1000路大型監控系統該如何設計？

　　經(jīng)常有朋友提到，大型監控項目該如何來(lái)設計?比如1000路監控該如何規劃呢?本期我們主要從硬件配置的角度來(lái)探討，如何實(shí)現1000路視頻監控應用。

　　要實(shí)現1000路監控顯示，主要有四個(gè)問(wèn)題：

　　1、用什么攝像機?

　　2、1000路監控如何選擇交換機?如何組網(wǎng)?

　　3、1000路如何合理安排存儲?

　　4、1000路監控如何顯示?

　　我們來(lái)逐一分析。

一、用什么攝像機

　　如何選擇攝像機，1000路大型監控項目中，可能用到的攝像機不止一種，需要根據環(huán)境會(huì )選擇不同的攝像機，我們來(lái)看下各攝像機的用途。我們常用的會(huì )根據攝像機的外形進(jìn)行分類(lèi)。

　　1、槍式攝像機： 吊裝、壁裝均可，室外安裝一般要加配防護罩。一般安裝在通道內，廠(chǎng)房或者停車(chē)場(chǎng)等室外區域。主要應用于沒(méi)有燈光或照度低的地下庫、倉庫、監控城市道路、小區室外環(huán)境等。

　　2、球型攝像機： 實(shí)際上就是“一體化機芯(變焦鏡頭+攝像機)+護罩+云臺+云臺協(xié)議解碼器”，一般使用在室外或者室內面積比較大、范圍比較廣的場(chǎng)合。

　　3、半球形攝像機： 安裝方式是吸頂安裝。大多用于室內小范圍的監控場(chǎng)合，沒(méi)有燈光或者燈光較暗的半公共區、酒店走廊、醫院、小區、電梯、室內大廳等場(chǎng)所。

　　4、紅外一體機： 紅外一體是一種具備紅外夜視探照頭的監控攝像機。 該攝像機已經(jīng)廣泛的應用于日夜及大范圍攝像的環(huán)境，如：小區，超市，廣場(chǎng)，銀行，工廠(chǎng)，軍營(yíng)學(xué)校等場(chǎng)所。

　　實(shí)際項目中，可根據應用場(chǎng)景來(lái)選擇合適的攝像機。另外，攝像機有不同分辨率，對應碼率也不一樣，在實(shí)際選型的時(shí)候也需要注意，具體參照圖2。

圖2常見(jiàn)攝像機分辨率、碼率關(guān)系對照參考表

二、如何選擇交換機組網(wǎng)？

　　1000路的監控項目，其重點(diǎn)就是交換機的選擇了，這里我們選用三層網(wǎng)絡(luò )結構，網(wǎng)絡(luò )結構為接入層‐匯聚層‐核心層。相對兩層網(wǎng)絡(luò )架構，三層架構網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)規模更大，傳輸距離更遠，網(wǎng)絡(luò )可拓展性更強。

　　拓撲圖如下：

圖3  1000路視頻傳輸系統拓撲圖

　　那么各層交換機如何選擇呢？

　　1000路的大型監控系統，如果交換機分配不合理，時(shí)常會(huì )出現卡頓或掉線(xiàn)，甚至造成系統癱瘓。所以合理的選擇和分配接入層、匯聚層、核心層交換機至關(guān)重要。

　　一、1000路監控接入層交換機的選擇

　　接入層是前端采集設備與傳輸系統的接口，交換機需易于使用和安裝，同時(shí)兼具安全性，確保入口數據的安全。當然在設計上，主張使用性?xún)r(jià)比高的設備。接入層交換機選型設計注意要點(diǎn)如下：

　　單個(gè)攝像機碼流一般是按4Mbps計算，峰值是6-8M，選型的時(shí)候需要考慮到峰值。

　　傳輸帶寬利用率在60%左右，100M的也就60M左右。

　　綜上兩點(diǎn)，一個(gè)百兆交換機一般可以帶8路攝像機，8路以上攝像機需采用千兆上聯(lián)交換機。

　　根據前端的布局方式集中或者分散，可能會(huì )采用8到24不同口數的交換機。根據安裝環(huán)境的不同，還可能會(huì )用到工業(yè)級交換機。

　　優(yōu)特普安防專(zhuān)用接入交換機針對安防應用特點(diǎn)，選用4M大緩存芯片，百+兩千兆上聯(lián)設計，全系列產(chǎn)品具有6KV電源和端口防雷防護設計及寬溫設計特點(diǎn)，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量和監控圖像質(zhì)量。

