaqinga)Abstract: The application of video system bring great pressure to network capacity, to avoid ne

3、twork congestion, network traffic monitoring and control of video system is very important. Using open source monitoring software Cacti, can build a good platform for the network traffic monitoring. Using Streaming Media Technology, can reduce network traffic video system. Using acl Technology restr

4、icted access to video on switches, can not only achieve the goal of control network traffic, and to provide assurance that video system security. Multicast technology in video transmission has absolute advantages, the use of multicast transmission of video is the best solution for network flow contr

5、ol.Keywords: video system, network flow, Cacti, Streaming Media, Multicast technology.1、引言當(dāng)前基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l系統(tǒng)在油田生產(chǎn)、工作中已有應(yīng)用，如作業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視系統(tǒng)、辦公樓宇安防監(jiān)視系統(tǒng)、視頻會(huì)議等。隨著中石油A11項(xiàng)目的實(shí)施推廣，視頻系統(tǒng)的建設(shè)、使用會(huì)越來(lái)越多。傳輸視頻的網(wǎng)絡(luò)流量要比文本、圖片大很多，大量的視頻數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的承載力是嚴(yán)重的考驗(yàn)。如何對(duì)視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行優(yōu)化，有效的控制流量，這對(duì)今后視頻系統(tǒng)在油田生產(chǎn)上的應(yīng)用、發(fā)展有重要意義。2、視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測(cè)對(duì)視

6、頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測(cè)、分析是流量控制的前提。只有得到準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)，分析、掌握流量的變化規(guī)律，才能制定合理的流量控制方案。2.1、使用cacti軟件搭建網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)平臺(tái)Cacti是一款優(yōu)秀的開(kāi)源監(jiān)控軟件，他能夠監(jiān)測(cè)內(nèi)置snmp agent網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（服務(wù)器系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等）的多種性能參數(shù)，如CPU使用率、內(nèi)存使用率、網(wǎng)絡(luò)流量、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間等。Cacti是基于PHP,MySQL,SNMP及RRDTool開(kāi)發(fā)的，整體結(jié)構(gòu)如下圖：Cacti是用php語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，它的主要功能是用snmp協(xié)議獲取數(shù)據(jù)，然后用rrdtool儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，snmp抓到數(shù)據(jù)不是存儲(chǔ)在mysql中，而是存在rrdtool生成的rrd

7、文件中，rrdtool對(duì)數(shù)據(jù)的更新和存儲(chǔ)就是對(duì)rrd文件的處理。當(dāng)用戶(hù)需要查看數(shù)據(jù)的時(shí)候，rrdtool從rrd文件調(diào)用數(shù)據(jù)并生成圖表呈現(xiàn)給用戶(hù)。Mysql配合PHP程序存儲(chǔ)一些變量數(shù)據(jù)并對(duì)變量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，如：主機(jī)名、主機(jī)ip、snmp團(tuán)體名等變量。Cacti通過(guò)WEB來(lái)進(jìn)行配置、管理和顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)置，可以把cacti配置成一個(gè)出色的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)平臺(tái)。cacti每隔5分鐘從監(jiān)測(cè)點(diǎn)上采集一次數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可給出按日、周、月、年的4 個(gè)流量圖。Cacti的安裝主要有以下幾個(gè)步驟：（1）安裝web服務(wù)，可以使用Apache，也可以使用IIS（2）安裝并配置MYSQL。（3）

8、安裝并配置php，配置IIS使其支持PHP，并測(cè)試PHP是否安裝成功。（5）安裝RRDTool（6）安裝Net-SNMP（7）安裝cactid（8）安裝Cygwin（9）安裝ActivePerl（10）安裝并設(shè)定cacti，在MySQL里新建數(shù)據(jù)庫(kù)cacti。（以上軟件均是開(kāi)源軟件，可在網(wǎng)上下載免費(fèi)使用，具體安裝方法可在網(wǎng)上查閱）Cacti使用方法簡(jiǎn)述如下：（1）打開(kāi)瀏覽器輸入http:/your-server/cacti ，默認(rèn)的登錄帳號(hào)和密碼都是admin，登錄后可顯示cacti界面。（2） 界面左上角是兩個(gè)選項(xiàng)卡，“console”和“graphs”。console表示控制臺(tái)，在此進(jìn)行所

