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視頻監控系統交換機選擇方法

  一個交換機能帶動多少個網絡監控攝像頭?千兆交換機一般接200萬網絡攝像機能接幾個?24個網絡頭,用一臺24口百兆交換機行不行?下面就這類問題做一些簡單的分析。
 
  一、根據攝像機的碼流和數量來選擇
 
  1、攝像機碼流
  選擇交換機前,首先要弄清楚每路圖像占用多少帶寬。
 
  2、攝像機數量
  要弄清楚交換機的帶寬容量。常用交換機有百兆交換機、千兆交換機。它們的實際帶寬一般只有理論值的 60~70% ,所以它們端口的可利用帶寬大致是 60Mbps 或 600Mbps。
 
  舉例:
 
  根據你使用的網絡攝像機的品牌看單臺碼流,再去估算一臺交換機能接多少臺攝像機。比如130萬:960p攝像機單臺碼流通常4M,用百兆交換機,那么就可以接15臺(15×4=60M);用千兆交換機,可以接150(150×4=600M)。200萬: 1080P攝像機單臺碼流通常8M,用百兆交換機,可以接7臺(7×8=56M);用千兆交換機,可以接75臺(75×8=600M)。這些都是以主流的H.264攝像頭為例給大家講解的,H.265減半就可以了。
 
  從網絡拓撲結構上來講,一個局域網通常是兩到三層結構。接攝像機那端為接入層,一般用百兆交換機就夠了,除非你在一個交換機上接了很多個攝像機。
 
  匯集層、核心層則要按該交換機匯聚了多少路圖像來計算,計算方法如下:
 
  如果接 960P 的網絡攝像機,一般 15 路圖像以內,用百兆交換機;超過 15路則用千兆交換機;如果接 1080P 的網絡攝像機,一般 8 路圖像以內,用百兆交換機,超過 8 路則用千兆交換機。
 
  二、交換機的選擇要求
 
  監控網絡有三層架構方式:核心層,匯聚層,接入層。
 


 

  1、接入層交換機的選擇
 
  條件 1: 攝像機碼流:4Mbps,20 個攝像機就是 20*4=80Mbps。
 
  也就是說,接入層交換機上傳端口必須滿足 80Mbps/s 的傳輸速率要求,考慮到交換機實際傳輸速率(通常為標稱值的 50%,100M 的也就 50 M 左右,),所以接入層交換機應選用具有 1000M 上傳口的交換機。
 
  條件 2: 交換機的背板帶寬,如選擇 24 口的交換機,自帶二個 1000M 口,總共 26 口,則接入層的交換機背板帶寬要求為:(24*100M*2+1000*2*2)/1000=8.8Gbps 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, 則接入層的交換機交換速率為:(24*100M/1000M+2)*1.488=6.55Mpps。
 
  根據以上條件得出: 當有 20 路 720P 攝像機接入一個交換機時,此交換機至少必須具有 1 個 1000M 上傳口、20 個以上的 100M 接入端口才能滿足需求。
 
  2、匯聚層交換機的選擇
 
  假如總共有5個交換機接入,每個交換機有20攝像機,碼流為4M,那么匯聚層的流量為:4Mbps*20 *5=400Mbps,那么匯聚層的上傳端口必須是 1000M 以上的。如果 5 個 IPC 接入一個交換機,一般情況下需使用一個 8 口的交換機,那么這個 8 口的交換機是否滿足要求?可以看如下三個方面:
 
  背板帶寬:端口數*端口速度*2=背板帶寬 ,即8*100*2=1.6Gbps。
 
  包交換率:端口數*端口速度/1000*1.488Mpps=包交換率,即8*100/1000*1.488=1.20Mpps。有些交換機的包交換率有時計算出不能達到此要求,那么就是非線速交換機,當進行大容量數量吞吐時,易造成延時。
 
