Планирование пропускной способности и сетевой мощности IP-камер PoE

Для проекта видеонаблюдения с поддержкой PoE требуется более чем достаточное количество портов для камер. Каждая камера обеспечивает непрерывный видеопоток, в то время как коммутаторы, каналы связи, системы записи, клиенты просмотра и обычный бизнес-трафик используют одну и ту же сеть. Если проектирование основано только на количестве портов, система может казаться завершенной, но при этом страдать от перегрузки, задержек в режиме реального времени, потери пакетов или сложностей с устранением неполадок.

В данном руководстве представлен практический метод планирования пропускной способности и сетевой емкости IP-камер с поддержкой PoE. В нем используется подтвержденная информация со страниц продуктов и решений SWGJVISION, но неподтвержденная скорость передачи данных не рассматривается как техническая спецификация продукта. Числовые значения в формулах и примере расчета четко обозначены как предположения для планирования. Для составления коммерческого предложения или развертывания используйте скорость передачи данных, частоту кадров, профиль потока, настройки звука и фактический режим работы, указанные в текущем техническом описании выбранной камеры.

Быстрый ответ

Оцените суммарную нагрузку на камеры, сложив ожидаемую скорость передачи данных каждого активного потока, переведите полученное значение в общую единицу измерения, а затем зарезервируйте запас для накладных расходов протокола, пакетной передачи данных, просмотра, записи, технического обслуживания и обычного рабочего трафика. Проверьте этот результат отдельно для каждого порта коммутатора доступа, объединительной платы коммутатора, канала связи, интерфейса регистратора и интерфейса сервера VMS. Полезное выражение для планирования:

Required capacity = (sum of active stream bitrates × overhead factor × growth factor) + shared network traffic

Это метод планирования, а не гарантия производительности SWGJ. PoE решает проблему передачи питания и данных по кабелям; он не делает автоматически каждый восходящий канал достаточно широким. На странице SWGJ, посвященной IP-камерам с поддержкой PoE, подтверждается, что их камеры передают питание и данные по одному кабелю Ethernet, указываются соответствия стандарту IEEE 802.3af/at и заявлена ​​работа на расстоянии до 100 метров от коммутатора. Эти факты помогают определить физическую схему, в то время как фактический расчет пропускной способности должен производиться на основе выбранной конфигурации.

Что подтверждают страницы продукции SWGJ

Перед расчетом выясните, что именно описывает поставщик. SWGJ Страница IP-камеры с поддержкой PoE В описании указаны следующие характеристики: питание и передача данных по одному кабелю, мониторинг HD, опции 4K, ночное видение, обнаружение движения, сжатие H.265, влагозащищенная конструкция и удаленный просмотр в реальном времени. Также указано, что модели с поддержкой PoE могут работать на расстоянии до 100 метров от коммутатора и соответствуют стандартам IEEE 802.3af/at. Эти сведения полезны для планирования, но «4K» — это обозначение разрешения изображения, а не фиксированная скорость передачи данных.

Более широкий Диапазон IP-камер Устройство поддерживает доступ по Ethernet и Wi-Fi, удалённый просмотр, интеграцию с сетевым видеорегистратором (NVR), локальную или облачную запись, а также совместимость с ONVIF. Для проводного подключения PoE используйте конкретную модель Ethernet и её настройки потока, а не применяйте одно усреднённое значение ко всем камерам. Различные разрешения, движение сцены, настройки сжатия, частота кадров и параметры звука могут приводить к различным схемам передачи данных.

SWGJ Решение для IP-сетевых камер Системы видеонаблюдения PoE предназначены для коммерческих, промышленных и жилых проектов, включая заводы, склады, офисы, школы, магазины, парковки и объекты общественной инфраструктуры. Страница заявок В списке представлены нефтяные скважины, причалы, судоходство, химическая промышленность, крупные стадионы, строительные площадки, склады и автостоянки. Сложность сцен в этих сценариях может различаться, но ни на одной из страниц не указан универсальный битрейт.

