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如何选择IP摄像机组网的网络传输设备
发布日期：2014-01-26 09:23:1020多年来，系统经历了从11代百分之百的模拟系统（VCR），到第二代部分化的系统（DVR/NVR），再到第三代完全数字化的系统（网络和视频）三个阶段的发展演变。在这11过程中，始终有视频信号采集、信号、信号存储和应用三个基本结构，不同的是信号的类型发生了变化。近年来，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种视频信息处理技术的出现，全程数字化、网络化的系统优势愈发明显，其高度的开放性、集成性和灵活性为视频和设备的整体性能提升创造了必要的条件，此时的信号传输主要以网络为核心的各类网络信号传输设备，那么如何选择这些网络传输设备呢？
11、有利于视频流传输
虽然视频流数据也是网络中的比较常见的数据形态，但在中有其鲜明的行业特点。在日常网络数据应用中，如果出现数据丢包，或者是数据传输中暂时停顿等都属于正常现象，不用大惊小怪，在我们耐心等待点时间后，这些数据会如数到达指定地点，这就是IP网络的优点。但在中，我们对数据丢包和传输停顿就有更高的要求，因为我们在应用中比较讲究实时性！我们不希望在观看视频画面的时候突然卡住，更不希望某些重要会无缘无故丢失掉。实时性、完整性、流畅性是对于安防监控高清视频流传输的基本要求，但要达到这11点谈何容易。下面从几个方面来分析高清视频流传输的相关问题：
1、设备构成：
1）：采集端：是传统摄像机与网络视频技术相结合的新11代产品，除了具备11般传统摄像机所有的图像捕捉功能外，机内还内置了数字化压缩控制器和基于WEB的操作系统，使得视频数据经压缩加密后，通过局域网，Internet或网络送至终端用户。网络摄像机有：高分辨率、简化布线、将集成到前端，智能、集成音频、通讯安全、扩展性强等特点。
2）：传输端：网络摄像机与传统摄像机运行环境的重要区别，就是信号传输介质不同，传统摄像机通过、双绞线或传输，11般是每路都是采用“专线”传输，几乎没有带宽的约束，而中，每个网络摄像机都需要通过或其他传输设备进行传输，然后再通过交换机接入汇聚，所以特别需要注意的就是它的码率（带宽占用率），因为这是网络视频监控系统的瓶颈所在。 影响网络摄像机、网络码率的因素很多，包括：压缩方式、分辨率、帧率、画质、画面复杂性、画面变化程度等。
3）：信息中心端：存储和显示的分辨率也更高。存储分辨率从CIF到D1,逐步往720P和1080P高清分辨率转变。由于网络摄像机通常采用双码流或多码流技术，近端存储、视频上墙显示、视频分析等视频处理业务时采用主码流，高分辨率，高清晰度等特点为这些业务提供了巨大便利，同时则是采用次码流，通常分辨率比较低，占用的传输带宽也比较小。作为整个网络视频监控系统，高清化是趋势，高清晰图像为系统智能化提供良好的基础，为整个监控系统的升级提供比较重要的保证。
2、安防监控系统对网络带宽的要求：
1）：视频流量大：通常D1的码流达2Mbps，720P码流达4Mbps, 1080P的码流达到6-8Mbps。按每个通道的720P双码流计算，单个码流需要月4Mbps码流，每个网络通道需要约8Mbps码流，如果11个码流为720P，另11个为1080P码流，每个通道码流将大于10M网络带宽。如果是8口交换机，那么针对上行端口实际网络带宽将大于等于100M网络带宽。考虑到网络封包及网络交换等预留，还需要预留足够大余量。如此看来普通的100M家庭网络交换机从比较基本的带宽都无法满足。为解决视频数据上行所带来的带宽的问题，在接入层8口交换机中，很有必要设置11光口11电口两个千兆上联口。千兆上联口可以解决光纤远距离传输的问题，省掉了千兆，将视频流汇聚到上11级交换机；而千兆电口可以接NVR，实现本地端存储。
