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智能安防

1000路大型監控系統該如何設計?

CPS中安網 2019-04-12

摘要 經常有朋友提到,大型監控項目該如何來設計?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探討,如何實現1000路視頻監控應用。

????【CPS中安網 cps.com.cn】經常有朋友提到,大型監控項目該如何來設計?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探討,如何實現1000路視頻監控應用。

  圖1 1000路綜合監控系統拓撲

  1000路的視頻監控系統已經算是中大型項目了,要實現1000路監控應用,主要解決四個問題:

  1、用什么攝像機?

  2、如何選擇交換機?如何組網?

  3、如何合理安排存儲?

  4、1000路監控如何顯示?

  下面我們來逐一分析。

  一、用什么攝像機

  1000路監控項目中,用到的攝像機一般不止一種,根據應用環境會選擇不同形態和功能的攝像機。

  圖2 ?槍式攝像機

  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,廠房或者停車場等室外區域。主要應用于沒有燈光或照度低的地下庫、倉庫、監控城市道路、小區室外環境等。

  2、球型攝像機:實際上就是“一體化機芯(變焦鏡頭+攝像機)+護罩+云臺+云臺協議解碼器”,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合,沒有燈光或者燈光較暗的半公共區、酒店走廊、醫院、小區、電梯、室內大廳等場所。

  4、紅外一體機:一種具備紅外夜視探頭的監控攝像機,可以廣泛應用于日夜及大范圍監控環境,如:小區、超市、廣場、銀行、工廠、軍營學校等場所。

  實際項目中,可根據應用場景來選擇合適的攝像機。另外,攝像機有不同分辨率,對應碼率也不一樣,在實際選型的時候也需要注意,具體參照表1。

  表1 ?常見攝像機分辨率、碼率關系對照參考表

  二、如何選擇交換機組網?

  1000路的監控項目,其重點就是交換機的選擇了,這里我們選用三層網絡結構,網絡結構為接入層‐匯聚層‐核心層。相對兩層網絡架構,三層架構網絡組網規模更大,傳輸距離更遠,網絡可拓展性更強。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,時常會出現卡頓或掉線,甚至造成系統癱瘓。所以合理的選擇和分配接入層、匯聚層、核心層交換機至關重要。

  1、如何選擇接入層交換機?

  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,主張使用性價比高的設備。接入層交換機選型設計注意要點如下:

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

  l 傳輸帶寬利用率在60%左右,100M的也就60M左右。

  l 綜上兩點,一個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交換機。

  l 根據前端的布局方式集中或者分散,可能會采用8到24不同口數的交換機。根據安裝環境的不同,還可能會用到工業級交換機。

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

  圖4 優特普安防專用接入交換機SF18P-LM

  2、匯聚層交換機的選擇

  匯聚層承上啟下,壓力較大。與接入層交換機比較,需要更高的性能,更多的接口和更高的交換速率。匯聚層交換機選型設計注意點:

  交換機帶寬如果1000路攝像機,匯聚層有8臺交換機的話,則每臺需要同時處理125只攝像機的4M碼流(125* 4M=500M),也就意味著匯聚層交換機需要支持同時轉發500M以上的交換容量??紤]到前端交換機接入設備的不同,有百兆、千兆、電口或者光口,宜選擇千兆光電混合的交換機。

  背板帶寬:每臺匯聚層交換機至少會接入5臺千兆交換機,為了保證帶寬充足,則交換機背板帶寬要求為:(5*1000M*2)/1000=10Gbps的背板帶寬。

  包轉發率:一個1000M口交換機的包轉發率為1.488Mpps/s,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路攝像機接入網絡時,匯聚層需要滿足背板帶寬不少于10Gbps,包轉發率大于7.44Mpps。

  優特普24口光電混合全千兆匯聚網管交換機UTP7524GE-16GF8GT是應用于安防網絡監控工程系統網絡匯聚層的光電混合網管型全千兆以太網交換機。該產品提供可替換的16個全千兆光口和8個千兆電口,上聯2光2電全千兆端口,交換容量為56Gbps,包轉發率為42Mpps,可以滿足匯聚層交換機的需求。

