高清网络视频监控系统交换机的选择

    一、根据摄像机的码流和数量来选择

    1、摄像机码流

    选择交换机前，首先要弄清楚每路图像占用多少带宽。

    以早期的IPC举例：

    720P网络摄像机，主码流为2~3M，子码流为0.8~1M，共约4M。

    1080P网络摄像机，主码流为4~6M，子码流为0.8~1M，共约7M。

    2、摄像机数量

    要弄清楚交换机的带宽容量。常用交换机有百兆交换机、千兆交换机。它们的实际带宽一般只有理论值的60~70%，所以它们端口的可利用带宽大致是60Mbps或600Mbps。

    从网络拓扑结构上来讲，一个局域网通常是两到三层结构。接摄像机那端为接入层，一般用百兆交换机就够了，除非你在一个交换机上接了很多个摄像机。

    汇集层、核心层则要按该交换机汇聚了多少路图像来计算。

    计算方法如下：如果接720P的网络摄像机，一般15路图像以内，用百兆交换机；超过15路则用千兆交换机；如果接1080P的网络摄像机，一般8路图像以内，用百兆交换机，超过8路则用千兆交换机。

    二、交换机的选择要求

    随着高清摄像机的使用越来越多，如何选择合适的、满足监控整体网络架构性能的交换机也成了在高清监控系统前期方案制定、项目报价中有着很重要的作用。一个合适的交换机，不仅能够发挥监控网络应有的功能并能够有效减少资源的浪费。

    监控网络有三层架构方式：核心层，汇聚层，接入层。

    以选用720P的摄像机、采用PoE供电为例，分别选择对应交换机，前端每20路720P接入1个接入层交换机。

    1、接入层交换机的选择

    条件1：摄像机玛流：4Mbps，20个摄像机就是20*4=80Mbps。

    也就是说，接入层交换机上传端口必须满足80Mbps/s的传输速率要求，考虑到交换机实际传输速率(通常为标称值的50%，100M的也就50M左右，)，所以接入层交换机应选用具有1000M上传口的交换机。

    条件2：交换机的背板带宽，如选择24口交换机，自带二个1000M口，总共26口，则接入层的交换机背板带宽要求为：(24*100M*2+1000*2*2)/1000=8.8Gbps的背板带宽。

    条件3：包转发率：一个1000M口的包转发率为1.488Mpps/s，则接入层的交换机交换速率为：(24*100M/1000M+2)*1.488=6.55Mpps。

    通常将满足条件2和3的交换机称之为线速交换机，如丰润达PS1024或PS3024就满足线速交换能力，而且也是该案例中比较合适的接入PoE交换机。

    根据以上条件得出：当有20路720P摄像机接入一个交换机时，此交换机至少必须具有1个1000M上传口、20个以上的100M接入端口才能满足需求。

    2、汇聚层交换机的选择

    还是以上面的例子来说，假如总共有5个丰润达PS1024接入，那么汇聚层的流量为：80Mbps*5=400Mbps，那么汇聚层的上传端口必须是1000M以上的。

    如果5个IPC接入一个交换机，一般情况下需使用一个8口交换机，那么这个8口交换机是否满足要求？可以看如下三个方面：

    背板带宽：端口数*端口速度*2=背板带宽，即8*100*2=1.6Gbps。

    包交换率：端口数*端口速度/1000*1.488Mpps=包交换率，即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。

    级联口带宽：IPC的码流*数量=上传口的最小带宽，即4.*5=20Mbps。通常情况下，当IPC带宽超过45Mbps时，建议使用1000M级联口。

    三、到底该如何选择交换机？

    有个园区网，500多个高清摄像机，码流3~4兆，网络结构分接入层汇聚层核心层。存储在汇聚层，每个汇聚层对应170个摄像机。

    面临的问题：如何选择产品，百兆与千兆的差别，影响图像在网络中传输的原因有哪些，哪些因素是与交换机相关的……

    1、背板带宽

    所有端口容量x端口数量之和的2倍应该小于标称背板带宽，可实现全双工无阻塞的线速交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。

    例如：一台最多可以提供48个千兆端口的交换机，其满配置容量应达到48×1G×2=96Gbps，才能够确保在所有端口均在全双工时，提供无阻塞的线速包交换。

    2、包转发率

    满配置包转发率(Mbps)=满配置GE端口数×1.488Mpps+满配置百兆端口数×0.1488Mpps，其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。

    例如：如果一台交换机最多能够提供24个千兆端口，而宣称的包转发率不到35.71Mpps(24x1.488Mpps=35.71)，那么就有理由认为该交换机采用的是有阻塞的结构设计。

    一般是背板带宽和包转发率都满足的交换机才是合适的交换机。

    背板相对大、吞吐量相对小的交换机，除了保留了升级扩展的能力外，就是软件效率/专用芯片电路设计有问题；背板相对小、吞吐量相对大的交换机，整体性能比较高。

    摄像机码流影响清晰度，通常是视频传输的码流设定（包含了编码发送及接收设备的编解码能力等），这是前端摄象机的性能，与网络无关。

    通常用户认为清晰度不高，认为是网络原因造成的想法实际是个误区。

    根据上面的案例，计算：

    码流：4Mbps

    接入：24*4=96Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps

    汇聚：170*4=680Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps

    3、接入交换机

    主要考虑到接入到汇聚之间的链路带宽，即交换机的上联链路容量需要大于同时容纳的摄象机数*码率。

    这样视频实时录像就没有问题，但如果有用户在实时看到录像，就还需要考虑到这个带宽，每个用户查看一个视频占用的带宽就是4M，如果一个接入交换机的每个摄象机都有一个人在看，就需要摄象机数*码率*（1+N）的带宽，即24*4*（1+1）=128M。

    4、汇聚交换机

    汇聚层需要同时处理170只摄象机的3M码流（170*4M=680M），也就意味着汇聚层交换机需要支持同时转发680M以上的交换容量。一般存储都接在汇聚上，所以视频录像是线速转发。

    但要考虑到实时查看监控的带宽，每个连接占用4M，一条1000M的链路可以支持250个摄像头被调试调用。每台接入交换机接24个摄像头，250/24，相当于网络可以承受每个摄像头同时有10位用户在实时查看的压力。

    5、核心交换机

    核心交换机，需要考虑交换容量以及到汇聚的链路带宽，因为存储是放置在汇聚层的，所以核心交换机没有视频录像的压力，即只要考虑同时多少人看多少路视频即可。

    假设该案例内，同时有10人监看，每人看16路视频，即交换容量需要大于10*16*4=640M。

    6、交换机选择重点

    局域网内的视频监控进行交换机选择时，接入层和汇聚层交换机的选择通常只需要考虑交换容量的因素就够了，因为用户通常都是通过核心交换机连接并获取视频的。

    另外，由于主要压力是在汇聚层交换机，因为既要承担监控存储的流量，还要承担实时查看调用监控的压力，所以选择适用的汇聚交换机显得非常重要。

    对于接入交换机来说，下联口接摄像头的端口百兆/千兆没有本质的区别，但是上联必须是千兆。

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• 2017-01-11高清网络视频监控系统交换机的选择