SWGJ описывает Встроенный сетевой видеорегистратор Продукция поддерживает многоканальную запись, сжатие H.265, удаленный доступ и интеграцию с IP-камерами. Страница системы управления видео Описывает просмотр, запись, воспроизведение в реальном времени и управление устройствами. Включает выбранное записывающее устройство или хост VMS в качестве сетевой конечной точки, не рассматривая количество каналов как гарантию пропускной способности.

Создайте реестр пропускной способности камер.

Надежный план использования полосы пропускания начинается с инвентаризации, которая связывает каждый видеопоток с физической сетью, по которой он передается. Это упрощает отделение подтвержденных настроек устройств от предварительных проектных предположений и позволяет определить наиболее загруженный коммутатор, канал связи, интерфейс записи или хост VMS до начала закупок. Инвентаризация должна оставаться частью проектной документации и обновляться при изменении профилей камер или требований к просмотру.

Запишите настройки, которые изменяют трафик.

Создайте отдельную строку для каждой камеры или профиля камеры. Запишите разрешение, частоту кадров, кодек, целевой или максимальный битрейт, интервал ключевых кадров (если применимо), состояние звука, состояние подпотока, а также режим непрерывной записи или просмотра только по запросу. Также укажите физический коммутатор, порт коммутатора, путь восходящей связи, конечную точку записи и ожидаемое количество одновременных пользователей. Эта инвентаризация предотвратит скрытие камеры высокого разрешения внутри усредненного изображения низкого разрешения.

Используйте заданный камерой битрейт всякий раз, когда устройство его поддерживает. Если камера использует переменный битрейт, запишите как ожидаемое среднее значение, так и максимальное или наблюдаемое пиковое значение. Для сцен с движущимися транспортными средствами, толпами людей, листвой, дождем или изменяющимся освещением пиковое значение особенно важно. Если надежное значение пока недоступно, отметьте это число как предположение и замените его при вводе в эксплуатацию контролируемым наблюдением.

Разделение на основные потоки, подпотоки и копии.

Основной поток, используемый для записи, не обязательно является единственным трафиком, генерируемым камерой. Подпоток с более низким разрешением может использоваться для отображения на экране браузера или предварительного просмотра на мобильном устройстве, в то время как основной поток может быть запрошен для исследования. Таким образом, один и тот же источник может создавать более одного потока одновременно. Подсчитывайте каждый одновременный поток в точке его пересечения с соответствующим восходящим каналом.

Избегайте повторного подсчета одного и того же трафика. Поток от камеры к коммутатору доступа потребляет пропускную способность порта камеры и внутреннюю пропускную способность коммутатора. Когда он покидает коммутатор и направляется к регистратору, он потребляет восходящий канал. На канале, обращенном к регистратору, подсчитайте все поступающие потоки, а также любой исходящий трафик просмотра в реальном времени или воспроизведения, использующий тот же интерфейс. Нарисуйте стрелки для каждого направления трафика, чтобы наиболее загруженный канал был виден до заказа оборудования.

Рассматривайте энергопотребление и пропускную способность как отдельные бюджеты.

Планирование PoE имеет два независимых ограничения: пропускная способность и электрическая мощность. Страница SWGJ подтверждает возможность подключения одним кабелем и соответствие стандарту 802.3af/at, но порт может быть способен передавать данные, даже если общий бюджет PoE коммутатора недостаточен для всех подключенных устройств. Проверьте требуемый класс или мощность камеры на соответствие бюджету коммутатора, включая поведение при запуске и в режиме ночного освещения, где это применимо. Эта статья посвящена пропускной способности; проверку мощности следует документировать вместе с ней, а не заменять ею.

Метод планирования: Расчет совокупной нагрузки

После завершения инвентаризации камер преобразуйте указанные значения потоков в единую единицу измерения и рассчитайте нагрузку в каждой точке общего доступа к сети. Цель состоит не в создании универсального показателя битрейта, а в том, чтобы сделать предположения проекта наглядными, воспроизводимыми и легко заменяемыми измеренными значениями во время ввода в эксплуатацию. До окончательной проверки пропускной способности разделяйте трафик с камер, трафик просмотра и обычный общий трафик.

Переведите все значения в одну и ту же единицу измерения.