圖4安防專(zhuān)用接入交換機SF18P-LM

　　二、匯聚層交換機的選擇

　　匯聚層承上啟下，壓力較大，需要考慮同時(shí)處理的監控查看的帶寬。

　　條件1、 交換機帶寬， 如果1000路攝像機，匯聚層有8臺交換機的話(huà) ，則每臺需要同時(shí)處理 125 只攝像機的 4M 碼流(125* 4M=500M)，也就意味著(zhù)匯聚層交換機需要支持同時(shí)轉發(fā)500M 以上的交換容量。 這樣的話(huà)一般的千兆交換機 可以說(shuō)是比較充足的。

　　條件2： 匯聚層交換機的背板帶寬，每臺匯聚層交換機至少會(huì )接入來(lái)自接入層的5臺千兆交換機，我們?yōu)榱吮ＷC帶寬充足，則交換機背板帶寬要求為：

　　(5*1000M*2)/1000=10Gbps 的背板帶寬。

　　條件3：  包轉發(fā)率：一個(gè) 1000M 口的包轉發(fā)率為 1.488Mpps/s，匯聚層下接 則匯聚層的交換機交換速率為：5*1.488Mpps/s=7.44Mpps。

　　根據以上條件得出： 當有1000路攝像機接入網(wǎng)絡(luò )時(shí)，匯聚層需要滿(mǎn)足背板帶寬不少于10Gbps，包轉發(fā)率大于7.44Mpps。

　　我們可以至少需要8口全千兆交換機，且背板帶寬不少于10Gbps，包轉發(fā)率大于7.44Mpps。

　　例如： 這款24口 全千兆交換機比較符合匯聚層要求。

　　交換機容量與包轉發(fā)率都是比較充足的。

圖5  24口全千兆交換機

　　三、核心層交換機的選擇

　　核心交換機主要承擔數據轉發(fā)和網(wǎng)絡(luò )架構設置功能，對交換能力、網(wǎng)路管理功能、穩定性要求也更高。另外，因為存儲設備是在核心層上，需要考慮交換機的交換容量以及到核心鏈路的帶寬和高速轉發(fā)能力。所以要滿(mǎn)足以下條件：

　　帶寬： 1000路監控的帶寬至少為1000*4Mbps=4000Mbps，核心交換機建議選擇高帶寬的千兆或萬(wàn)兆交換機，上聯(lián)端口為萬(wàn)兆，才能使數據通暢。

　　背板帶寬： 核心交換機至少會(huì )有8個(gè)來(lái)自匯聚層的千兆接口、2個(gè)上聯(lián)的萬(wàn)兆端口，以及4個(gè)可能接入其它的千兆端口，所以一共有12個(gè)千兆口與2個(gè)萬(wàn)兆口，為了保證帶寬充足，則交換機背板帶寬要求為：

　　（12*1000M*2+2*10000*2)/1000=64Gbps的背板帶寬。

　　包轉發(fā)率： 一個(gè)千兆口的包轉發(fā)率為1.488Mpps/s，一個(gè)萬(wàn)兆口的包轉發(fā)率為14.88Mpps/s，為了保證能夠線(xiàn)速轉發(fā)，則至少會(huì )有12個(gè)千兆口與2個(gè)萬(wàn)兆口，則核心交換機交換速率為：

　　12*1.488Mpps/s+2*14.88Mpps/s=47.56Mpps 。

　　根據以上條件得出： 當有1000路攝像機接入網(wǎng)絡(luò )時(shí)，核心層交換機至少需要滿(mǎn)足背板帶寬不少于64Gbps，包轉發(fā)率大于47.56Mpps。 優(yōu)特普UTP7748GE-L3萬(wàn)兆上聯(lián)IPV6堆疊核心交換機，背板帶寬高達352G，包轉發(fā)率達132.Mpps，能很好地滿(mǎn)足1000路視頻的傳輸組網(wǎng)要求。

