高清视频监控系统的网络构建

高清视频监控系统的网络构建深圳波粒科技股份有限公司解决方案中心高清网络视频监控的三个组成结构IPC网络摄像机平台/NVR数据流系统综合应用监控网络视频采集简单的理解网络视频监控的结构划分IPC网络摄像机平台/NVR数据流数据传输数据传输的意义前、后端设备的连接监控数据信息的承载监控网络将监控网络的作用理解为：数据传输过程应该包括：1.前后端数据通信连接的建立，管理和维护等；2.网络赋予连接用于数据传输的性能。通俗的说，网络视频监控系统中设备的连接，就是用物理介质（铜缆、光纤、无线）将设备进行连接在一起，并使其正常工作。连接：传输介质物理的电气特征正常工作：1.设备（系统）之间的通讯协议（例如讲两种不同语言的人进行交流）2.设备（系统）之间建立连接的可靠性和扩展性3.对连接的管理和控制能力监控网络部署和管理策略设备连接传输介质常见的传输介质有：双绞线、光缆、无线电/微波传输介质成本传输距离传输速率抗噪性可扩展性施工难易优点总结缺点总结双绞线低100m高STP较好UTP一般好易价格便宜，使用广泛，技术成熟，安装简单易受电磁干扰和窃听，传输距离短光缆高70km高优好难传输速率高，传输距离远，不易受电磁干扰，保密性强，使用范围正在逐步扩大成本较高，安装较难无线电/微波高可达数百公里较高差好较易几乎不受传输距离的限制，适合于复杂地形衰减大，造价较高，保密性差，抗干扰能力差，有时需要申请使用频段以太网标准中的线缆规范以太网标准传输介质拓扑接口最大传输距离（m）速率（Mb/s）10Base-T2对三类或以上UTP星形RJ-4510010100Base-TX2对五类UTP或以上星形RJ-451001001000Base-T4对五类UTP或以上星形RJ-4510010001000Base-LX光缆星形SC①500010001000Base-SX多模光缆星形SC①5501000视频监控网络的结构选择1.首先选择一个结构明晰，简洁高效，扩展性强的结构体系，用于网络视频监控。总线型星型网状采用光分器、光纤跳线等设备将各节点处得分支信号接入到主干的光缆主干中，适用于园区、道路、楼宇等中的监控系统选用。环型较常见的监控系统网络建构，特点是点位部署灵活，可配合总线型构成树形结构。环形的监控网络在大规模监控部署组网项目中涉及，例如采用光环网设备构成的主干网络能够实现核心层设备之间的负载均衡。网状系统建构能够为监控网络提供数据传输的冗余（备份）链路防止数据归宿宕机造成整个系统瘫痪，同时网状结构也能实现负载均衡。注：网状结构需要回避网络数据环路。视频监控网络的层次性划分接入层汇聚层核心层中心-平台应用业务链路的汇聚及流量收敛接入或控制参考园区网经典层次划分方式，可应用划分为：接入层-汇聚层-核心层，以此定义各层网络结构和设备选型。防止设备混接，杜绝环形回路，明确结构与级联层次。提高网络在设计、实施、维护以及后期升级的高可操作性和冗余度。三层模型划分可以项目实际需求或项目规模大小进行相应调整，但是需要注意的是级联的次数不要超过三次。各层主要应用设备为交换机。接入层和汇聚层的作用接入层：常用于连接高清网络摄像机或其他前端采集设备，提高前端设备连接整个监控网络的灵活性，同时与汇聚层级联，提高了前端摄像机安装时的部署范围，延伸了整个系统（例如楼宇综合布线里的水平子系统），接入层交换机的特点是成本低，端口密度高，提供高的可接入性，以10/100BASE-T网口为摄像机提供接入，部分设备还支持为前端设备提供POE供电功能。