Скорость передачи данных обычно указывается в Мбит/с, тогда как пропускная способность интерфейса может быть указана в Гбит/с. Перед сложением выполните преобразование. Для простого метода планирования суммируйте скорости активных потоков:

Camera load (Mbps) = stream 1 + stream 2 + ... + stream n

Затем примените надбавки:

Designed load = camera load × (1 + protocol allowance) × (1 + growth allowance)

Допустимые отклонения являются инженерными решениями, а не спецификациями SWGJ. Проектная группа может выбрать другие значения после анализа перехваченных пакетов, целевых показателей уровня обслуживания, а также поведения коммутаторов и программного обеспечения для записи. Необходимо четко указывать допущения в проектной документации, чтобы другой инженер мог воспроизвести результат.

Пример планирования работ

Ниже приведён примерный метод планирования, а не утверждение о битрейте камер SWGJ. Предположим, что на небольшом складе установлено 12 PoE-камер. Десяти камерам назначается планируемый битрейт 4 Мбит/с, а двум камерам — 8 Мбит/с, поскольку ожидается, что сцены на них будут более детализированными. Предположим, что на каждую камеру приходится один основной поток, 15% запаса на вариации протокола и трафика и 25% запаса на будущее расширение и оперативные всплески.

Полученное значение 80,5 Мбит/с — это расчетная скорость для потоков данных с камер в данном примере. Это не номинальная мощность продукта, и ее не следует копировать в спецификацию без проверки реальных профилей камер. Если два оператора одновременно запрашивают дополнительные потоки или если воспроизведение происходит через один и тот же восходящий канал, добавьте эти потоки к расчету, а не используйте резервные ресурсы без необходимости.

Вторая полезная проверка — это преобразование в пропускную способность на стороне хранилища. Разделите Мбит/с на восемь, чтобы оценить МБ/с для приблизительного планирования: 80,5 Мбит/с ÷ 8 — это примерно 10,1 МБ/с. Это преобразование является лишь методом планирования пропускной способности в байтовую скорость; срок хранения записи также зависит от движения, расписания, поведения кодека, накладных расходов контейнера и реализации регистратора. Не следует делать выводы о емкости хранилища только на основании этой статьи.

Проверьте пропускную способность на каждом сетевом уровне.

Совокупный показатель полезен только при сравнении с фактическим путем, пройденным потоками. Порт камеры, коммутационная матрица доступа, восходящий канал, канал агрегации, интерфейс регистратора и хост VMS могут иметь разные ограничения. Рассматривайте каждый уровень отдельно, поскольку система может пройти одну проверку, но не пройти проверку на общем восходящем канале или точке записи.

Порты для камер и переключатели доступа

Каждый порт доступа должен поддерживать согласованный канал связи и профиль трафика камеры, а коммутатор должен перенаправлять все подключенные потоки, не исчерпывая свою коммутационную мощность. Для коммутатора с несколькими камерами суммируйте потоки, проходящие через восходящий канал. Количество портов может быть достаточным, даже если восходящий канал недостаточно мощный, поэтому оценивайте оба параметра независимо. В качестве отдельного теста подтвердите, поддерживает ли коммутатор требуемый стандарт PoE и общий энергетический бюджет.

Каналы восходящей связи и пути агрегации

Восходящий канал часто является первым общим узким местом. Используйте самый загруженный ожидаемый интервал, а не просто среднее значение за весь день. Включите основные потоки, подпотоки, запрашиваемые клиентами просмотра в реальном времени, трафик регистраторов, воспроизведение, управление и другие приложения, использующие тот же канал. Примените выбранную политику запаса пропускной способности после суммирования потоков. Если канал близок к насыщению во время пиковой нагрузки, задержка и потеря пакетов могут повлиять на работу многих камер одновременно.

Для более длинных трасс полезной физической справкой является указание на странице SWGJ PoE о 100-метровой длине, однако это не гарантирует точность каждого кабельного маршрута и не обеспечивает определенную пропускную способность в условиях объекта. Проверьте категорию кабеля, качество оконечной обработки, электромагнитную обстановку, промежуточное оборудование и фактический интерфейс коммутатора. Если проект требует более длинного пути, проектирование транспортной сети следует рассматривать как отдельное инженерное решение.