9、有的配置操作；graphs是用來(lái)查看所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖像。（3）創(chuàng)建監(jiān)測(cè)點(diǎn)，首先要建立針對(duì)測(cè)試目標(biāo)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這個(gè)在Cacti的console面板中的“Devices”欄目中進(jìn)行，需要輸入測(cè)試設(shè)備的IP地址、SNMP相關(guān)參數(shù)等內(nèi)容。（4）查看監(jiān)測(cè)點(diǎn)，“Graph Management”欄目中可以看到剛才創(chuàng)建的監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圖像。為了方便查看，可以將這些圖像加入到“圖像樹(shù)”上。（5）在console控制臺(tái)的“New Graphs”欄目中，可以為已有監(jiān)測(cè)點(diǎn)添加新的監(jiān)控圖。根據(jù)用戶(hù)的需要，可以通過(guò)console控制臺(tái)下的“Graph Management”欄目，把多個(gè)數(shù)據(jù)源合并到一張圖上。（6）可以

10、使用腳本、模板、插件來(lái)增強(qiáng)、擴(kuò)展cacti的功能。要實(shí)現(xiàn)對(duì)交換機(jī)流量的監(jiān)測(cè)，需要安裝monitor插件。2.2、對(duì)安防視頻監(jiān)視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量的測(cè)試、分析使用Cacti網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性測(cè)試。選擇的測(cè)試對(duì)象為“采油一廠物質(zhì)供應(yīng)站安防視頻監(jiān)視系統(tǒng)”。該系統(tǒng)使用的設(shè)備全部是海康威視產(chǎn)品，視頻服務(wù)器型號(hào)為DS-7808H。視頻系統(tǒng)經(jīng)過(guò)物資站匯聚層交換機(jī)，廠核心交換機(jī)接入企業(yè)網(wǎng)。測(cè)試中，使用了三個(gè)用戶(hù)訪問(wèn)點(diǎn)來(lái)訪問(wèn)視頻，一個(gè)在物資供應(yīng)站，兩個(gè)在廠信息中心。Cacti流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在廠信息中心，對(duì)相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。視頻監(jiān)視系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)示意圖如圖所示，藍(lán)色圓圈表示流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，Cact

11、i流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)六個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到的數(shù)據(jù)圖表能夠比較全面的反映視頻系統(tǒng)在用戶(hù)訪問(wèn)時(shí)的流量傳輸情況。流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用snmp協(xié)議來(lái)獲得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)(圖中藍(lán)色箭頭)，三個(gè)用戶(hù)訪問(wèn)端均使用瀏覽器對(duì)視頻系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)，視頻數(shù)據(jù)使用TCP傳輸（圖中的紅色箭頭）。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)，得到的流量監(jiān)測(cè)圖如下：視頻流量監(jiān)測(cè)圖圖中“視頻服務(wù)器接入口”流量反映的是視頻監(jiān)視系統(tǒng)整體輸入、輸出流量，“物資供應(yīng)站網(wǎng)絡(luò)出口”流量反應(yīng)的是物資供應(yīng)站局域網(wǎng)到廠網(wǎng)絡(luò)的整體輸入、輸出流量，“廠核心交換機(jī)物資站入口”流量同“物資供應(yīng)站網(wǎng)絡(luò)出口”流量是同一個(gè)流量，只是輸入、輸出互為相反。另外三張圖反映的是三個(gè)視頻訪問(wèn)用戶(hù)端電腦的流量。

12、對(duì)上圖進(jìn)行分析，當(dāng)1號(hào)客戶(hù)端對(duì)視頻系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，“視頻服務(wù)器接入口”流量、“物資供應(yīng)站網(wǎng)絡(luò)出口”流量、“1號(hào)客戶(hù)端”流量都增加了4M。物資供應(yīng)站視頻系統(tǒng)總共有7個(gè)攝像頭，1號(hào)通道連接的攝像頭使用D1（4CIF）格式，帶寬為1.5M2M，其他通道的六個(gè)攝像頭均使用CIF格式。整個(gè)視頻系統(tǒng)的帶寬最大為：2M+0.5M*6=5M，最小為1.5M+0.25M*6=3M。cacti監(jiān)測(cè)到每個(gè)客戶(hù)端訪問(wèn)流量是4M，比較準(zhǔn)確。當(dāng)3號(hào)客戶(hù)端同時(shí)對(duì)視頻系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，“視頻服務(wù)器接入口”流量、“物資供應(yīng)站網(wǎng)絡(luò)出口”流量又增加了4M，流量累計(jì)增加了8M，2號(hào)客戶(hù)端也加入對(duì)視頻系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，流量累計(jì)增加了12M

