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1000路大型監控系統該如何設計?

來源:智能化弱電知識網        編輯:小月亮    2020-08-10 16:17:33     加入收藏

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。

  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。

  要實現1000路監控顯示,主要有四個問題:

  1、用什么攝像機?

  2、1000路監控如何選擇交換機?如何組網?

  3、1000路如何合理安排存儲?

  4、1000路監控如何顯示?

  我們來逐一分析。

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,需要根據環境會選擇不同的攝像機,我們來看下各攝像機的用途。我們常用的會根據攝像機的外形進行分類。

  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: 紅外一體是一種具備紅外夜視探照頭的監控攝像機。 該攝像機已經廣泛的應用于日夜及大范圍攝像的環境,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,具體參照圖2。

圖2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。

  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:

  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。

  傳輸帶寬利用率在60%左右,100M的也就60M左右。

  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。

  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安防專用接入交換機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 ,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。 這樣的話一般的千兆交換機 可以說是比較充足的。

  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接入來自接入層的5臺千兆交換機,我們為了保證帶寬充足,則交換機背板帶寬要求為:

  (5*1000M*2)/1000=10Gbps 的背板帶寬。

  條件3:  包轉發率:一個 1000M 口的包轉發率為 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。

  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 三層核心交換機

 

  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。

  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。

  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路監控的存儲:IP-SAN

  要解決1000路監控存儲,光靠NVR和硬盤是不行的,這里面我們要用到IP SAN 存儲產品,IP SAN也算是SAN的一種,只是服務器和存儲之間通過網絡交換機互聯,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,其實就是磁盤陣列+硬盤。

  1、數據存儲

  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路的實時視頻流,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4 Gb 的驚人數據量。

  如何解決整體方案中的穩定性以滿足7X24小時 的不停工作。

  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。

  以市場上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。

  如何利用這96塊硬盤以滿足24臺NVR系統傳來的視頻流呢?

  每幾塊硬盤組成一個RAID組,而不是將這96塊硬盤組成一個巨大容量的RAID組。

  因此,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。

  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路監控還有一個關鍵點就是ip地址的分配與設置,這個后面會提到。

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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