高清網絡視頻監控系統中交換機的選擇

目前視頻監控系統已經完成從傳統模擬視頻監控到數字視頻監控的全面升級，并逐漸發展到高清網絡數字視頻監控階段，利用現有的辦公網絡、行業專網、光纖專網，甚至互聯網和無線網絡等基礎架構，搭建以區域安防、生產監視等不同目的的高清網絡視頻監控系統。其中百萬級像素網絡攝像機的大規模普及，既解決了傳統模擬視頻監控系統清晰度不足的尷尬局面也提高了監控系統的便捷性和安全性。

• 高清網絡視頻監控系統優勢

• 先進性：利用現有的綜合布線網絡傳輸圖像，進行實時監控系統所需的前端設備少，連線簡潔，后端僅需一套軟件系統即可;

• 可靠性：主要設備網絡攝像機采用了嵌入式實時操作系統，所需設備簡單，而圖像的傳輸是通過綜合布線網絡實現的，系統可靠性相當高;

• 性能價格比：所需設備極其簡單，系統的控制由后端的軟件系統實現，省去了傳統模擬監控系統中的大量設備，如昂貴的矩陣、畫面分割器、切換器、視頻轉網絡的主機等。由于圖像的傳輸通過綜合布線網絡，省去了大量的視頻同軸電纜，降低了費用;

• 安全性：系統設置了不同等級的使用者權限，僅有最高級權限的用戶才可對整個系統進行設置或更改，沒有權限的用戶是接收不到圖像的。另外，圖像數據的存儲是專有的格式;

• 使用及維護性：系統的安裝極其簡單，軟件系統的安裝及使用也非常易懂。在維護性方面，系統的接線十分簡潔，而主要設備的可靠性很高，維護性能好，而且可實現遠程維護;

• 擴展及延伸性：當需要增加監控點和監控主機時，只需要通過現有網絡增加一臺攝像機或PC機即可，不需要對現有布線系統做什么改動;

• 應用范圍廣闊：區域性監控，利用網絡傳送實時圖像，如辦公室、大樓等;跨區遠端監控，連鎖事業、大型工廠機房、遠端老人、兒童看護、公共建筑、無人環境監控、金融機構分行監控、交通監管、錯誤警報辯識等。

• 影響高清網絡視頻監控系統質量的關鍵因素-----交換機

高清網絡視頻監控系統中出現畫面延時、卡頓等現象，造成這種現象的原因有很多，但大多數情況下還是交換機的配置不夠合理，導致帶寬不足造成的，那如何合理配置交換機？在選擇交換機的時候又要考慮哪些技術參數呢？

總體思路：首先在網絡架構中分析交換機所處的位置和承擔的職責，再結合視頻監控的規模和布局，計算各交換機端口速率、背板帶寬和包轉發率等技術參數，得出準確數據后，最后進行交換機的選型，以成型高清網絡視頻監控解決方案。

首先，我們需要明晰一些概念：

1. 1.       交換機主要技術參數

2. 1)     端口帶寬

交換機擁有許多不同類型的端口，每個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交換機就具有24個1000Base-T以太網端口，4個1000Base-X SFP千兆以太網端口。

• 背板帶寬

交換機的背板帶寬，是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。背板帶寬標志了交換機總的數據交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬，一般的交換機的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數據的能力就越強，但同時設計成本也會越高。

• 包轉發率

包轉發率，也稱端口吞吐量，是指路由器在某端口進行的數據包轉發能力，單位通常使用pps（包每秒）來衡量。一般來講，低端的路由器包轉發率只有幾K到幾十Kpps，而高端路由器則能達到幾十Mpps（百萬包每秒）甚至上百Mpps。

1. 2.       背板帶寬和包轉發率的計算

交接機的最佳性能，就是要求這款交換機做到了線性無阻塞傳輸。我們如何去考察一個交換機的背板帶寬是否夠用呢?

一般來講，計算方法如下:

• 線速的背板帶寬

交換機上所有端口能提供的總帶寬計算公式為：

端口數×相應端口速率×2（全雙工模式）

如果總帶寬≤標稱背板帶寬，那么說明該交換機背板帶寬是線速的。

• 第二層包轉發線速

第二層包轉發率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其余類型端口數*相應計算方法

如果這個速率能≤標稱二層包轉發速率，那么該交換機在做第二層交換的時候可以做到線速。

• 第三層包轉發線速

第三層包轉發率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其余類型端口數*相應計算方法

如果這個速率能≤標稱三層包轉發速率，那么交換機在做第三層交換的時候可以做到線速。

• 1.488Mpps是怎么得到的呢?

