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    視頻監控系統交換機如何選擇?

    2021-10-18

    【內容導讀】
    下面我們就交換機選型時的四個主要方面講一下。

    1、選擇千兆還是百兆?

    視頻監控系統的網絡中,需要傳輸大量、持續的視頻數據,這就要求交換機具有穩定轉發數據的能力。交換機接入的攝像頭數量越多,流經該交換機的數據量就會越大。我們可以碼流想象成水流,交換機就是一個個的水利樞紐,一旦流轉的水流超出負荷,大壩就會潰堤。同理,如果交換機下的攝像頭轉發的數據量超出某個端口的轉發能力,也同樣會造成這個端口丟棄大量的數據,出現問題。
    比如百兆的交換機轉發超出100M的數據量,就會造成大量丟包,導致花屏卡頓現象。

    01.jpg

    那么,到底接入多少個攝像頭就需要選擇千兆交換機呢?
    有一個標準,看攝像頭上聯端口轉發數據量的大?。喝绻下摱丝谵D發數據量大于70M,就選擇千兆端口,即選擇千兆交換機或千兆上聯交換機。

    02.jpg

    這里有一個快速計算和選擇的方法:
    帶寬值=(子碼流+主碼流)*通道數*1.2
    ①帶寬值>70M,用千兆
    ②帶寬值<70M,用百兆
    舉個例子來說明:有臺交換機,接入了20臺H.264 200W的攝像機(4+1M),那么按此計算,上聯端口的轉發速率就是(4+1)*20*1.2=120M>70M,這種情況就要用千兆交換機。某些場景里,交換機只有一個端口需要是千兆,但如果不能優化系統結構,平衡流量,那么就需要配千兆交換機或者千兆上聯交換機。
    問題來了1:碼流計算過程是很清楚,但是為什么要乘以1.2呢?
    因為根據網絡通訊原理,數據包的封裝也是遵循TCP/IP協議的,數據部分需要打上各個協議層的頭部字段才能順利傳輸,所以頭部也會占用一定比例的開銷。
    我們經常說的攝像機4M碼率、2M碼率等,指的其實都是數據部分的大小。根據數據通信比例,頭部開銷約占20%,所以公式里要乘以1.2。

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    ▲數據頭部約占20%的開銷
    問題來了2:為什么是70M不是100M呢?
    主要是為了考慮突發流量。視頻數據流是由很多的幀組成的,看似平緩的數據流,實際會發生很多瞬間突發數據,這種情況就需要交換機對數據的波動能夠進行緩沖和整流處理。
    交換機對這些數據進行存儲-轉發-存儲-轉發,所以建議有一定的預留,設計交換網絡時能有30%~40%的預留,一個100M的端口,建議轉發流量不超出70M。
    工程上常用的攝像機主要有H.264和H.265兩種碼率,根據這個碼率大小計算:

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    我們以H.264 200W攝像機(主子碼流按4+1M計算),常見的串聯型網絡中的帶寬計算和交換機選型:

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    星型的網絡結構如下:

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    2、怎么選擇核心交換機?

    大中型的監控網絡,通常會按照接入-匯聚-核心三層結構設計。核心交換機是整個網絡的數據轉發中心,承載著大量的數據流,所以必須保證核心交換機的各個端口轉發沒有瓶頸。

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    有些人對于核心交換機的選擇有一些誤區,比如有 200、500 個攝像頭,如果按照 500*5M=2500M 的方式計算,結果遠遠大于千兆端口的轉發速率,這種項目一定要用萬兆交換機嗎?
    也不一定,實際上,典型的大型監控網絡,流量不會集中于一個端口,一定會分布在多個端口,由多個千兆端口進行轉發。
    如下圖:

    08.jpg

    可以看出圖中每個端口均沒有超出 1000M,而全千兆交換機的任何兩個千兆端口之間就可以實現 1000M 的雙向傳輸,總的吞吐量(滿載)一般小于或等于交換機的背板帶寬。
    所以在選擇核心交換機的時候,根據IPC數量,建議如下:
    ①100~200臺,推薦千兆管理型交換機
    ②200~500臺,推薦三層管理型交換機
    目前二/三層管理型全千兆交換機,均適合作為監控網絡的核心交換,承擔大容量數據交換。組建各樣的網絡。
    對于大型或超大型(300~1000)的監控網絡,需要使用三層交換機劃分網段,建議使用三層交換機。下面給大家100、300、500個點位的組網方案。
    100臺IPC的組網方案
    100個左右點位,設計重點在無阻塞轉發核心。

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    300臺IPC的組網方案
    300個左右點位,設計重點多網段、流暢轉發。

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    500臺IPC的組網方案
    500個點位的規模,需要進行冗余設計,非常適合在政企等大型園區。

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    3、如何選擇PoE交換機?

    PoE是通過網線進行供電和數據傳輸的一種技術,只需要一條網線就可以接入一個PoE攝像機點位,不需要額外的電源布線。

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    在選擇PoE交換機的時候,有哪些需要考慮的地方?
    01單端口功率
    單端口功率是否可以滿足交換機下掛接的任意一款IPC的最高功率,也就是根據IPC的最大功率選擇交換機的規格。
    普通PoE IPC功率不會超過10W,所以交換機只需要支持802.3af即可。但部分高速球機的功率需求約20W,或者部分無線接入AP的功率會更高,那么則需要交換機支持802.3at。
    下面是兩種技術對應的輸出功率:

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    02整機最大供電功率
    確認整機最大供電功率滿足要求,設計時需要將所有IPC的功率都考慮在內。交換機的最大輸出供電功率需要大于所有IPC的功率之和。
    03供電類型
    使用八芯網線進行傳輸,不需要考慮。
    如果是四芯網線,則需要確認交換機是否支持A類供電。

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    選擇的時候,可以結合各類PoE的優勢和成本考慮進行選擇:

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    4、怎么選光纖交換機?


    在遠距離點位的監控中,經常會用到光纖收發器、光纖交換機。下面的例子里,就包含了比較全面的光纖交換網絡設備,如收發器、交換機、模塊等。

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    光交換機、光纖收發器、光模塊是可以相互搭配著使用的。在選擇的時候,要注意成對使用,務必保證 A-B 端匹配。
    A/B 端就是光纖傳輸的兩端,無論兩端選擇的是交換機、光模塊還是光纖收發器,兩端必須分別是 A、B 才能配對使用(在產品型號上有標明是A端或B端)。

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    A 端設備的工作波長是 1310nm(RX)、1550nm(TX),必須要搭配B 端光纖收發器(RX1550nm、TX1310nm)使用。
    最后,也同樣需要考慮端口速率、光纖類型、雙纖or單纖這些事項。

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