高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中交換機(jī)的選擇

目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)完成從傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控到數(shù)字視頻監(jiān)控的全面升級(jí)，并逐漸發(fā)展到高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控階段，利用現(xiàn)有的辦公網(wǎng)絡(luò)、行業(yè)專網(wǎng)、光纖專網(wǎng)，甚至互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)架構(gòu)，搭建以區(qū)域安防、生產(chǎn)監(jiān)視等不同目的的高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其中百萬(wàn)級(jí)像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的大規(guī)模普及，既解決了傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)清晰度不足的尷尬局面也提高了監(jiān)控系統(tǒng)的便捷性和安全性。

• 高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

• 先進(jìn)性：利用現(xiàn)有的綜合布線網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)所需的前端設(shè)備少，連線簡(jiǎn)潔，后端僅需一套軟件系統(tǒng)即可;

• 可靠性：主要設(shè)備網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，而圖像的傳輸是通過(guò)綜合布線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)可靠性相當(dāng)高;

• 性能價(jià)格比：所需設(shè)備極其簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的控制由后端的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，省去了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的大量設(shè)備，如昂貴的矩陣、畫(huà)面分割器、切換器、視頻轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)等。由于圖像的傳輸通過(guò)綜合布線網(wǎng)絡(luò)，省去了大量的視頻同軸電纜，降低了費(fèi)用;

• 安全性：系統(tǒng)設(shè)置了不同等級(jí)的使用者權(quán)限，僅有最高級(jí)權(quán)限的用戶才可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置或更改，沒(méi)有權(quán)限的用戶是接收不到圖像的。另外，圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是專有的格式;

• 使用及維護(hù)性：系統(tǒng)的安裝極其簡(jiǎn)單，軟件系統(tǒng)的安裝及使用也非常易懂。在維護(hù)性方面，系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)潔，而主要設(shè)備的可靠性很高，維護(hù)性能好，而且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù);

• 擴(kuò)展及延伸性：當(dāng)需要增加監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控主機(jī)時(shí)，只需要通過(guò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增加一臺(tái)攝像機(jī)或PC機(jī)即可，不需要對(duì)現(xiàn)有布線系統(tǒng)做什么改動(dòng);

• 應(yīng)用范圍廣闊：區(qū)域性監(jiān)控，利用網(wǎng)絡(luò)傳送實(shí)時(shí)圖像，如辦公室、大樓等;跨區(qū)遠(yuǎn)端監(jiān)控，連鎖事業(yè)、大型工廠機(jī)房、遠(yuǎn)端老人、兒童看護(hù)、公共建筑、無(wú)人環(huán)境監(jiān)控、金融機(jī)構(gòu)分行監(jiān)控、交通監(jiān)管、錯(cuò)誤警報(bào)辯識(shí)等。

• 影響高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素-----交換機(jī)

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)畫(huà)面延時(shí)、卡頓等現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因有很多，但大多數(shù)情況下還是交換機(jī)的配置不夠合理，導(dǎo)致帶寬不足造成的，那如何合理配置交換機(jī)？在選擇交換機(jī)的時(shí)候又要考慮哪些技術(shù)參數(shù)呢？

總體思路：首先在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中分析交換機(jī)所處的位置和承擔(dān)的職責(zé)，再結(jié)合視頻監(jiān)控的規(guī)模和布局，計(jì)算各交換機(jī)端口速率、背板帶寬和包轉(zhuǎn)發(fā)率等技術(shù)參數(shù)，得出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)后，最后進(jìn)行交換機(jī)的選型，以成型高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控解決方案。

首先，我們需要明晰一些概念：

1. 1.       交換機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2. 1)     端口帶寬

交換機(jī)擁有許多不同類型的端口，每個(gè)端口有自己的專用帶寬，比如：10Mbps、100Mbps、1000Mbps、10000Mbps（10Gbps）甚至100Gbps。例如：H3C 的S5120-28P-SI交換機(jī)就具有24個(gè)1000Base-T以太網(wǎng)端口，4個(gè)1000Base-X SFP千兆以太網(wǎng)端口。

• 背板帶寬

交換機(jī)的背板帶寬，是交換機(jī)接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬，一般的交換機(jī)的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺(tái)交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，但同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會(huì)越高。

• 包轉(zhuǎn)發(fā)率

包轉(zhuǎn)發(fā)率，也稱端口吞吐量，是指路由器在某端口進(jìn)行的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)能力，單位通常使用pps（包每秒）來(lái)衡量。一般來(lái)講，低端的路由器包轉(zhuǎn)發(fā)率只有幾K到幾十Kpps，而高端路由器則能達(dá)到幾十Mpps（百萬(wàn)包每秒）甚至上百Mpps。

1. 2.       背板帶寬和包轉(zhuǎn)發(fā)率的計(jì)算

交接機(jī)的最佳性能，就是要求這款交換機(jī)做到了線性無(wú)阻塞傳輸。我們?nèi)绾稳タ疾煲粋€(gè)交換機(jī)的背板帶寬是否夠用呢?