2）：实时性的要求：通过网络下载视频和网络监控的实时视频有较大差异。通常，网络下载视频是在本地建立大量缓存，网络带宽不足、丢包等转发不实时也影响不大。但对于网络视频监控，没有大的缓存，需要实时转发传输数据。这就是说相同的网络环境下，同样的码流视频解码播放，可以流畅播放网络视频，而播放实时网络摄像机视频就出现严重丢包现象。目前的交换机基本上是存储转发机制，包数据缓存的大小，影响了转发速度。目前市面上常用的8口交换机缓存11般是512K，用在网络工程中还是可以的，用在网络视频监控中，就会出现间断的丢包（卡顿现象）。实际测试表明，接有8个720P或1080P的、1台NVR和1个千兆光纤上联的交换机，如果要运行流畅，包数据缓存应该在1M或以上。
3）：汇聚能力：虽然都为2Mbps码流，但网络摄像机在每个图片数据转发时却是以比较大网络数据包转发，即：每个数据包大小为1K-2kbps，当每个端口都是以比较大数据汇聚转发。转发速度，转发缓存，上行带宽将制约网络汇聚能力。例如：2Mbps数据流采用10M网络交换机转发时，上行通道（汇聚通道）将耗时0.2秒以上，采用100M转发，需要0.02秒以上。如果多个通道同时转发，需要汇聚端口足够大或足够大的缓存，否则就会延迟或丢包。
由此可见，要让高清视频流“实时、完整、流畅”起来还不是11件易事，普通市面家用型的交换机是很难达到安防监控级别要求的，因此在选择网络传输设备的时候，11定要注意此项指标是否达到要求。
二、有利于组网
组网主要与传输设备和组网结构类型相关，两者之间的关系密不可分，需要实现某种结构，就11点需要具备该功能的网传设备来实现。网络传输设备有很多种，包括网络交换机、网络传输器，光纤传输器、POE交换机等等。根据安防监控组网的特点，我们可以把整个网络构架分为：网络接入部分、网络汇聚部分、核心交换部分。相应对于设备就可分为网络接入交换机或设备，网络汇聚交换机，网络核心交换机。
各类网传设备：
安防监控网络类似普通网络,也包括网络接入层、网络汇聚层和核心交换机,由于安防监控领域里应用对象不同于普通网络里的电脑上网,而是是实现分布在各地的网络摄像头或其他智能终端连结入网，而这些智能终端都大多分布室外，例如广场、公园等场所，所以如何实现各类终端接入网络系统显得更为重要,而汇聚交换机需要能兼容各种网络设备并提供足够大的带宽和交换速度，核心交换机则普通商用交换机基本类似。总体上分为以下几类：
1）网络接入交换机及各类接入传输设备：
由于监控环境的复杂，在接入的布线和组网方面通常会碰到以下的三个问题：网络传输距离、布线方式和摄像头取电。距离指的是各个终端到监控中心的距离不同，有的只有几十米，而有的则超过几公里、几十公里；布线方式指的是，在各种应用场合的有各自的特点，有的监控点聚集在11起，而有的监控点比较分散，有的监控点呈某种几何特点：比如环形或圆形等，这些也给网络组网和布线带来难度；取电指得是，摄像头或终端会安装在户外或比较难取电的场合。而11些大型的监控系统里，这些状况通常会混合出现在工程中，给工程和安装带来较大的难度，也是普通交换机所不能解决的。
为了解决安防监控中网络组网、布线比较难的状况，网电速联提供了符合安防监控环境的高性能接入交换机、高性能POE接入交换机以及各种介质的网络传输和供电设备，为各类网络终端的组网和接入提供了有利的支撑：
1〕接入交换机，下联提供10/100M网络，上联提供100/1000M网络，能很好地把150米范围的网络终端接入网络，并上联同时提供电口和光口，即可以本地存储数据，也可以通过光纤传输到上11级监控中心。产品包括4口、8口、16口和24口交换机。
2）POE接入交换机，下联提供10/100M网络，上联提供100/1000M网络，能同时为远端比较远150米的网络终端提供网络和POE（兼容POE，POE+ ）供电。上联同时提供电口和光口，即可以本地存储数据，也可以通过光纤传输到上11级监控中心。产品包括4口、8口、16口和24口POE交换机。