  級聯口帶寬:IPC 的碼流*數量=上傳口的最小帶寬,即4.*5=20Mbps。通常情況下,當 IPC 帶寬超過 45Mbps 時,建議使用 1000M 級聯口。
 
  三、如何選擇交換機
 
  1、舉例
 
  有個園區網,500 多個高清攝像機,碼流 3~4 兆,網絡結構分接入層‐匯聚層‐核心層。存儲在匯聚層,每個匯聚層對應 170 個攝像機。
 
  面臨的問題:如何選擇產品,百兆與千兆的差別,影響圖像在網絡中傳輸的原因有哪些,哪些因素是與交換機相關的……
 
  所有端口容量x端口數量之和的 2 倍應該小于標稱背板帶寬,可實現全雙工無阻塞的線速交換,證明交換機具有發揮最大數據交換性能的條件。例如:一臺最多可以提供 48 個千兆端口的交換機,其滿配置容量應達到 48 ×1G×2= 96Gbps,才能夠確保在所有端口均在全雙工時,提供無阻塞的線速包交換。
 
  2、包轉發率
 
  滿配置包轉發率(Mbps)=滿配置 GE 端口數×1.488Mpps+滿配置百兆端口數 × 0.1488Mpps ,其中 1 個千兆端口在包長為 64 字節時的理論吞吐量為1.488Mpps。
 
  例如:如果一臺交換機最多能夠提供 24 個千兆端口,而宣稱的包轉發率不到 35.71 Mpps(24 x 1.488Mpps = 35.71),那么就有理由認為該交換機采用的是有阻塞的結構設計。
 
  一般是背板帶寬和包轉發率都滿足的交換機才是合適的交換機。背板相對大、吞吐量相對小的交換機,除了保留了升級擴展的能力外,就是軟件效率/專用芯片電路設計有問題;背板相對小、吞吐量相對大的交換機,整體性能比較高。
 
  攝像機碼流影響清晰度,通常是視頻傳輸的碼流設定(包含了編碼發送及接收設備的編解碼能力等),這是前端攝象機的性能,與網絡無關。
 
  通常用戶認為清晰度不高,認為是網絡原因造成的想法實際是個誤區。
 
  根據上面的案例,計算:
 
  碼流:4Mbps
  接入:24*4=96Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps
  匯聚:170*4=680Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps
 
  3、接入交換機
 
  主要考慮到接入到匯聚之間的鏈路帶寬,即交換機的上聯鏈路容量需要大于同時容納的攝象機數*碼率。
 
  這樣視頻實時錄像就沒有問題,但如果有用戶在實時看到錄像,就還需要考慮到這個帶寬,每個用戶查看一個視頻占用的帶寬就是 4M,如果一個接入交換機的每個攝象機都有一個人在看,就需要攝象機數*碼率*(1+N)的帶寬,即24*4*(1+1)=128M。
 
  4、匯聚交換機
 
  匯聚層需要同時處理 170 只攝象機的 3‐4M 碼流(170* 4M=680M),也就意味著匯聚層交換機需要支持同時轉發 680M 以上的交換容量。一般存儲都接在匯聚上,所以視頻錄像是線速轉發。
 
  但要考慮到實時查看監控的帶寬,每個連接占用 4M,一條 1000M 的鏈路可以支持 250 個攝像頭被調試調用。每臺接入交換機接 24 個攝像頭,250/24,相當于網絡可以承受每個攝像頭同時有 10 位用戶在實時查看的壓力。
 
  5、核心交換機
 
  核心交換機,需要考慮交換容量以及到匯聚的鏈路帶寬,因為存儲是放置在匯聚層的,所以核心交換機沒有視頻錄像的壓力,即只要考慮同時多少人看多少路視頻即可。假設該案例內,同時有 10 人監看,每人看 16 路視頻,即交換容量需要大于 10*16*4=640M。
 
  6、交換機選擇重點
 
  局域網內的視頻監控進行交換機選擇時,接入層和匯聚層交換機的選擇通常只需要考慮交換容量的因素就夠了,因為用戶通常都是通過核心交換機連接并獲取視頻的。另外,由于主要壓力是在匯聚層交換機,因為既要承擔監控存儲的流量,還要承擔實時查看調用監控的壓力,所以選擇適用的匯聚交換機顯得非常重要。
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