汇聚层：当监控网络很大时，接入层的视频流数据对转发设备的资源占用很大，不可能使用核心层负载所有的流量，这时的汇聚层就可以实现各网络子树流量的分流作用。汇聚层是用来连接接入层和核心层的,可以为核心层分担一些数据的处理，同时又可以为接入层提供更多的连接需求！汇聚层交换机的特点是为接入层提供数据的汇聚\传输\管理\分发处理.同时也可以控制、过滤和限制接入层对核心层的访问,保证核心层的安全和稳定。设备具有较高的转发速率以及背板带宽，支持基于PORT/MAC/IP的绑定、支持VLAN、TRUCK、流控、QoS、端口聚合、路由等功能。核心层的作用核心层：核心层交换机是整个监控网络数据交换转发的中心，连接网络视频监控所有后端应用的平台主机，如存储、显示设备，因此它具备的冗余能力、可靠性和传输速度方面要求较高，同时具备强大的管理功能。注：现在一些大规模视频监控系统的网络采用分级扁片化，利用汇聚层设备构成区域子系统，将数据流分流隔离，减轻了核心层交换机更多的负载，所以在很多监控网络中，核心层更多的作用是：后端业务平台的连接管理，三层数据包的寻址转发，网络性能的监测，各级之间的数据交换等功能。交换机选型端口速率：10M/100M/1000Mbps端口速率背板带宽：背板带宽=端口数*端口速率*2(全双工)包转发率：端口类型：光口、电口、PoE、SFP、模块接口管理功能1.基本参数：（主要选型依据）功能性（拓展参数）三层数据交换能力VLAN,TRUNK，LACP,端口绑定，端口镜像，流量控制,QoS，组播，访问控制列表，堆叠，环网协议…模块化参考案例大路数监控系统的组网解决方案实例，见下图IP地址规则1.波粒百万高清设备的IP地址可以根据使用要求进行设置。2.局域网监控可以为IP摄像机、解码盒、NVR设置私有IP地址。3.广域网监控可以为IP摄像机、解码盒、NVR设置公网IP地址，视频数据包可以通过广域网完成寻址和转发，完成和后端系统的数据通讯。4.通过DDNS服务，可以将IP地址转换为域名，解决租赁公有IP地址费用高昂的难题。5.通过VPN专网也可以实现公网NAT穿越的视频数据传输。6.不同网段的主机之间进行通讯需要使用三层设备转发数据包。IP网络号------表示一条链路IP地址---------标识一个节点（主机）局域网的监控交换机NVR1.通常为高清网络监控系统架构一个监控专网。2.网络内设备（主机）均使用私有IP地址，3.摄像机和后端主机通过交换机完成数据的转发和通讯。4.不同网段内的设备（主机），跨网段访问需要使用三层交换机或路由器。5.通过VLAN技术隔离广播域，屏蔽广播帧对网络带宽资源的浪费，提高网络的可管理性和安全性。6.通过端口技术，MAC绑定，镜像技术，提高用户对网络管理的便捷高效。广域网的监控在涉及到穿越广域网的高清网络监控系统中，常用解决办法有：1.通过运营商租赁一个公网的IP地址，将此地址运用于IPC或者NVR，通过在网关上配置相应的路由协议，便可实现视频流穿越公网到达目的主机。2.若用户建有VPN专网，整个网络即便可穿越公网，监控设备可参照局域网配置广域网的监控（2）其他的解决视频流NAT穿越的方法：1.固定公网IP+DHCP服务器2.域名解析服务器+域名/IP+端口映射数据承载性能数据流转发机制监控系统承载网络前端摄像机视频预览数据流后端业务/应用（预览、回放、控制、管理、远程）控制数据流存储数据流主控系统分控子系统分控子系统应用层/表示层/会话层网络链路层视频监控层用户界面：对前端NVR图像的预览和回放NVRNVRNVRNVRNVRNVR中控平台主机汇聚层请求指令应答和握手转发请求的数据流核心层（千兆光纤链路）：处理后端综合业务应用的高速数据交换中心与各个子系统的数据传递参数介绍1.