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工程实务︱1000路大型监控系统该如何设计?

时间:2019-04-15 来源:本站

经常有朋友提到,大型监控项目该如何来设计?比如1000路监控该如何规划呢?本期我们主要从硬件配置的角度来探讨,如何实现1000路视频监控应用。


图1 1000路综合监控系统拓扑图

图1 1000路综合监控系统拓扑图


1000路的视频监控系统已经算是中大型项目了,要实现1000路监控应用,主要解决四个问题:

1、用什么摄像机?

2、如何选择交换机?如何组网?

3、如何合理安排存储?

4、1000路监控如何显示?

下面我们来逐一分析。


一、用什么摄像机

1000路监控项目中,用到的摄像机一般不止一种,根据应用环境会选择不同形态和功能的摄像机。

图2 枪式摄像机


1、枪式摄像机:吊装、壁装均可,室外安装一般要加配防护罩。一般安装在通道内,厂房或者停车场等室外区域。主要应用于没有灯光或照度低的地下库、仓库、监控城市道路、小区室外环境等。


2、球型摄像机:实际上就是“一体化机芯(变焦镜头+摄像机)+护罩+云台+云台协议解码器”,一般使用在室外或者室内面积比较大、范围比较广的场合。


3、半球形摄像机:安装方式是吸顶安装。大多用于室内小范围的监控场合,没有灯光或者灯光较暗的半公共区、酒店走廊、医院、小区、电梯、室内大厅等场所。


4、红外一体机:一种具备红外夜视探头的监控摄像机,可以广泛应用于日夜及大范围监控环境,如:小区、超市、广场、银行、工厂、军营学校等场所。


实际项目中,可根据应用场景来选择合适的摄像机。另外,摄像机有不同分辨率,对应码率也不一样,在实际选型的时候也需要注意,具体参照表1。

表1 常见摄像机分辨率、码率关系对照参考表

表1 常见摄像机分辨率、码率关系对照参考表


二、如何选择交换机组网?

1000路的监控项目,其重点就是交换机的选择了,这里我们选用三层网络结构,网络结构为接入层‐汇聚层‐核心层。相对两层网络架构,三层架构网络组网规模更大,传输距离更远,网络可拓展性更强。拓扑图如下:


1000路视频传输系统拓扑图

图3  1000路视频传输系统拓扑图


那么各层交换机如何选择呢?1000路的大型监控系统,如果交换机分配不合理,时常会出现卡顿或掉线,甚至造成系统瘫痪。所以合理的选择和分配接入层、汇聚层、核心层交换机至关重要。


1、如何选择接入层交换机?

接入层是前端采集设备与传输系统的接口,交换机需易于使用和安装,同时兼具安全性,确保入口数据的安全。当然在设计上,主张使用性价比高的设备。接入层交换机选型设计注意要点如下:


单个摄像机码流一般是按4Mbps计算,峰值是6-8M,选型的时候需要考虑到峰值。

传输带宽利用率在60%左右,100M的也就60M左右。

综上两点,一个百兆交换机一般可以带8路摄像机,8路以上摄像机需采用千兆上联交换机。

根据前端的布局方式集中或者分散,可能会采用8到24不同口数的交换机。根据安装环境的不同,还可能会用到工业级交换机。


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2、汇聚层交换机的选择

汇聚层承上启下,压力较大。与接入层交换机比较,需要更高的性能,更多的接口和更高的交换速率。汇聚层交换机选型设计注意点:


交换机带宽:如果1000路摄像机,汇聚层有8台交换机的话,则每台需要同时处理125只摄像机的4M码流(125* 4M=500M),也就意味着汇聚层交换机需要支持同时转发500M以上的交换容量。考虑到前端交换机接入设备的不同,有百兆、千兆、电口或者光口,宜选择千兆光电混合的交换机。


背板带宽:每台汇聚层交换机至少会接入5台千兆交换机,为了保证带宽充足,则交换机背板带宽要求为:(5*1000M*2)/1000=10Gbps的背板带宽。


包转发率:一个1000M口交换机的包转发率为1.488Mpps/s,汇聚层的交换机交换速率为:5**1.488Mpps/s=7.44Mpps。


根据以上条件得出:当有1000路摄像机接入网络时,汇聚层需要满足背板带宽不少于10Gbps,包转发率大于7.44Mpps。


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图5 注册送28元体验金app24口光电混合全千兆汇聚网管交换机


