大型監控系統如何一步步設計？如何規劃ip地址？怎樣選擇交換機？

　　前幾天我們也發(fā)布了項目中如何選擇交換機?這七個(gè)步驟內容不能少，有朋友反映對其中包轉發(fā)率、背板帶寬的計算不太理解，本期我們將在實(shí)例中有涉及到交換機這兩個(gè)參數的計算，我們一起來(lái)詳細看下。

　　關(guān)于大型監控項目該如何來(lái)設計?如何規劃ip地址？怎樣選擇交換機？ 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，主要有五個(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ip地址如何規劃?

　　5、1000路監控如何顯示?

　　我們來(lái)逐一分析。

　　一、攝像機如何選擇？

　　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

　　一、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。

　　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。

　　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?strong>保證帶寬充足，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。

　　交換機容量與包轉發(fā)率都是比較充足的。

　　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。

　　除此之外，核心交換機還需要考慮系統的可擴展性、插槽數量、模塊類(lèi)型、模塊冗余、路由冗余等，才能保證1000路監控的數據高速交換。

　　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4Gb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、1000路監控ip地址規劃

　　對于一個(gè)項目，如果超過(guò)250個(gè)點(diǎn)位不劃分網(wǎng)段的話(huà) ，如果讓系統自動(dòng)分配ip地址的話(huà)，容易產(chǎn)生ip沖突，所以1000路監控的ip地址不能只有一個(gè)大網(wǎng)段，我們需要對其劃分vlan，方便管理和減少網(wǎng)絡(luò )故障。

　　我們著(zhù)重來(lái)看下1000路監控劃分vlan，使用三層交換機可以直接劃分四個(gè)vlan，如圖所示：

　　VLAN10：  192.168.0.1～192.168.0.254 掩碼 255.255.255.0

　　VLAN20：  192.168.1.1～192.168.1.254 掩碼 255.255.255.0

　　VLAN30：  192.168.2.1～192.168.2.254 掩碼 255.255.255.0

　　VLAN40：  192.168.3.1～192.168.3.254 掩碼 255.255.255.0

　　這里面每個(gè)VLAN都可以容納250個(gè)點(diǎn)位以上 ，四個(gè)網(wǎng)段共有1000 ip地址 可以使用，是完合足夠分配每個(gè)區域的ip地址的。

　　另外，如果你的項目后續點(diǎn)位有所增加，可以再多劃分個(gè)vlan，以便擴展。

　　那么這樣劃分網(wǎng)段有什么好處呢？

　　四個(gè)區域ip地址比較明顯了，如果那個(gè)攝像機有問(wèn)題，可以直接通過(guò)批量ping ip地址可以很快定位到那個(gè)攝像機出了問(wèn)題，同時(shí)也可以有效防止ip沖突，ip是網(wǎng)絡(luò )故障中出現頻率比較高的問(wèn)題，也可以減少廣播風(fēng)暴。

　　五、監控顯示

　　大型監控監控如何顯示?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，例如最新?？礽SecureCenter平臺，大華綜合管理平臺 ，都是解碼能力強，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

　　六、總結

　　總的來(lái)說(shuō)，大型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。