一般來(lái)講，計(jì)算方法如下:

• 線速的背板帶寬

交換機(jī)上所有端口能提供的總帶寬計(jì)算公式為：

端口數(shù)×相應(yīng)端口速率×2（全雙工模式）

如果總帶寬≤標(biāo)稱背板帶寬，那么說(shuō)明該交換機(jī)背板帶寬是線速的。

• 第二層包轉(zhuǎn)發(fā)線速

第二層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量*0.1488Mpps+其余類型端口數(shù)*相應(yīng)計(jì)算方法

如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱二層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么該交換機(jī)在做第二層交換的時(shí)候可以做到線速。

• 第三層包轉(zhuǎn)發(fā)線速

第三層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量*0.1488Mpps+其余類型端口數(shù)*相應(yīng)計(jì)算方法

如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱三層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機(jī)在做第三層交換的時(shí)候可以做到線速。

• 1.488Mpps是怎么得到的呢?

千兆端口的線速(包轉(zhuǎn)發(fā)率是1.4881MPPS；百兆端口的線速包轉(zhuǎn)發(fā)率是0.14881MPPS，這是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但是如何得來(lái)的呢？

具體的數(shù)據(jù)包在傳輸過(guò)程中會(huì)在每個(gè)包的前面加上64個(gè)前導(dǎo)符和96bit的幀間隙，也就是一個(gè)64個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)包，原本只有512個(gè)bit,但在傳輸過(guò)程中實(shí)際上會(huì)有512+64+96=672bit，也就是一個(gè)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度實(shí)際。

千兆端口線速包轉(zhuǎn)發(fā)率1000Mbps÷672≈1.488095Mpps

百兆端口線速包轉(zhuǎn)發(fā)率100Mbps÷672≈0.14881Mpps

因此可以得到下列數(shù)據(jù)：

• 對(duì)于萬(wàn)兆以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為14.88Mpps。

• 對(duì)于千兆以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。

• 對(duì)于快速以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps。

• 對(duì)于OC－12的POS端口，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。

• 對(duì)于OC－48的POS端口，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為468MppS。

所以說(shuō)，如果能滿足上面三個(gè)條件，那么我們就說(shuō)這款交換機(jī)真正做到了線性無(wú)阻塞。

• 標(biāo)清：是物理分辨率在720p(1280*720)以下的一種視頻格式(D1/DCIF/CIF)。具體的說(shuō)，是指分辨率在400線及以下的VCD、DVD、電視節(jié)目等“標(biāo)清”視頻格式，即標(biāo)準(zhǔn)清晰度。

• 標(biāo)清、高清和全高清的區(qū)別

• 高清：物理分辨率達(dá)到720p(1280*720) 以上則稱作為高清,（英文表述：HighDefinition）簡(jiǎn)稱：HD，720p是指視頻的垂直分辨率為720線逐行掃描，它作為高清的入門(mén)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；相當(dāng)于2.5個(gè)D1的分辨率。

• 全高清：物理分辨率分辨率最高可達(dá)：1920×1080，簡(jiǎn)稱：Full HD ，分1080P/1080I 顯示設(shè)備水平分辨率達(dá)到1080線,從視覺(jué)效果來(lái)看，1080P為最高規(guī)格的電視信號(hào)，其圖像質(zhì)量可達(dá)到或接近35mm寬銀幕電影的水平。1080P的圖像分辨率相當(dāng)于6個(gè)D1的分辨率。1080i是指1080線的隔行掃描，1080P是指1080線的逐行掃描。

1. 1.       何為高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)？

我們通常叫成百萬(wàn)、兩百萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)：

• 百萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)

720P 實(shí)際是指分辨率1280*720像素，就是1280×720=921600像素，一般都會(huì)叫720p或720i為百萬(wàn)像素分辨率。圖像編碼分辨率達(dá)到1280×720 / 25fps之上的攝像機(jī)稱為百萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)。              

• 兩百萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)