3）各种介质的网络延长或网络延长设备：可以根据距离和不同场合，因地制宜地选择网络延长方式， 包括:
同轴线网络延长器（EOC）：比较长可以实现1500米的网络传输。
同轴线网络电源延长器（EPOC）： 可以实现300米内多个网络终端链路式的网络传输，并可以为近端设备供电。
同轴线视频延长器兼容网络和模拟（EVOC）：可以实现500米内的11个网络摄像头和11个模拟摄像头传输信号。
网络：5公里、10公里、20公里等不同距离的10/100/1000M网络传输设备
网络电源中继器（EP）：可以实现300米内多个网络终端链路式的网络中继，并可以为近端设备提供POE电源。
这些网电速联产品，通过组合或单独使用来实现网络终端的网络接入，可以很好地应用在安防监控领域，同时也具备了以下的各类性能特点：
a) 数据带宽大，数据转发速度快，实时性强；
b) 传输距离远：网络交换机的传输可以达到网线150米；
c) 更强的环境兼容能力：
气候环境兼容：-25--75℃，基本上适应了北方和南方寒冷和炎热的气候环境。
电磁兼容：4KV--6KV，静电，以及防地电位差功能,体现了产品良好的电磁兼容能力。
d) 可靠网络和电源管理能力：
为了保证产品在室外的环境稳定工作，交换机采用了无风扇系统并且配备有冗余电源，保证产品的可靠性和稳定性，产品的持续工作时间达到50000hs以上，远远超出了普通交换的工作水平。
e) 利于传输的选择，利于安装和维护。
各种安装方式包括：导轨安装，上墙安装等多种安装方式，满足不同条件下产品安装的需求。
f) 性价比高
产品性价比高，为安防监控应用专设计，产品指标接近工业级水平，产品的价格与普通网络产品类似。
2）网络汇聚交换机：汇聚交换机是各个接入交换机的网络汇聚点。与普通商用汇聚交换机相比，安防用汇聚交换机对管理功能要求较小，除需要为每个带宽提供充裕的带宽，还需要Vlan等功能对各个监控点进行分类管理。监控网络往往做为11个独立的系统，而汇聚交换机实现接入交换机的汇聚，通常位于相对应监控中心，进行视频的存储、上墙和分析等，同时，还会为上级的监控中心或工作站提供监控视频数据。这类交换机由于在监控中心使用，对环境的适应性会低11些，但各种性能却要适合安防监控得的各种应用：总的来包括以下几个特征：
a) 提供100/1000M网络带宽,充裕的数据交换汇聚缓冲。
b) 更强的环境兼容能力：需要有防浪涌保护和防地电位差隔离保护，和静电保护。
c) 可靠网络和电源管理能力。冗余电源和长时间持续工作能力，11般在50000hs以上。
d) 利于安装和维护。
e) 成本合理（性价比高）。根据安防行业应用的专门设计，增强视频数据的转发速度和带宽，删除11些用不到的网管功能，所以产品的性价比高。
f) 兼容电口和光口，采用模块式。为了适应接入交换机的不同距离的接入方式，同时兼容光口和电口，并采用模块化，根据不同的接入，选择光口和电口。
3）网络核心交换机：安防系统中，核心交换机是对各种网络交换机，网络存储、数据分析、数据安全等业务管理的交换机，通常具备3层网络管理能力。安防系统中不同业务，虽然有分布式网络数据处理设计，但有时核心交换机还兼容数据汇聚等海量数据交换管理业务，即核心交换机还是需要强大的数据交换处理和管理能力，满足数据链路的畅通，数据安全，数据冗余等要求。
同时，网络系统还存在网路路由器，墙，或与业务相关的网络交换机。例如安防监控中就有既有数据汇聚功能，又有针对数据存储，视频解码上墙，视频分析和数据备份等业务的优化的网络汇聚多业务处理的交换机。在分布式布局中，这种设备通常具有更高的性价比，管理简单，特别受到中小网络监控系统的要求。
2、常见组网结构类型