千兆端口的線速(包轉發率是1.4881MPPS；百兆端口的線速包轉發率是0.14881MPPS，這是國際標準，但是如何得來的呢？

具體的數據包在傳輸過程中會在每個包的前面加上64個前導符和96bit的幀間隙，也就是一個64個字節的數據包，原本只有512個bit,但在傳輸過程中實際上會有512+64+96=672bit，也就是一個數據包的長度實際。

千兆端口線速包轉發率1000Mbps÷672≈1.488095Mpps

百兆端口線速包轉發率100Mbps÷672≈0.14881Mpps

因此可以得到下列數據：

• 對于萬兆以太網，一個線速端口的包轉發率為14.88Mpps。

• 對于千兆以太網，一個線速端口的包轉發率為1.488Mpps。

• 對于快速以太網，一個線速端口的包轉發率為0.1488Mpps。

• 對于OC－12的POS端口，一個線速端口的包轉發率為1.17Mpps。

• 對于OC－48的POS端口，一個線速端口的包轉發率為468MppS。

所以說，如果能滿足上面三個條件，那么我們就說這款交換機真正做到了線性無阻塞。

• 標清：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，是指分辨率在400線及以下的VCD、DVD、電視節目等“標清”視頻格式，即標準清晰度。

• 標清、高清和全高清的區別

• 高清：物理分辨率達到720p(1280*720) 以上則稱作為高清,（英文表述：HighDefinition）簡稱：HD，720p是指視頻的垂直分辨率為720線逐行掃描，它作為高清的入門級標準；相當于2.5個D1的分辨率。

• 全高清：物理分辨率分辨率最高可達：1920×1080，簡稱：Full HD ，分1080P/1080I 顯示設備水平分辨率達到1080線,從視覺效果來看，1080P為最高規格的電視信號，其圖像質量可達到或接近35mm寬銀幕電影的水平。1080P的圖像分辨率相當于6個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.       何為高清網絡攝像機？

我們通常叫成百萬、兩百萬像素攝像機：

• 百萬像素攝像機

720P 實際是指分辨率1280*720像素，就是1280×720=921600像素，一般都會叫720p或720i為百萬像素分辨率。圖像編碼分辨率達到1280×720 / 25fps之上的攝像機稱為百萬像素攝像機。              

• 兩百萬像素攝像機

1080P 實際是指分辨率1920*1080像素，就是1920×1080=2073600像素，一般都會叫 1080p或1080i為200萬像素分辨率。圖像編碼分辨率達到1920×1080 / 25fps 之上的攝像機稱為兩百萬像素攝像機。

• 高清網絡視頻監控系統中的交換機

從網絡拓撲結構來講，一個中大型高清網絡視頻監控系統需采用三層網絡架構：接入層、匯聚層、核心層。

小型系統需采用二層網絡架構：接入層、匯聚層。

1. 1.       接入層交換機的選擇：

接入層交換機主要下聯前端網絡高清攝像機，上聯匯聚交換機。以720P網絡攝像機4M碼流計算，一個百兆口接入交換機最大可以接入幾路720P網絡攝像機呢？

我們常用的交換機的實際帶寬是理論值的50%-70%，所以一個百兆口的實際帶寬在50M-70M。4M*12=48M，因此建議一臺百兆接入交換機最大接入12臺720P網絡攝像機。同時考慮目前網絡監控采用動態編碼方式，攝像機碼流峰值可能會超過4M帶寬，同時考慮帶寬冗余設計，因此一臺百兆接入交換機控制在8臺以內時最好的，超過8臺建議采用千兆口。

1. 2.       匯聚層交換機的選擇：

匯聚層交換機主要下聯接入層交換機，上聯監控中心核心交換機。一般情況下匯聚交換機需選擇帶千兆上傳口的二層交換機。

還是以720P網絡攝像機4M碼流計算，前端每臺接入層交換機上有6臺720P網絡攝像機，該匯聚交換機下聯5臺接入層交換機。該匯聚層交換機下總帶寬為4M*6*5=120M，因此匯聚交換機與核心交換機級聯口應選千兆口。

1. 3.       核心層交換機的選擇：

核心層交換機主要下聯匯聚層交換機，上聯監控中心視頻監控平臺，存儲服務器，數字矩陣等設備，是整個高清網絡監控系統的核心。在選擇核心交換機是必須考慮整個系統的帶寬容量及如何核心層交換機配置不當，必然導致視頻畫面無法流暢顯示。因此監控中心需選擇全千兆口核心交換機。如點位較多，需劃分VLAN，還應選擇三層全千兆口核心交換機。

• 舉例說明

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

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

2. 2.      包交換率:端口數×端口速度÷1000×1.488Mpps；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。

1. 3.      級聯口帶寬: IPCAM的碼流×數量=上傳口的最小帶寬,4.5×5=22.5Mbps/S，通常情況下，當IPCAM帶寬超過45Mbps時，建議使用1000M級聯口。

2. 二、       選型時其他注意事項：

1、為了管理方便，可選WEB管理型交換機；

2、由于視頻流量較大，可選線速交換機；

3、視頻數據有突發性的特點，交換機緩存越大越好；

4、交換機的流量控制功能；

5、匯聚交換機和核心交換機建議選擇知名企業產品。