3、核心层交换机的选择

核心交换机主要承担数据转发和网络架构设置功能,对交换能力、网路管理功能、稳定性要求也更高。另外,因为存储设备是在核心层上,需要考虑交换机的交换容量以及到核心链路的带宽和高速转发能力。所以要满足以下条件:


带宽:1000路监控的带宽至少为1000*4Mbps=4000Mbps,核心交换机建议选择高带宽的千兆或万兆交换机,上联端口为万兆,才能使数据通畅。


背板带宽:核心交换机至少会有8个来自汇聚层的千兆接口、2个上联的万兆端口,以及4个可能接入其它的千兆端口,所以一共有12个千兆口与2个万兆口,为了保证带宽充足,则交换机背板带宽要求为:(12*1000M*2+2*10000*2)/1000=64Gbps的背板带宽。


包转发率:一个千兆口的包转发率为1.488Mpps/s,一个万兆口的包转发率为14.88Mpps/s,为了保证能够线速转发,则至少会有12个千兆口与2个万兆口,则核心交换机交换速率为:12*1.488Mpps/s+2*14.88Mpps/s=47.56Mpps。


根据以上条件得出:当有1000路摄像机接入网络时,核心层交换机至少需要满足背板带宽不少于64Gbps,包转发率大于47.56Mpps。注册送28元体验金appUTP7748GE-L3万兆上联IPV6堆叠核心交换机,背板带宽高达352G,包转发率达132.Mpps,能很好地满足1000路视频的传输组网要求。

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图6  注册送28元体验金appUTP7748GE-L3三层核心交换机


除此之外,核心交换机还需要考虑系统的可扩展性、插槽数量、模块类型、模块冗余、路由冗余等,才能保证1000路监控的数据高速交换。注册送28元体验金appUTP7748GE-L3万兆上联IPV6堆叠核心交换机具备的以下特点比较符合系统的要求。

1) 4万兆上联,高速转发

UTP7748GE-L3提供48个千兆下行端口和2个万兆上行链路以及2个万兆堆叠端口,背板带宽高达352G,最多支持6台设备堆叠,堆叠系统交换容量最高可达2112Gbps。


2) 6KV防雷,冗余双电源,安全可靠

所有端口和电源支持6KV防雷防护,设备支持双AC冗余电源输入,保证设备的长时间不断电稳定工作。


3) 强大业务处理能力,IPV6/4双协议栈

完善的IPV6/4双协议栈、IGMP V2/V3组播协议,支持MLD Snooping、IGMP Snooping,满足多终端IPV6物联网设备和IPV4高清视频监控混合接入的交换需求。


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三、1000路监控存储设计:IP-SAN

要解决1000路监控系统的存储,光靠NVR和硬盘是不行的,这里要用到IP SAN存储。IP SAN是SAN的一种,具备超大容量,可以接上百路视频,但价格比较贵,所以我们选择IP-SAN,也就是磁盘阵列+硬盘。


那么,当涉及到1000路全高清IP监控时,到底有多少数据需要存储呢?网络摄像机每秒可产生约4Mb的30FPS的视频流。每台NVR有42路实时视频流,1000路高清视频流全部传输到APT双控10Gb磁盘阵列的话,每秒则产生4Gb的惊人数据量。


一个码率为4M的摄像头一天的存储量为48G左右。那么1000个7天的存储量为:1000个摄像*48G*7=395136G=328T左右。


以4T硬盘计算,它在电脑上显示约3700GB,h.265编码格式,则可以使用96块硬盘,完全够用。这96块硬盘可以每4块硬盘组成一个RAID5,组成24个RAID组。我们采用16盘位的网络存储IP SAN磁盘阵列,6台可以解决。


大型公共监控系统,除了考虑存储容量,还要考虑其扩展性、易管理性,所以IP SAN是最为理想的方案。


四、1000路监控显示设计

1000路监控如何显示?大型监控项目一般都会选择监控显示墙。监控中心有管理平台,需要配置综合监控一体化平台,要求解码能力强,功能强大。上墙预览数量则看具体需求,不需要全部上完,可以做轮巡。


图7 1000路视频监控显示


1000路监控系统还有一个关键点,就是IP地址的分配与设置,在此不做详细阐述。


五、结语

总的来说,1000路视频监控系统的设计原则是:以系统稳定可靠、拓展性强为前提,要求监控画面不卡顿、图像不中断,安全不泄密。在规划和架构网络系统时,要综合摄像机码流、网络带宽、传输数据量、具体网络环境,以及用户对监控系统的具体要求等因素,合理规划设计,并选择合适的监控设备。


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