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发表于 2009-7-5
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1000路大型监控系统该如何设计？- ]" x4 X! ^4 |, }2 q
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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。
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5 z! T6 D6 \: d/ R1 U/ {* ~/ n要实现1000路监控显示，主要有四个问题：# a S( I1 I# L: M9 M
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1、用什么摄像机？0 g6 N+ v/ V2 h5 y
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2、1000路监控如何选择交换机？如何组网？
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2 J2 B2 J- B& \3、1000路如何合理安排存储？5 h, E# |) f, P2 ^. ^6 @' ~
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4、1000路监控如何显示？
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我们来逐一分析。
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一、用什么摄像机" P0 i0 i) [( l7 ?$ P' d* q7 Y
J! O1 M. V# v- s$ ?0 I9 C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。
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: e9 V/ B5 Q. F3 O& J3 d1、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。, E. E" l' g/ z; {$ o
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% p( n2 O. s: L6 o1 l4 J0 r8 b2、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。+ r" f' [& V* \: ~# O1 N/ ]
# r$ v) M: V" q6 g4 j4 T4 H3、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。
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2 A% V, U3 X4 b7 P) d. `6 C* M- S4、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。
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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。
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图2常见摄像机分辨率、码率关系对照参考表: f8 H6 w3 d5 ~: Z
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二、如何选择交换机组网？
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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┗憔鄄悌核心层。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。5 X3 c6 C* |0 F9 B! v5 [' c
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8 u& z# u, {* @ R1 R. }, ]; L
* @$ |2 T/ l6 b& X; ~/ @$ ]9 E拓扑图如下：
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9 c4 h( K# u; M3 W. k4 m5 G图3 1000路视频传输系统拓扑图
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那么各层交换机如何选择呢？
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$ u/ I- p b* r T i, L1000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。' D: u2 Q6 O0 }% r
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一、1000路监控接入层交换机的选择
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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：
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2 I1 Y. S$ |* F6 x v0 w$ Z 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。
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$ R2 x/ w6 _- s6 O0 }传输带宽利用率在60%左右，100M的也就60M左右。
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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。
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5 f/ ?$ ?: e4 V, \6 z2 b2 T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。
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1 z2 _& Z- v' W9 ?. E' T& r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。, a7 _. _' A. {
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2 o! Y, {6 C4 u4 I1 n5 `! }+ D图4安防专用接入交换机SF18P-LM6 C9 O& i+ G+ t( ^, H6 X6 O' ^
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3 q9 ~ i& u! z* _; o二、汇聚层交换机的选择+ h) p; S7 ~8 C- c: \' s1 v
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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。5 |) Y7 m$ N- }$ L: h
! X3 }3 C. r; b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。. W7 Q+ ^" w; n6 Y/ h" V8 E
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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：
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7 u/ _$ j2 W; O+ y9 G7 M (5*1000M*2)/1000=10Gbps 的背板带宽。
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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。
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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。 $ k! U# m4 ]0 r& n& \$ x
! _- J( ~0 A0 B9 ~: @: P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。 6 v3 T2 G! G% y& ?
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例如：这款24口全千兆交换机比较符合汇聚层要求。
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交换机容量与包转发率都是比较充足的。- p+ l& ~8 }3 S
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图5 24口全千兆交换机
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三、核心层交换机的选择
) ~! f: o3 r# K1 u& }9 Y* O5 B4 _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：
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& a0 v# F K* m# w1 ^1 R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。$ ]6 N+ @, D0 L. C- t
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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：
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（12*1000M*2+2*10000*2)/1000=64Gbps的背板带宽。
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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：8 D7 F3 ~' e; s4 U6 h
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12*1.488Mpps/s+2*14.88Mpps/s=47.56Mpps。
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9 P0 M1 _% P6 A: |3 M* o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。+ g- d6 m- o' a; }
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图6 三层核心交换机
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4万兆上联，高速转发3 Z1 _: u! v& ?0 w) w/ {0 z
- i; c. g p) G0 ~4 K6 K/ zUTP7748GE-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。
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; \5 o. ~$ n7 D, d" s$ @6KV防雷，冗余双电源，安全可靠. M3 t' \2 T) _7 v
0 g" S6 A* Z" m2 o) {, @: K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。7 N/ V: S9 {' v7 W0 f1 g
8 V+ S5 I$ D. k8 {8 |* G强大业务处理能力，IPV6/4双协议栈& w8 z6 h/ P9 r" w* @- g7 g( |
$ o/ _( }4 Q+ c/ \6 M$ U }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。
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三、1000路监控的存储：IP-SAN$ w0 T+ O8 q+ [- d
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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。
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1、数据存储2 m( T( n3 O q4 A7 T9 J. i4 B" }$ D
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。
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$ R" P$ j+ m3 F) E如何解决整体方案中的稳定性以满足7X24小时的不停工作。% T: z$ x1 O* H+ w+ L' c
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一个码率为4M的摄像头一天的存储量为48G左右。& e' s, S# J7 e: J
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那么1000个7天的存储量为：
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& D; A$ q5 I$ v/ x( b( ]1000个摄像*48G*7=395136G=328T左右。6 n9 O* ]1 Y6 Q0 o
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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。/ V" ~6 I' I0 e( e& @6 j
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如何利用这96块硬盘以满足24台NVR系统传来的视频流呢？: t( H5 ]: W R/ N& S' ~4 B
9 Y8 V- W( C" q' B# |0 _3 ?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。% ~9 r+ W) l8 Q. ]! ?
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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。
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8 Z+ r) L! g2 T* A1 c: R) u# u我们采用16盘位的网络存储IP SAN磁盘阵列，6台可以解决。
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, A0 O/ L/ ~1 q7 j J3 w! V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。
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四、监控显示* Q6 p! Q1 E, C
: R/ F' y+ \% l( c1000路监控如何显示，大型监控一般都会选择使用监控显示墙。* l; k/ Y) x- L, T. Q8 w
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3 n) v$ U: f" r5 _5 |2 _' T3 o中心就要有管理平台，需要配置综合监控一体化平台，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。
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图7 1000路视频监控显示; I- d0 P* G- a; K' L/ @
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r4 ^4 ?% U3 _" p- t1000路监控还有一个关键点就是ip地址的分配与设置，这个后面会提到。
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五、结语) E& v/ T' ^' _4 k v
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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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