大型监控系统如何一步步设计？如何规划ip地址？怎样选择交换机？
发布时间：2023-07-19
来源：宇视通科技 浏览次数：862
前几天我们也发布了项目中如何选择交换机?这七个步骤内容不能少，有朋友反映对其中包转发率、背板带宽的计算不太理解，本期我们将在实例中有涉及到交换机这两个参数的计算，我们一起来详细看下。
关于大型监控项目该如何来设计?如何规划ip地址？怎样选择交换机？ 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。
要实现1000路监控显示，主要有五个问题：
1、用什么摄像机?
2、1000路监控如何选择交换机?如何组网?
3、1000路如何合理安排存储?
4、1000路ip地址如何规划?
5、1000路监控如何显示?
我们来逐一分析。
一、摄像机如何选择？
如何选择摄像机，1000路大型监控项目中，可能用到的摄像机不止一种，需要根据环境会选择不同的摄像机，我们来看下各摄像机的用途。我们常用的会根据摄像机的外形进行分类。
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： 红外一体是一种具备红外夜视探照头的监控摄像机。该摄像机已经广泛的应用于日夜及大范围摄像的环境，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，具体参照图2。
图2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：
图3 1000路视频传输系统拓扑图
一、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。
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。
二、汇聚层交换机的选择
汇聚层承上启下，压力较大，需要考虑同时处理的监控查看的带宽。
条件1、 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 。这样的话一般的千兆交换机可以说是比较充足的。
条件2： 汇聚层交换机的背板带宽，每台汇聚层交换机至少会接入来自接入层的5台千兆交换机，我们为了保证带宽充足，则交换机背板带宽要求为：
(5*1000M*2)/1000=10Gbps 的背板带宽。
条件3： 包转发率： 一个 1000M 口的包转发率为 1.488Mpps/s，汇聚层下接则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。
我们可以至少需要8口全千兆交换机，且背板带宽不少于10Gbps，包转发率大于7.44Mpps。
交换机容量与包转发率都是比较充足的。
三、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。
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。
三、1000路监控的存储：IP-SAN
要解决1000路监控存储，光靠NVR和硬盘是不行的，这里面我们要用到IP SAN存储产品，IP SAN也算是SAN的一种 ，只是服务器和存储之间通过网络交换机互联，性能不算最好，但不受距离的限制。SAN是超大容量，可以接上百路，但价格很贵，所以我们选择ip SAN，它是以块作为存储的，你可以认为它是含阵列功能的硬盘，其实就是磁盘阵列+硬盘。
1、数据存储
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视频流 。每台NVR有42路的实时视频流，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。
如何解决整体方案中的稳定性以满足7X24小时 的不停工作。
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。
以市场上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。
如何利用这96块硬盘以满足24台NVR系统传来的视频流呢？
每几块硬盘组成一个RAID组，而不是将这96块硬盘组成一个巨大容量的RAID组。
因此，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。
而对于大型公共监控的要考虑其扩展性、易管理性，所以采用IP SNA的解决方案。
四、1000路监控ip地址规划
对于一个项目，如果超过250个点位不划分网段的话 ，如果让系统自动分配ip地址的话，容易产生ip冲突，所以1000路监控的ip地址不能只有一个大网段，我们需要对其划分vlan，方便管理和减少网络故障。
我们着重来看下1000路监控划分vlan，使用三层交换机可以直接划分四个vlan，如图所示：
VLAN10： 192.168.0.1～192.168.0.254 掩码 255.255.255.0
VLAN20： 192.168.1.1～192.168.1.254 掩码 255.255.255.0
VLAN30： 192.168.2.1～192.168.2.254 掩码 255.255.255.0
VLAN40： 192.168.3.1～192.168.3.254 掩码 255.255.255.0
这里面每个VLAN都可以容纳250个点位以上 ，四个网段共有1000 ip地址 可以使用，是完合足够分配每个区域的ip地址的。
另外，如果你的项目后续点位有所增加，可以再多划分个vlan，以便扩展。
那么这样划分网段有什么好处呢？
四个区域ip地址比较明显了，如果那个摄像机有问题，可以直接通过批量ping ip地址可以很快定位到那个摄像机出了问题，同时也可以有效防止ip冲突，ip是网络故障中出现频率比较高的问题，也可以减少广播风暴。
五、监控显示
大型监控监控如何显示?大型监控一般都会选择使用监控显示墙。
中心就要有管理平台，需要配置综合监控一体化平台，例如最新海康iSecureCenter平台，大华综合管理平台 ，都是解码能力强，功能更强大，上墙预览的数量看需求，不需要全部上完，可以做轮巡。
图7 1000路视频监控显示
六、总结
总的来说，大型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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