  優特普24口光電混合全千兆匯聚網管交換機

  3、核心層交換機的選擇

  核心交換機主要承擔數據轉發和網絡架構設置功能,對交換能力、網路管理功能、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能力。所以要滿足以下條件:

  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萬兆交換機,上聯端口為萬兆,才能使數據通暢。

  背板帶寬:核心交換機至少會有8個來自匯聚層的千兆接口、2個上聯的萬兆端口,以及4個可能接入其它的千兆端口,所以一共有12個千兆口與2個萬兆口,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。

  包轉發率:一個千兆口的包轉發率為1.488Mpps/s,一個萬兆口的包轉發率為14.88Mpps/s,為了保證能夠線速轉發,則至少會有12個千兆口與2個萬兆口,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路攝像機接入網絡時,核心層交換機至少需要滿足背板帶寬不少于64Gbps,包轉發率大于47.56Mpps。優特普UTP7748GE-L3萬兆上聯IPV6堆疊核心交換機,背板帶寬高達352G,包轉發率達132.Mpps,能很好地滿足1000路視頻的傳輸組網要求。

  圖6 優特普UTP7748GE-L3三層核心交換機

  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。優特普UTP7748GE-L3萬兆上聯IPV6堆疊核心交換機具備的以下特點比較符合系統的要求。

  1) 4萬兆上聯,高速轉發

  UTP7748GE-L3提供48個千兆下行端口和2個萬兆上行鏈路以及2個萬兆堆疊端口,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。

  2) 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,保證設備的長時間不斷電穩定工作。

  3) 強大業務處理能力,IPV6/4雙協議棧

  完善的IPV6/4雙協議棧、IGMP V2/V3組播協議,支持MLD Snooping、IGMP Snooping,滿足多終端IPV6物聯網設備和IPV4高清視頻監控混合接入的交換需求。

  三、1000路監控存儲設計:IP-SAN

  要解決1000路監控系統的存儲,光靠NVR和硬盤是不行的,這里要用到IP SAN存儲。IP SAN是SAN的一種,具備超大容量,可以接上百路視頻,但價格比較貴,所以我們選擇IP-SAN,也就是磁盤陣列+硬盤。

  那么,當涉及到1000路全高清IP監控時,到底有多少數據需要存儲呢?網絡攝像機每秒可產生約4Mb的30FPS的視頻流。每臺NVR有42路實時視頻流,1000路高清視頻流全部傳輸到APT雙控10Gb磁盤陣列的話,每秒則產生4Gb的驚人數據量。

  一個碼率為4M的攝像頭一天的存儲量為48G左右。那么1000個7天的存儲量為:1000個攝像*48G*7=395136G=328T左右。

  以4T硬盤計算,它在電腦上顯示約3700GB,h.265編碼格式,則可以使用96塊硬盤,完全夠用。這96塊硬盤可以每4塊硬盤組成一個RAID5,組成24個RAID組。我們采用16盤位的網絡存儲IP SAN磁盤陣列,6臺可以解決。

  大型公共監控系統,除了考慮存儲容量,還要考慮其擴展性、易管理性,所以IP SAN是最為理想的方案。

  四、1000路監控顯示設計

  1000路監控如何顯示?大型監控項目一般都會選擇監控顯示墻。監控中心有管理平臺,需要配置綜合監控一體化平臺,要求解碼能力強,功能強大。上墻預覽數量則看具體需求,不需要全部上完,可以做輪巡。


  圖7 ?1000路視頻監控顯示

  1000路監控系統還有一個關鍵點,就是IP地址的分配與設置,在此不做詳細闡述。

  五、結語

  總的來說,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,要求監控畫面不卡頓、圖像不中斷,安全不泄密。在規劃和架構網絡系統時,要綜合攝像機碼流、網絡帶寬、傳輸數據量、具體網絡環境,以及用戶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。

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責任編輯:yxshi


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