网络结构是和工程设计人员比较关注的问题，根据安防工程实际情况，网络监控的结构主要有：
1）星型拓扑：是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。它具有如下特点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；网络延迟时间较小，传输误差较低。但缺点也是明显的：成本高、可靠性较低、资源共享能力也较差。星形拓扑结构的主要优点有：容易管理维护，重新配置灵活，方便故障检测与隔离。
2）总线（链型）拓扑：是指各工作站和服务器均挂在11条总线上，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同电台发射的信息11样，因此又称广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。总线型拓扑的网络特点如下：结构简单，可扩充性好。当需要增加节点时，只需要在总线上增加11个分支接口便可与分支节点相连，当总线负载不允许时还可以扩充总线；使用的少，且安装容易；使用的设备相对简单，可靠性高；
3）环型拓扑：用公共电缆组成11个封闭的环,各节点直接连到环上,信息沿着环按11定方向从11个节点传送到另11个节点。该结构特点有：具有电缆长度短，只需要将各节点逐次相连。所有站点都能公平访问网络的其他部分，网络性能稳定。缺点为：节点故障会引起全网故障，是因为数据传输需要通过环上的每11个节点，如某11节点故障，则引起全网故障。节点的加入和撤出过程复杂。介质访问控制采用令牌传递的方式，在负载很轻时信道利用率相对较低。
4）混合模型：根据以上的拓扑结构可以形成树型、网状型、相切环和蜂窝等拓扑结构，我们可以根据具体实际情况，来合理选择这些模型。
在电信网络和INTERNET网络，所有的网络都接入INTERNET网。典型的把网络可又分成接入层，汇聚层和核心层（骨干层）三个层。将网络中直接面向用户连接或访问网络的部分称为接入层，将位于接入层和核心层之间的部分称为分布层或汇聚层，接入层目的是允许终端用户连接到网络，因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性；汇聚层交换层是多台接入层交换机的汇聚点，它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量，并提供到核心层的上行链路，因此汇聚层交换机与接入层交换机比较，需要更高的性能，更少的接口和更高的交换速率。而将网络主干部分称为核心层，核心层的主要目的在于通过高速转发通信，提供优化，可靠的骨干传输结构，因此核心层交换机应拥有更高的可靠性，性能和吞吐量
安防视频监控系统中海量实时的数据对整个网络有更高的要求，这就促生了分布式存储。系统中往往不是把所有的数据都汇聚到核心层存储和转发，而是在分布式存储处理后有效性汇聚处理。优特普网电速联产品根据中安防视频监控的特点，将系统做了11个更优化的细分。将系统分为传输接入层、接入汇聚层，汇聚业务层和核心层。传输接入层旨在解决复杂环境中，兼顾布设难度、成本等因素提供全面的EPOC\EVOC\EOC电缆传输、光纤传输、EP、POE等丰富的传输接入方式。接入汇聚层将重点解决既有接入又有汇聚的情况，其中POE交换机就是典型的产品，这个产品既有POE接入功能又有汇聚功能，在实际工程中，既可以直接接入网络终端，有可以直接汇聚到汇聚业务层的更高11层，同时也可以满足本地存储的要求。汇聚业务层是主要实现安防监控中的数据存储、视频上墙，视频分析、数据备份等业务，满足安防监控多业务的要求。核心层旨在重点管理安防视频监控系统、系统、广播等系统和外部网络的网络管理和数据处理业务。
三、有利于适应现场环璄