带宽：指在一个固定的时间内（1秒），能通过的最大位数据。2.背板带宽：背板带宽=端口数*端口速率*2(全双工)3.包转发率：包转发率是指交换机每秒可以转发多少百万个数据包（Mpps），即交换机能同时转发的数据包的数量。4.延时：一个信号在它的发送和它的最后接受之间存在一个延迟。*视频数据封装流程：视频数据→数据段→数据包→数据帧→数据流（位）影响视频监控流畅度的因素网络延迟，为主要的因素，通常来说网络延迟越低，视频的流畅度也越高。网络带宽，为主要的因素，通常来说带宽越高，视频的流畅度也越高。设备包转发率，通常包转发率越高，转发性能越好，网络设备处理视频流的转发能力也越快，画面流畅度和清晰度也更高。网络承载性能和图像质量帧率（F/s）码流（Mb/s）视频数据对存储、网络传输的开销占用更大帧率：帧率即画面的流畅性，码率与帧率成正比关系。完全流畅的画面为25帧/秒。我们可以通过调低帧率来降低码率。画质（压缩比）：摄像机的画质（压缩比）都是可调的，画质越好码率就越高。画面复杂性：码率与画面复杂性成正比关系，比如镜头对着一面白墙，码率就很低，而对着一片色彩丰富的场景，码率就会马上变高，相差往往有几倍。画面动态变化程度：码率与画面变化程度成正比关系，比如镜头对着静止的物体，码率就很低，而对着一片活动的人群，码率就会马上变高，最多相差可达十倍。网络故障对图像产生的延迟有：1.图像滞后2.图像卡顿3.图像马赛克注意：需要根据实际链路承载性能：包括视频信号的码流；后端的复合应用；数据流的弹性，突发性；链路规划的冗余度，后期的扩容等；同时，在实际应用中还应考虑25%的网络余量，用于传输网络上的其他数据如音频、数据包中会话、握手协议的大小、包头开销等；选择相应性能的数据传输交换设备和网络设计方案。分析：接入层交换机连接了10台720P波粒百万高清摄像机，每台摄像机的码流最大值定义为4Mbps，则该接入层交换机上行端口的带宽占用量不低于多少？？计算得出的总码流为：10*4Mbps*1.25=50Mbps分布式和扁平化大路数的高清视频监控系统，核心节点的网络带宽压力不容小视，出于统一监控的目的，往往存储流集中汇聚于核心交换机的转发端口，存储设备的网卡等关键位置，造成该处成为拥塞的热点，整个系统出现传输瓶颈，从而影响整个系统的正常运行。随着监控管理平台的功能逐渐强大，使得C/S和B/S架构，子系统多级管理，分布式数据存储和接入等系统组网方式，能够更好的分担中心热点的数据转发，实现了负载的均衡，提高了整个系统的稳定性和灵活性。分布式和扁平化，将大路数的监控体系进行系统划分，以区域、单位、接入点等位一个个子系统，完成独立的视频流的接入、存储、解码显示，同时管理系统通过权限服务机制，统一对系统进行管理，回避了接入、存储、解码显示的巨额负载。线路•网线材质（通常情况下使用国标纯铜的网线较好）•布线质量（网线的含铜量低，绞线的扭数小，线路中间有折断、网线排序错误、水晶接头未卡紧等）•影响------摄像机搜索不到IP地址，图像出现卡顿，马赛克，画面分辨率低，图像模糊等，摄像机经常掉线。•一般建议通过逐级判断，设备替换，排除故障所在。全网架构的可拓展性增加IPC数量高像素摄像机子系统或中心增加远程客户端广播、周界报警、门禁接入公安、教育网络基于网络的架构方式：分层、开放模块化。网络结构中设备的冗余接口/提升网络设备的性能/全网IP化/基于网络的寻址数据和转发/流媒体服务器安防系统网络数字化接入网关、授权认证THANKS!