13、。得出結(jié)論，隨著視頻系統(tǒng)訪問(wèn)用戶(hù)數(shù)量的增加，視頻流量將成倍增長(zhǎng)。3、視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量的控制不加以控制的使用網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻，很容易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。需要使用相應(yīng)的技術(shù)手段，改變視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，有效的控制視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量。3.1、使用流媒體傳輸視頻?？低暪踞槍?duì)自己的網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備開(kāi)發(fā)了軟件iVMS-4200，并結(jié)合該軟件的使用，提供了多種視頻系統(tǒng)部署方案。其顯著特點(diǎn)是使用了流媒體技術(shù)，大大降低了視頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)流量。針對(duì)局域網(wǎng)的部署方案能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)客戶(hù)端從設(shè)備取流，無(wú)本地硬盤(pán)錄像和重要錄像雙備份等功能。需要的基本硬件設(shè)備主要有，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、PC客戶(hù)端一臺(tái)、iVMS-4200 PCNVR客戶(hù)端一臺(tái)、

14、流媒體服務(wù)器一臺(tái)、存儲(chǔ)服務(wù)器一臺(tái)、交換機(jī)或者路由器。該方案需要安裝 iVMS-4200 客戶(hù)端、流媒體服務(wù)器、iVMS-4200 PCNVR 以及存儲(chǔ)服務(wù)器。使用簡(jiǎn)化的局域網(wǎng)方案對(duì)物資供應(yīng)站視頻系統(tǒng)進(jìn)行了部署，用戶(hù)端均使用iVMS-4200 客戶(hù)端軟件進(jìn)行視頻訪問(wèn)。局域網(wǎng)部署方案的簡(jiǎn)化模式在這種部署方案下測(cè)試的視頻流量結(jié)果如下圖：使用iVMS-4200客戶(hù)端訪問(wèn)視頻流量如圖所示，1號(hào)客戶(hù)端、2號(hào)客戶(hù)端在使用iVMS-4200軟件進(jìn)行視頻訪問(wèn)時(shí)，同樣一次傳輸7個(gè)畫(huà)面，流量都是1M左右，視頻服務(wù)器接入口流量為2M左右。與使用瀏覽器訪問(wèn)視頻系統(tǒng)相比流量降低70%多。3.2、使用交換機(jī)控制視頻系統(tǒng)的訪

15、問(wèn)現(xiàn)在大多數(shù)智能交換機(jī)都有端口限流功能。可以根據(jù)需要，把某一端口帶寬控制在其固定帶寬以下的任意數(shù)值。限制了端口帶寬，該端口下聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、設(shè)備的整體輸入、輸出流量就被限制一定范圍內(nèi)。這樣可以防止因某些業(yè)務(wù)流量過(guò)大，影響其他業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。對(duì)物資供應(yīng)站視頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入端口做了限流，在把帶寬分別調(diào)整為50M、20M、10M的情況下，做了訪問(wèn)測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)端口帶寬使用率達(dá)到80%時(shí)，視頻畫(huà)面幾乎全部靜止，網(wǎng)絡(luò)已嚴(yán)重阻塞。使用交換機(jī)端口限流，可以避免因視頻流量過(guò)大，影響生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸。它是以犧牲視頻傳輸質(zhì)量為代價(jià)的，不是流量控制的好方法。在交換機(jī)上合理的部署ACL（訪問(wèn)控制列表），既能控制視頻系統(tǒng)

