1000路大型监控系统该如何设计？
经常有朋友提到，大型监控项目该如何来设计？比如1000路监控该如何规划呢？本期我们主要从硬件配置的角度来探讨，如何实现1000路视频监控应用。
图1 1000路综合监控系统拓扑
1000路的视频监控系统已经算是中大型项目了，要实现1000路监控应用，主要解决四个问题：
1、用什么摄像机？
2、如何选择交换机？如何组网？
3、如何合理安排存储？
4、1000路监控如何显示？
下面我们来逐一分析。
一、用什么摄像机
1000路监控项目中，用到的摄像机一般不止一种，根据应用环境会选择不同形态和功能的摄像机。
图2 枪式摄像机
1、枪式摄像机：吊装、壁装均可，室外安装一般要加配防护罩。一般安装在通道内，厂房或者停车场等室外区域。主要应用于没有灯光或照度低的地下库、仓库、监控城市道路、小区室外环境等。
2、球型摄像机：实际上就是“一体化机芯（变焦镜头+摄像机）+护罩+云台+云台协议解码器”，一般使用在室外或者室内面积比较大、范围比较广的场合。
3、半球形摄像机：安装方式是吸顶安装。大多用于室内小范围的监控场合，没有灯光或者灯光较暗的半公共区、酒店走廊、医院、小区、电梯、室内大厅等场所。
4、红外一体机：一种具备红外夜视探头的监控摄像机，可以广泛应用于日夜及大范围监控环境，如：小区、超市、广场、银行、工厂、军营学校等场所。
实际项目中，可根据应用场景来选择合适的摄像机。另外，摄像机有不同分辨率，对应码率也不一样，在实际选型的时候也需要注意，具体参照表1。
表1 常见摄像机分辨率、码率关系对照参考表
二、如何选择交换机组网？
1000路的监控项目，其重点就是交换机的选择了，这里我们选用三层网络结构，网络结构为接入层‐汇聚层‐核心层。相对两层网络架构，三层架构网络组网规模更大，传输距离更远，网络可拓展性更强。拓扑图如下：
图3 1000路视频传输系统拓扑图
那么各层交换机如何选择呢？1000路的大型监控系统，如果交换机分配不合理，时常会出现卡顿或掉线，甚至造成系统瘫痪。所以合理的选择和分配接入层、汇聚层、核心层交换机至关重要。
1、如何选择接入层交换机？
接入层是前端采集设备与传输系统的接口，交换机需易于使用和安装，同时兼具安全性，确保入口数据的安全。当然在设计上，主张使用性价比高的设备。接入层交换机选型设计注意要点如下：
l 单个摄像机码流一般是按4Mbps计算，峰值是6-8M，选型的时候需要考虑到峰值。
l 传输带宽利用率在60%左右，100M的也就60M左右。
l 综上两点，一个百兆交换机一般可以带8路摄像机，8路以上摄像机需采用千兆上联交换机。
l 根据前端的布局方式集中或者分散，可能会采用8到24不同口数的交换机。根据安装环境的不同，还可能会用到工业级交换机。
2、汇聚层交换机的选择
汇聚层承上启下，压力较大。与接入层交换机比较，需要更高的性能，更多的接口和更高的交换速率。汇聚层交换机选型设计注意点：
交换机带宽：如果1000路摄像机，汇聚层有8台交换机的话，则每台需要同时处理125只摄像机的4M码流（125* 4M=500M），也就意味着汇聚层交换机需要支持同时转发500M以上的交换容量。考虑到前端交换机接入设备的不同，有百兆、千兆、电口或者光口，宜选择千兆光电混合的交换机。
背板带宽：每台汇聚层交换机至少会接入5台千兆交换机，为了保证带宽充足，则交换机背板带宽要求为：(5*1000M*2)/1000=10Gbps的背板带宽。
包转发率：一个1000M口交换机的包转发率为1.488Mpps/s，汇聚层的交换机交换速率为：5**1.488Mpps/s=7.44Mpps。
根据以上条件得出：当有1000路摄像机接入网络时，汇聚层需要满足背板带宽不少于10Gbps，包转发率大于7.44Mpps。
3、核心层交换机的选择