1080P 實(shí)際是指分辨率1920*1080像素，就是1920×1080=2073600像素，一般都會(huì)叫 1080p或1080i為200萬(wàn)像素分辨率。圖像編碼分辨率達(dá)到1920×1080 / 25fps 之上的攝像機(jī)稱為兩百萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)。

• 高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的交換機(jī)

從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)講，一個(gè)中大型高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)需采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：接入層、匯聚層、核心層。

小型系統(tǒng)需采用二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：接入層、匯聚層。

1. 1.       接入層交換機(jī)的選擇：

接入層交換機(jī)主要下聯(lián)前端網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，上聯(lián)匯聚交換機(jī)。以720P網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)4M碼流計(jì)算，一個(gè)百兆口接入交換機(jī)最大可以接入幾路720P網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)呢？

我們常用的交換機(jī)的實(shí)際帶寬是理論值的50%-70%，所以一個(gè)百兆口的實(shí)際帶寬在50M-70M。4M*12=48M，因此建議一臺(tái)百兆接入交換機(jī)最大接入12臺(tái)720P網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。同時(shí)考慮目前網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控采用動(dòng)態(tài)編碼方式，攝像機(jī)碼流峰值可能會(huì)超過(guò)4M帶寬，同時(shí)考慮帶寬冗余設(shè)計(jì)，因此一臺(tái)百兆接入交換機(jī)控制在8臺(tái)以內(nèi)時(shí)最好的，超過(guò)8臺(tái)建議采用千兆口。

1. 2.       匯聚層交換機(jī)的選擇：

匯聚層交換機(jī)主要下聯(lián)接入層交換機(jī)，上聯(lián)監(jiān)控中心核心交換機(jī)。一般情況下匯聚交換機(jī)需選擇帶千兆上傳口的二層交換機(jī)。

還是以720P網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)4M碼流計(jì)算，前端每臺(tái)接入層交換機(jī)上有6臺(tái)720P網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，該匯聚交換機(jī)下聯(lián)5臺(tái)接入層交換機(jī)。該匯聚層交換機(jī)下總帶寬為4M*6*5=120M，因此匯聚交換機(jī)與核心交換機(jī)級(jí)聯(lián)口應(yīng)選千兆口。

1. 3.       核心層交換機(jī)的選擇：

核心層交換機(jī)主要下聯(lián)匯聚層交換機(jī)，上聯(lián)監(jiān)控中心視頻監(jiān)控平臺(tái)，存儲(chǔ)服務(wù)器，數(shù)字矩陣等設(shè)備，是整個(gè)高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的核心。在選擇核心交換機(jī)是必須考慮整個(gè)系統(tǒng)的帶寬容量及如何核心層交換機(jī)配置不當(dāng)，必然導(dǎo)致視頻畫(huà)面無(wú)法流暢顯示。因此監(jiān)控中心需選擇全千兆口核心交換機(jī)。如點(diǎn)位較多，需劃分VLAN，還應(yīng)選擇三層全千兆口核心交換機(jī)。

• 舉例說(shuō)明

如果5個(gè)IPCAM接入一個(gè)交換機(jī),我們一般情況下是使用一個(gè)8×××換機(jī),那么這個(gè)8×××換機(jī)是否滿足要求? 那么我們至少計(jì)算這個(gè)交換機(jī)3個(gè)方面的能力。

1. 1.      背板帶寬: 端口數(shù)×端口速度×2=背板帶寬， 8×100×2=1.6Gbps

2. 2.      包交換率:端口數(shù)×端口速度÷1000×1.488Mpps；8×100÷1000×1.488=1.20Mpps，有些交換機(jī)的包交換率有時(shí)計(jì)算出不能達(dá)到此要求，那么就是非線速交換機(jī),當(dāng)進(jìn)行大容量數(shù)量吞吐時(shí)，易造成延時(shí)。

1. 3.      級(jí)聯(lián)口帶寬: IPCAM的碼流×數(shù)量=上傳口的最小帶寬,4.5×5=22.5Mbps/S，通常情況下，當(dāng)IPCAM帶寬超過(guò)45Mbps時(shí)，建議使用1000M級(jí)聯(lián)口。

2. 二、       選型時(shí)其他注意事項(xiàng)：

1、為了管理方便，可選WEB管理型交換機(jī)；

2、由于視頻流量較大，可選線速交換機(jī)；

3、視頻數(shù)據(jù)有突發(fā)性的特點(diǎn)，交換機(jī)緩存越大越好；

4、交換機(jī)的流量控制功能；

5、匯聚交換機(jī)和核心交換機(jī)建議選擇知名企業(yè)產(chǎn)品。