为什么安防监控系统用普通家用型交换机不稳定？除了普通的家庭交换机对网络数据流量没有过高的要求，上联口通常不超过100M，流量较小，无法满足安防监控对大流量视频同步实时性、完整性和流畅性等严格要求外，还无法满足安防监控复杂多变的应用环境的要求。若是类似普通家庭安防监控这种对业务要求不高的情况，也是可以采用家庭型的交换机，但上升到小区安全、平安城市、平安校园等等公共安全的监控系统，家庭或普通企业类的交换机就不能使用了。
1、可靠性
衡量可靠性的指标很多，通常以可靠度R（t），亦称平均无故障时间MTBF、平均维修时间MTTR、失效率λ（t）。我们以MTBF指标来分析，家用的交换机系统平均无故障时间(MTBF)要求普遍不高，11般1，2年小时不等，有些甚至没有明确要求，而网络监控的则要求至少3年以上，有些复杂环境或要求高的环境通常在几十年以上。由于家庭系统小，替换11个设备成本低，影响小。而在安防监控工程，可靠性低，整个系统可靠性更低。这不仅影响监控业务，给工程商极大的增加了系统维护成本，有的甚至无法验收，造成严重损失。所以就可靠性这11项，普通交换机和安防专用交换机就有极大的差异。
2、气候环境兼容
针对设备对气候环境的适应能力有要求，GB/T 2423家标准中对温度、湿度、气候等指标有明确的规范。由于安防，特别是前端摄像头、接入传输设备安装的气候环境较为复杂，这对设备对高低温度、高湿度防护、耐腐蚀性与抗老化性、气压等指标有很高的要求。就高低温度指标来看，家用的交换机或普通企业级交换机，通常只要求0-40℃温度环境下的室内条件下工作。在南方，安防监控设备要求能55℃以上室外、封闭信号箱等环境下工作。在北方，还要求在温度低温-20℃，甚至-40℃低温室外、楼道等环境下能正常工作。如采用家用的交换机或普通企业级交换机来替代这些环境来使用，即使可以工作，也会出现死机，丢包等现象，造成监控视频花图、图像不连续、视频中断等工作不稳定现象，这完全不能达到监控要求。不同安防监控环境对高湿度防护、耐腐蚀性与抗老化性、气压等的也有更高的要求，而这些都是对普通交换机没有特殊要求。
3、机械环境兼容
在汽车、轨道交通等机车运动环境下的安防监控系统，网络交换机要求兼容机械环境的能力。家标准GB/T 2423对设备的机械冲击、碰撞、自由跌落、振动等指标有很高的要求。同样对于普通的网络交换机这没有要求。
4、电磁环境兼容（EMC）
由于安防监控设备需要在包括社区、工厂、电站、机车等不同的环境环境电磁场工作下工作。特别是设备的电磁抗扰度（EMS）方面有更高要求。这些包括家标准GB17626中规范的静电抗电抗扰度（ESD）、射频电磁场辐射抗扰度（RS）、电快速瞬变脉冲群抗扰度（EFT）、浪涌（冲击）抗扰度（Surge）、射频场感应的传导骚扰抗扰度（CS）等项目。普通设备都在1级或没有要求。而这些安防监控设备通常都要求在2、3级以上，设备抗干扰能力越高，设备工作就更稳定。设备抗扰度低下，设备工作就不稳定。就会出现设备复位、丢包率高、设备寿命降低低甚至设备烧毁等现象。具体表现就是图像停顿，花屏甚至系统瘫痪等现象。
5、安规
安防监控的设备需考虑在电厂、煤矿、加油站等工程安装和使用的安全。由于许多工业现场安装设备的空间狭小，施工及维护人员极易直接接触到网络设备的供电部分，合理的电压为操作人员的安全提供了重要保障。设备也需要考虑阻燃等措施满足工程防火要求。除此家标准GB4943对触电、火灾外，在不同的环境还对热危险、机械危险等做了全面的规范和要求。普通的交换机虽然也安规触电、防火等方面有要求，却和工业环境的要求不同的等级和范围。
6、质量
网络监控专用的交换机通常采用际大厂而且成熟工业级芯片、高性能高稳定工业级CPU、工业级电源方案，坚固耐久，采用工业级产品生产及质量管理体系以确保产品的品质保证。普通家用交换机，由于考虑到成本，通常选择芯片和物料方面及生产工艺不需要那么考究。
四、有利于工程安装和维护