核心交换机主要承担数据转发和网络架构设置功能，对交换能力、网路管理功能、稳定性要求也更高。另外，因为存储设备是在核心层上，需要考虑交换机的交换容量以及到核心链路的带宽和高速转发能力。所以要满足以下条件：
带宽：1000路监控的带宽至少为1000*4Mbps=4000Mbps，核心交换机建议选择高带宽的千兆或万兆交换机，上联端口为万兆，才能使数据通畅。
背板带宽：核心交换机至少会有8个来自汇聚层的千兆接口、2个上联的万兆端口，以及4个可能接入其它的千兆端口，所以一共有12个千兆口与2个万兆口，为了保证带宽充足，则交换机背板带宽要求为：
（12*1000M*2+2*10000*2)/1000=64Gbps 的背板带宽。
包转发率：一个千兆口的包转发率为1.488Mpps/s，一个万兆口的包转发率为14.88Mpps/s，为了保证能够线速转发，则至少会有12个千兆口与2个万兆口，则核心交换机交换速率为：
12*1.488Mpps/s+2*14.88Mpps/s=47.56Mpps。
根据以上条件得出：当有1000路摄像机接入网络时，核心层交换机至少需要满足背板带宽不少于64Gbps，包转发率大于47.56Mpps。
除此之外，核心交换机还需要考虑系统的可扩展性、插槽数量、模块类型、模块冗余、路由冗余等，才能保证1000路监控的数据高速交换。优特普UTP7748GE-L3万兆上联IPV6堆叠核心交换机具备的以下特点比较符合系统的要求。
1) 4万兆上联，高速转发
UTP7748GE-L3提供48个千兆下行端口和2个万兆上行链路以及2个万兆堆叠端口，背板带宽高达352G，最多支持6台设备堆叠，堆叠系统交换容量最高可达2112Gbps。
2) 6KV防雷，冗余双电源，安全可靠
所有端口和电源支持6KV防雷防护，设备支持双AC冗余电源输入，保证设备的长时间不断电稳定工作。
3) 强大业务处理能力，IPV6/4双协议栈
完善的IPV6/4双协议栈、IGMP V2/V3组播协议，支持MLD Snooping、IGMP Snooping，满足多终端IPV6物联网设备和IPV4高清视频监控混合接入的交换需求。
三、1000路监控存储设计：IP-SAN
要解决1000路监控系统的存储，光靠NVR和硬盘是不行的，这里要用到IP SAN存储。IP SAN是SAN的一种，具备超大容量，可以接上百路视频，但价格比较贵，所以我们选择IP-SAN，也就是磁盘阵列+硬盘。
那么，当涉及到1000路全高清IP监控时，到底有多少数据需要存储呢？网络摄像机每秒可产生约4Mb的30FPS的视频流。每台NVR有42路实时视频流，1000路高清视频流全部传输到APT双控10Gb磁盘阵列的话，每秒则产生4Gb的惊人数据量。
一个码率为4M的摄像头一天的存储量为48G左右。那么1000个7天的存储量为：1000个摄像*48G*7=395136G=328T左右。
以4T硬盘计算，它在电脑上显示约3700GB，h.265编码格式，则可以使用96块硬盘，完全够用。这96块硬盘可以每4块硬盘组成一个RAID5，组成24个RAID组。我们采用16盘位的网络存储IP SAN磁盘阵列，6台可以解决。
大型公共监控系统，除了考虑存储容量，还要考虑其扩展性、易管理性，所以IP SAN是最为理想的方案。
四、1000路监控显示设计
1000路监控如何显示？大型监控项目一般都会选择监控显示墙。监控中心有管理平台，需要配置综合监控一体化平台，要求解码能力强，功能强大。上墙预览数量则看具体需求，不需要全部上完，可以做轮巡。
图7 1000路视频监控显示
1000路监控系统还有一个关键点，就是IP地址的分配与设置，在此不做详细阐述。
五、结语
总的来说，1000路视频监控系统的设计原则是：以系统稳定可靠、拓展性强为前提，要求监控画面不卡顿、图像不中断，安全不泄密。在规划和架构网络系统时，要综合摄像机码流、网络带宽、传输数据量、具体网络环境，以及用户对监控系统的具体要求等因素，合理规划设计，并选择合适的监控设备。