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監控方案

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?

關于大型監控系統項目該如何來設計?如何規劃ip地址?怎樣選擇交換機?接下來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,主要有五個問題:

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ip地址如何規劃?

5、1000路監控如何顯示?

我們來逐一分析。


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


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。


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。

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。 


交換機容量與包轉發率都是比較充足的。




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。



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。



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4Gb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、1000路監控ip地址規劃

對于一個項目,如果超過250個點位不劃分網段的話,如果讓系統自動分配ip地址的話,容易產生ip沖突,所以1000路監控的ip地址不能只有一個大網段,我們需要對其劃分vlan,方便管理和減少網絡故障。


我們著重來看下1000路監控劃分vlan,使用三層交換機可以直接劃分四個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VLAN都可以容納250個點位以上,四個網段共有1000 ip地址可以使用,是完合足夠分配每個區域的ip地址的。


另外,如果你的項目后續點位有所增加,可以再多劃分個vlan,以便擴展。


那么這樣劃分網段有什么好處呢?

四個區域ip地址比較明顯了,如果那個攝像機有問題,可以直接通過批量ping ip地址可以很快定位到那個攝像機出了問題,同時也可以有效防止ip沖突,ip是網絡故障中出現頻率比較高的問題,也可以減少廣播風暴。



五、監控顯示

大型監控監控如何顯示?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,例如最新海康iSecureCenter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

總的來說,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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