16、訪問(wèn)的用戶(hù)，也能控制視頻的訪問(wèn)方式。使用基本ACL通過(guò)對(duì)訪問(wèn)IP的控制，能夠指定相關(guān)人員訪問(wèn)視頻系統(tǒng)，禁止其他人員訪問(wèn)。控制了訪問(wèn)人數(shù)也就控制了流量，同時(shí)為視頻系統(tǒng)安全訪問(wèn)提供了保障。使用高級(jí)ACL可以控制視頻系統(tǒng)的訪問(wèn)方式，比如只放開(kāi)視頻服務(wù)器的8000端口（該端口是iVMS-4200軟件訪問(wèn)的制定端口），禁止其他端口，使用戶(hù)只能使用iVMS-4200軟件訪問(wèn)視頻，也能起到降低視頻傳輸流量的作用。3.3、使用組播技術(shù)傳輸視頻組播技術(shù)是為優(yōu)化使用網(wǎng)絡(luò)資源而產(chǎn)生的，通常用于多點(diǎn)工作方式下的應(yīng)用中。他的核心思想是，數(shù)據(jù)發(fā)送者向一個(gè)組地址發(fā)送信息，接收者只需加入到這個(gè)組就可以接收信息，所有的接收者接

17、收的是同一個(gè)數(shù)據(jù)流。發(fā)送方僅發(fā)一份數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包只在需要的地方才會(huì)被復(fù)制分發(fā)，無(wú)論有多少個(gè)目標(biāo)地址，在網(wǎng)絡(luò)的任何一條鏈路上只傳送單一的數(shù)據(jù)包。組中成員是動(dòng)態(tài)的，可以根據(jù)自己的意愿隨意加入或退出。單播、組播數(shù)據(jù)傳輸示意圖組播技術(shù)在多點(diǎn)視頻數(shù)據(jù)傳輸方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，可以減少不必要的重疊發(fā)送，減輕了系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，提高了CPU資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率，極大地改善了視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。組播傳輸是通過(guò)組播協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，組播協(xié)議分為主機(jī)-路由器之間的組成員關(guān)系協(xié)議和路由器-路由器之間的組播路由協(xié)議。組成員關(guān)系協(xié)議使用的是IGMP(互連網(wǎng)組管理協(xié)議)。PIM是當(dāng)前使用最多的組播路由協(xié)議，稱(chēng)為協(xié)議無(wú)關(guān)組播

18、。PIM定義了兩種模式：密集模式(PIM-DM)和稀疏模式（PIM-SM），密集模式通常用于組成員比較密集、帶寬比較高的網(wǎng)絡(luò)中，采用 “擴(kuò)散/剪枝”機(jī)制建立傳輸路徑。稀疏模式通常用于組成員比較稀疏、帶寬資源有限的網(wǎng)絡(luò)中，采用共享樹(shù)機(jī)制進(jìn)行組播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。IANA（互聯(lián)網(wǎng)編號(hào)授權(quán)委員會(huì)）把D類(lèi)地址空間分配給IP組播。即：從到55為IP組播地址的范圍。物質(zhì)供應(yīng)站安防視頻監(jiān)視系統(tǒng)支持組播，首先要開(kāi)啟視頻服務(wù)器DS-7808H的組播傳輸模式，設(shè)置組地址為。使用PIM稀疏模式對(duì)視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了組播部署，在途經(jīng)的所有交換機(jī)上都做了相應(yīng)的組播配置（配置命令從略）。訪問(wèn)端需要使用iVMS-4200軟件才能實(shí)現(xiàn)視頻畫(huà)面的組播傳輸。使用Cacti對(duì)該視頻系統(tǒng)的組播傳輸進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如下圖：使用組播傳輸視頻流量監(jiān)測(cè)圖如圖所示，在信息中心使用兩臺(tái)客戶(hù)端同時(shí)對(duì)視頻系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)，每臺(tái)客戶(hù)端都產(chǎn)生了1M的網(wǎng)絡(luò)流量。此時(shí)在“視頻服務(wù)器接入口”、“物資供應(yīng)站網(wǎng)絡(luò)出口”、“廠核心交換機(jī)物資站接入口”處，視頻傳輸產(chǎn)生的流量也是1M，流量并沒(méi)有隨訪問(wèn)用戶(hù)端的增加進(jìn)行累加。4、結(jié)論使用cacti軟件搭建的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)平臺(tái)能夠?qū)σ曨l系統(tǒng)流量進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。視頻系統(tǒng)流量與訪問(wèn)用戶(hù)數(shù)量