高清网络视频监控系统中交换机的选择

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高清网络视频监控系统中交换机的选择

目前视频监控系统已经完成从传统模拟视频监控到数字视频监控的全面升级，并逐渐发展到高清网络数字视频监控阶段，利用现有的办公网络、行业专网、光纤专网，甚至互联网和无线网络等基础架构，搭建以区域安防、生产监视等不同目的的高清网络视频监控系统。其中百万级像素网络摄像机的大规模普及，既解决了传统模拟视频监控系统清晰度不足的尴尬局面也提高了监控系统的便捷性和安全性。

一、       高清网络视频监控系统优势

1.      先进性：利用现有的综合布线网络传输图像，进行实时监控系统所需的前端设备少，连线简洁，后端仅需一套软件系统即可;

2.      可靠性：主要设备网络摄像机采用了嵌入式实时操作系统，所需设备简单，而图像的传输是通过综合布线网络实现的，系统可靠性相当高;

3.      性能价格比：所需设备极其简单，系统的控制由后端的软件系统实现，省去了传统模拟监控系统中的大量设备，如昂贵的矩阵、画面分割器、切换器、视频转网络的主机等。由于图像的传输通过综合布线网络，省去了大量的视频同轴电缆，降低了费用;

4.      安全性：系统设置了不同等级的使用者权限，仅有最高级权限的用户才可对整个系统进行设置或更改，没有权限的用户是接收不到图像的。另外，图像数据的存储是专有的格式;

5.      使用及维护性：系统的安装极其简单，软件系统的安装及使用也非常易懂。在维护性方面，系统的接线十分简洁，而主要设备的可靠性很高，维护性能好，而且可实现远程维护;

6.      扩展及延伸性：当需要增加监控点和监控主机时，只需要通过现有网络增加一台摄像机或PC机即可，不需要对现有布线系统做什么改动;

7.      应用范围广阔：区域性监控，利用网络传送实时图像，如办公室、大楼等;跨区远端监控，连锁事业、大型工厂机房、远端老人、儿童看护、公共建筑、无人环境监控、金融机构分行监控、交通监管、错误警报辩识等。

二、       影响高清网络视频监控系统质量的关键因素-----交换机

高清网络视频监控系统中出现画面延时、卡顿等现象，造成这种现象的原因有很多，但大多数情况下还是交换机的配置不够合理，导致带宽不足造成的，那如何合理配置交换机？在选择交换机的时候又要考虑哪些技术参数呢？

总体思路：首先在网络架构中分析交换机所处的位置和承担的职责，再结合视频监控的规模和布局，计算各交换机端口速率、背板带宽和包转发率等技术参数，得出准确数据后，最后进行交换机的选型，以成型高清网络视频监控解决方案。

1.       交换机主要技术参数

1)     端口带宽

交换机拥有许多不同类型的端口，每个端口有自己的专用带宽，比如：10Mbps、100Mbps、1000Mbps、10000Mbps（10Gbps）甚至100Gbps。例如：H3C 的S5120-28P-SI交换机就具有24个1000Base-T以太网端口，4个1000Base-X SFP千兆以太网端口。

2)     背板带宽

交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，也叫交换带宽，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高。

3)     包转发率

包转发率，也称端口吞吐量，是指路由器在某端口进行的数据包转发能力，单位通常使用pps（包每秒）来衡量。一般来讲，低端的路由器包转发率只有几K到几十Kpps，而高端路由器则能达到几十Mpps（百万包每秒）甚至上百Mpps。

2.       背板带宽和包转发率的计算

交接机的最佳性能，就是要求这款交换机做到了线性无阻塞传输。我们如何去考察一个交换机的背板带宽是否够用呢?

一般来讲，计算方法如下:

1)      线速的背板带宽

交换机上所有端口能提供的总带宽计算公式为：

端口数×相应端口速率×2（全双工模式）

如果总带宽≤标称背板带宽，那么说明该交换机背板带宽是线速的。

2)      第二层包转发线速

第二层包转发率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps+其余类型端口数*相应计算方法

如果这个速率能≤标称二层包转发速率，那么该交换机在做第二层交换的时候可以做到线速。

3)      第三层包转发线速

第三层包转发率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps+其余类型端口数*相应计算方法

如果这个速率能≤标称三层包转发速率，那么交换机在做第三层交换的时候可以做到线速。

4)      1.488Mpps是怎么得到的呢?