圖6 三層核心交換機

　　4 萬(wàn)兆上聯(lián)，高速轉發(fā)

　　UTP7748GE-L3提供48個(gè)千兆下行端口和2個(gè)萬(wàn)兆上行鏈路以及2個(gè)萬(wàn)兆堆疊端口，背板帶寬高達352G，最多支持6臺設備堆疊，堆疊系統交換容量最高可達2112Gbps。

　　6KV 防雷，冗余雙電源，安全可靠

　　所有端口和電源支持6KV防雷防護，設備支持雙AC冗余電源輸入，保證設備的長(cháng)時(shí)間不斷電穩定工作。

　　強大業(yè)務(wù)處理能力，IPV6/4雙協(xié)議棧

　　完善的IPV6/4雙協(xié)議棧、 IGMP V2/V3組播協(xié)議，支持MLD Snooping、IGMP Snooping，滿(mǎn)足多終端IPV6物聯(lián)網(wǎng)設備和IPV4高清視頻監控混合接入的交換需求。

三、1000路監控的存儲：IP-SAN

　　要解決1000路監控存儲，光靠NVR和硬盤(pán)是不行的，這里面我們要用到IP SAN 存儲產(chǎn)品，IP SAN也算是SAN的一種，只是服務(wù)器和存儲之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )交換機互聯(lián)，性能不算最好，但不受距離的限制。SAN是超大容量，可以接上百路，但價(jià)格很貴，所以我們選擇ip SAN，它是以塊作為存儲的，你可以認為它是含陣列功能的硬盤(pán)，其實(shí)就是磁盤(pán)陣列+硬盤(pán)。

　　1、數據存儲

　　那么，當涉及到1000 路全高清IP監控時(shí)，到底有多少數據需要存儲呢?網(wǎng)絡(luò )攝像機，每秒可產(chǎn)生約4Mb 的30FPS的視頻流。每臺NVR有42路的實(shí)時(shí)視頻流，1000 路高清視頻流全部傳輸到APT 雙控10Gb磁盤(pán)陣列的話(huà)，每秒 則產(chǎn)生4 Gb 的驚人數據量。

　　如何解決整體方案中的穩定性以滿(mǎn)足7X24小時(shí) 的不停工作。

　　一個(gè)碼率為4M的攝像頭一天的存儲量為48G左右。

　　那么1000個(gè)7天的存儲量為：

　　1000個(gè)攝像*48G*7=395136G=328T左右。

　　以市場(chǎng)上4T硬盤(pán)計算，它在電腦上顯示約3700GB，h.265編碼格式，則可以使用96塊硬盤(pán)，完全夠用。

　　如何利用這96塊硬盤(pán)以滿(mǎn)足24臺NVR系統傳來(lái)的視頻流呢？

　　每幾塊硬盤(pán)組成一個(gè)RAID組，而不是將這96塊硬盤(pán)組成一個(gè)巨大容量的RAID組。

　　因此，這96塊硬盤(pán)可以每4塊硬盤(pán)組成一個(gè)RAID5，組成24個(gè)RAID組。

　　我們采用16盤(pán)位的網(wǎng)絡(luò )存儲IP SAN磁盤(pán)陣列，6臺可以解決。

　　而對于大型公共監控的要考慮其擴展性、易管理性，所以采用IP SNA的解決方案。

四、監控顯示

　　1000路監控如何顯示，大型監控一般都會(huì )選擇使用監控顯示墻。

　　中心就要有管理平臺，需要配置綜合監控一體化平臺，解碼能力強，功能更強大，上墻預覽的數量看需求，不需要全部上完，可以做輪巡。

圖7 1000路視頻監控顯示

　　1000路監控還有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是ip地址的分配與設置，這個(gè)后面會(huì )提到。

五、結語(yǔ)

　　總的來(lái)說(shuō)，1000路視頻監控系統的設計原則是：以系統穩定可靠、拓展性強為前提，要求監控畫(huà)面不卡頓、圖像不中斷，安全不泄密。在規劃和架構網(wǎng)絡(luò )系統時(shí)，要綜合攝像機碼流、網(wǎng)絡(luò )帶寬、傳輸數據量、具體網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，以及用戶(hù)對監控系統的具體要求等因素，合理規劃設計，并選擇合適的監控設備。