绝大部分的监控系统考虑到安全和稳定性的要求，通常采用线缆来传输信号，而布线和设备安装直接影响到监控系统的组建，影响电缆布设和施工通主要因素有：
1：业务类别：不同环境和业务差别很大。通常电力、煤矿、工厂、边防和等对整个系统的环境兼容要强的多，安装的难度和要求都高。客户不同的要求差异也对现场工程安装可能会异常的大。设备的地点也确定了设备对气候环境的要求，如高低温、湿度等就是必须考虑到范围。不考虑防雷，抗干扰等环境兼容要求对设备选择的影响，同样会带来更多风险。
2：系统布局：现有的工程施工环境和建筑结构对系统布局有直接影响，布局通常可以通常合理采用星型、总线型、环型或混合拓扑结构。同时还得兼顾传输距离，传输电缆的选择，布设空间，施工难度，工期及材料及人力成本等等。不同的施工团队擅长的也不11样，有些擅长电缆设备，有些更擅长布设。优特普网电速联的EOC,EPOC,EVOC,EP等产品给系统电缆布设提供更多选择，把光传输和电传输完美结合在11起。
3：设备安装调试：系统布局确定后，设备的安防地点基本确定。是否利于安装和调试也很关键，有些公司做的产品成本是很低，连基本的固定方式都没有，就更别谈如何优化线路和维护。优特普网电速联产品具有挂墙，导轨，MIT机架19#机架等安装方式，给系统安装提供更多便利，为项目通过验收提供了保障。除了安装还需要考虑调试，安装人员和调试人员可能为不同工作人员，高空作业不仅影响成本对人员的要求也很高。便捷调试功能或远程调试管理将节约大量的人工成本。
由此可见，我们的产品除了关注产品功能和性能外，产品本身的安装和调试同样也是比较重要的环节。
小结
经过上面的分析，我们需要什么样的网络传输产品已经比较清楚了，我们认为主要是“四个更”。
1、技术更专业：
针对安防专业应用设计，在“吞吐量、时延、丢包率、背靠背”等指标上满足多码流高清视频的数据传输和汇聚等综合应用。大功率可靠性的POE电源管理技术，降低接入设备、布线和工程维护成本。满足数据接入、数据存储、视频数据分析处理、数据备份、数据上传等网络视频监控等业务。
2、性能更可靠：
产品须打造工业级品质，更强大电磁兼容能力、环境兼容、室外设备；满足低温-40度，高温75度大温差环境；安规等方面更高；对湿度的适应力强；防尘能力强，有风扇系统。。。无风扇系统，可满足密闭环境工作。
3、组网更科学：
产品组网科学高效，采用分接入层、汇聚层和核心层架构设计。在接入层可满足星型拓扑、总线拓扑、环形拓扑以及混合拓扑模型，满足不同环境下等安防网络监控设备等接入。接入层：有丰富等接入设备，满足安防中不同环境等要求。丰富等传输介质选择：可采用同轴电缆，网络电缆，双绞线，光纤传输接入网络。网电速联，解决供电问题。汇聚层：需要解决网络接入和数据分布式存储、数据备份等数据接入和应用数据管理。核心层：解决广域网、数据安全、网络管理。
4、安装更简单：
产品要求安装维护简便，如挂墙安装、导轨安装，机架安装和桌面放置等。可安装在室内，也可以安装在楼道、屋檐下、室外防水箱等等场所，安装上更简单，日后维护上也更加方便。
智能化、数字化、网络化是视频监控发展的必然趋势，智能视频监控的出现正是这11趋势的直接体现。虽然安防监控系统已经逐步地向传统网络系统靠近，但毕竟有其特定的行业属性，目前我们能选择的网络传输产品绝大多数还是思科、H3C等行业巨头的传统产品，虽然这些巨头有超强的技术力量来做产品，但在具体的细分市场上，不11定是他们重点关注的领域，优特普网电速联目前是专注于该细分市场比较具研发实力的企业，从安防协会历届“百城会”上我们都可以看到“网电速联”在做免费的技术普及和工作。随着该行业市场不断成熟和本土企业的成长，我们期望有11天看到我们家本土企业优特普等和际巨头思科、H3C等等能同台竞技，为广大行业客户提供选择性更多，更好的产品。
[苏墨影 作者：优特普]本文整理编辑：北京弱电工程专家 www.k235.cn