千兆端口的线速(包转发率是1.4881MPPS；百兆端口的线速包转发率是0.14881MPPS，这是国际标准，但是如何得来的呢？

具体的数据包在传输过程中会在每个包的前面加上64个前导符和96bit的帧间隙，也就是一个64个字节的数据包，原本只有512个bit,但在传输过程中实际上会有512+64+96=672bit，也就是一个数据包的长度实际。

千兆端口线速包转发率1000Mbps÷672≈1.488095Mpps

百兆端口线速包转发率100Mbps÷672≈0.14881Mpps

因此可以得到下列数据：

l  对于万兆以太网，一个线速端口的包转发率为14.88Mpps。

l  对于千兆以太网，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。

l  对于快速以太网，一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。

l  对于OC－12的POS端口，一个线速端口的包转发率为1.17Mpps。

l  对于OC－48的POS端口，一个线速端口的包转发率为468MppS。

所以说，如果能满足上面三个条件，那么我们就说这款交换机真正做到了线性无阻塞。

三、       高清网络视频监控系统中的交换机

从网络拓扑结构来讲，一个中大型高清网络视频监控系统需采用三层网络架构：接入层、汇聚层、核心层。

小型系统需采用二层网络架构：接入层、汇聚层。

1.       接入层交换机的选择：

接入层交换机主要下联前端网络高清摄像机，上联汇聚交换机。以720P网络摄像机4M码流计算，一个百兆口接入交换机最大可以接入几路720P网络摄像机呢？

我们常用的交换机的实际带宽是理论值的50%-70%，所以一个百兆口的实际带宽在50M-70M。4M*12=48M，因此建议一台百兆接入交换机最大接入12台720P网络摄像机。同时考虑目前网络监控采用动态编码方式，摄像机码流峰值可能会超过4M带宽，同时考虑带宽冗余设计，因此一台百兆接入交换机控制在8台以内时最好的，超过8台建议采用千兆口。

2.       汇聚层交换机的选择：

汇聚层交换机主要下联接入层交换机，上联监控中心核心交换机。一般情况下汇聚交换机需选择带千兆上传口的二层交换机。

还是以720P网络摄像机4M码流计算，前端每台接入层交换机上有6台720P网络摄像机，该汇聚交换机下联5台接入层交换机。该汇聚层交换机下总带宽为4M*6*5=120M，因此汇聚交换机与核心交换机级联口应选千兆口。

3.       核心层交换机的选择：

核心层交换机主要下联汇聚层交换机，上联监控中心视频监控平台，存储服务器，数字矩阵等设备，是整个高清网络监控系统的核心。在选择核心交换机是必须考虑整个系统的带宽容量及如何核心层交换机配置不当，必然导致视频画面无法流畅显示。因此监控中心需选择全千兆口核心交换机。如点位较多，需划分VLAN，还应选择三层全千兆口核心交换机。

四、       举例说明      

如果5个IPCAM接入一个交换机,我们一般情况下是使用一个8口交换机,那么这个8口交换机是否满足要求? 那么我们至少计算这个交换机3个方面的能力。

1.      背板带宽: 端口数×端口速度×2=背板带宽， 8×100×2=1.6Gbps

2.      包交换率: 端口数×端口速度÷1000×1.488Mpps；8×100÷1000×1.488=1.20Mpps，有些交换机的包交换率有时计算出不能达到此要求，那么就是非线速交换机,当进行大容量数量吞吐时，易造成延时。

3.      级联口带宽: IPCAM的码流×数量=上传口的最小带宽,4.5×5=22.5Mbps/S，通常情况下，当IPCAM带宽超过45Mbps时，建议使用1000M级联口。

五、       选型时其他注意事项：

1、为了管理方便，可选WEB管理型交换机；

2、由于视频流量较大，可选线速交换机；

3、视频数据有突发性的特点，交换机缓存越大越好；

4、交换机的流量控制功能；

5、汇聚交换机和核心交换机建议选择知名企业产品。