1000路大型监控系统该如何设计？

    【CPS中安网 cps.com.cn】经常有朋友提到，大型监控项目该如何来设计？比如1000路监控该如何规划呢？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。

　　图1 1000路综合监控系统拓扑

　　1000路的视频监控系统已经算是中大型项目了，要实现1000路监控应用，主要解决四个问题：

　　1、用什么摄像机？

　　2、如何选择交换机？如何组网？

　　3、如何合理安排存储？

　　4、1000路监控如何显示？

　　下面我们来逐一分析。

　　一、用什么摄像机

　　1000路监控项目中，用到的摄像机一般不止一种，根据应用环境会选择不同形态和功能的摄像机。

　　图2  枪式摄像机

　　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：一种具备红外夜视探头的监控摄像机，可以广泛应用于日夜及大范围监控环境，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，具体参照表1。

　　表1  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

　　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。

　　1、如何选择接入层交换机？

　　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：

　　l 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。

　　l 传输带宽利用率在60%左右，100M的也就60M左右。

　　l 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。

　　l 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。

　　优特普安防专用接入交换机针对安防应用特点，选用4M大缓存芯片，百+两千兆上联设计，全系列产品具有6KV电源和端口防雷防护设计及宽温设计特点，从而保证了产品质量和监控图像质量。

　　图4 优特普安防专用接入交换机SF18P-LM

　　2、汇聚层交换机的选择

　　汇聚层承上启下，压力较大。与接入层交换机比较，需要更高的性能，更多的接口和更高的交换速率。汇聚层交换机选型设计注意点：

　　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。考虑到前端交换机接入设备的不同，有百兆、千兆、电口或者光口，宜选择千兆光电混合的交换机。

　　背板带宽：每台汇聚层交换机至少会接入5台千兆交换机，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。

　　包转发率：一个1000M口交换机的包转发率为1.488Mpps/s，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。

　　优特普24口光电混合全千兆汇聚网管交换机UTP7524GE-16GF8GT是应用于安防网络监控工程系统网络汇聚层的光电混合网管型全千兆以太网交换机。该产品提供可替换的16个全千兆光口和8个千兆电口，上联2光2电全千兆端口，交换容量为56Gbps，包转发率为42Mpps,可以满足汇聚层交换机的需求。

　　优特普24口光电混合全千兆汇聚网管交换机

　　3、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。优特普UTP7748GE-L3万兆上联IPV6堆叠核心交换机，背板带宽高达352G，包转发率达132.Mpps，能很好地满足1000路视频的传输组网要求。

　　图6 优特普UTP7748GE-L3三层核心交换机

　　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。优特普UTP7748GE-L3万兆上联IPV6堆叠核心交换机具备的以下特点比较符合系统的要求。

　　1) 4万兆上联，高速转发

　　UTP7748GE-L3提供48个千兆下行端口和2个万兆上行链路以及2个万兆堆叠端口，背板带宽高达352G，最多支持6台设备堆叠，堆叠系统交换容量最高可达2112Gbps。

　　2) 6KV防雷，冗余双电源，安全可靠

　　所有端口和电源支持6KV防雷防护，设备支持双AC冗余电源输入，保证设备的长时间不断电稳定工作。

　　3) 强大业务处理能力，IPV6/4双协议栈

　　完善的IPV6/4双协议栈、IGMP V2/V3组播协议，支持MLD Snooping、IGMP Snooping，满足多终端IPV6物联网设备和IPV4高清视频监控混合接入的交换需求。

　　三、1000路监控存储设计：IP-SAN

　　要解决1000路监控系统的存储，光靠NVR和硬盘是不行的，这里要用到IP SAN存储。IP SAN是SAN的一种，具备超大容量，可以接上百路视频，但价格比较贵，所以我们选择IP-SAN，也就是磁盘阵列+硬盘。

　　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的30FPS的视频流。每台NVR有42路实时视频流，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。

　　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。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。

　　大型公共监控系统，除了考虑存储容量，还要考虑其扩展性、易管理性，所以IP SAN是最为理想的方案。

　　四、1000路监控显示设计

　　1000路监控如何显示？大型监控项目一般都会选择监控显示墙。监控中心有管理平台，需要配置综合监控一体化平台，要求解码能力强，功能强大。上墙预览数量则看具体需求，不需要全部上完，可以做轮巡。

　　图7  1000路视频监控显示

　　1000路监控系统还有一个关键点，就是IP地址的分配与设置，在此不做详细阐述。

　　五、结语

　　总的来说，1000路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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