Интерфейсы регистратора и VMS

выбранный Встроенный сетевой видеорегистратор Для проверки входящей пропускной способности, одновременной записи, вывода в режиме реального времени, воспроизведения и скорости интерфейса следует проверить хост VMS. Количество каналов — это функция организации устройства; само по себе оно не является расчетом пропускной способности. Если регистратор принимает потоки от нескольких коммутаторов доступа, добавьте эти потоки на интерфейсе, обращенном к регистратору, и оставьте место для ожидаемого просмотра в режиме реального времени и технического обслуживания.

Аналогичным образом, Система управления видео В описании подтверждаются такие функции, как просмотр в реальном времени, запись, воспроизведение и управление устройствами, но не указывается универсальная пропускная способность для всех вариантов развертывания. Получите рекомендации по расчету мощности хоста для выбранной версии программного обеспечения и протестируйте необходимое количество потоков, пользователей и профилей записи в пилотном проекте.

Практический контрольный список для проверки и развития.

Начните с листа проектирования, в котором укажите каждую камеру, поток, коммутатор, канал связи, интерфейс записи и предположение. Отметьте каждое число как подтвержденное, измеренное или предварительное. Это простое поле статуса предотвратит ошибочное принятие проектной сметы за спецификацию поставщика во время закупок.

Далее проверьте профили камер на репрезентативной выборке: тихая сцена, сцена с интенсивным движением, дневные и ночные условия, а также любая сцена с изменениями освещения. Измерьте средний и пиковый трафик на коммутаторе и на канале связи, обращенном к регистратору. Сравните полученные данные с таблицей, затем скорректируйте допустимый уровень трафика, если измеренное поведение существенно отличается от предположения.

В ходе приемочного тестирования проверьте загрузку интерфейса, ошибки, отбрасывание пакетов, потерю пакетов, задержку, согласование канала связи, события PoE и состояние регистратора. Протестируйте сценарий с высокой нагрузкой: одновременный просмотр в реальном времени, запрос на воспроизведение и обычный рабочий трафик. Не используйте один успешный предварительный просмотр с камеры в качестве доказательства того, что весь канал связи имеет достаточную пропускную способность.

Наконец, задокументируйте триггер расширения. Например, когда расчетная нагрузка достигнет выбранного командой порога использования, потребуйте повторного анализа восходящего канала перед добавлением камер. Сохраняйте резервный бюджет портов и PoE, но не учитывайте неиспользуемые порты как резерв полосы пропускания. Пересчитывайте его при каждом изменении разрешения, частоты кадров, кодека, расписания записи, звука, поведения при просмотре или количества камер.

Для подтверждения соответствия специфике проекта сравните рабочий лист с таблицей SWGJ. Продукты , просмотрите соответствующие Приложения и запросите у производителя актуальные технические характеристики или инструкции по тестированию перед окончательным развертыванием.

FAQ

Следующие вопросы касаются распространенных ошибок планирования при проектировании сети IP-камер с поддержкой PoE. Ответы описывают метод проверки выбранной конфигурации; они не заменяют существующую документацию по камерам, коммутаторам, сетевым видеорегистраторам или системам видеонаблюдения.

Какова пропускная способность, необходимая одной IP-камере с поддержкой PoE?

Единого универсального значения не существует. Требуемая скорость зависит от разрешения, частоты кадров, кодека, сложности сцены, режима битрейта, звука и одновременных потоков. Используйте настроенный или измеренный битрейт для точного профиля камеры. Любое число, использованное до этого подтверждения, должно быть помечено как предположение для планирования.

Увеличивает ли PoE пропускную способность сети камеры?

Нет. PoE объединяет электропитание и данные по одному кабелю Ethernet; он не создает дополнительной пропускной способности. Проверьте отдельно порт камеры, пропускную способность коммутатора, восходящий канал, интерфейс регистратора и любой общий канал.

Следует ли включать в расчет подпотоки?

Да, всякий раз, когда они могут быть активны одновременно. Подсчитайте каждый поток по ссылке, по которой он передается. Дополнительный поток, используемый для предварительного просмотра, может быть небольшим, но множество зрителей все равно могут создать значительный совокупный трафик.

Гарантирует ли расстояние PoE в 100 метров также и увеличение пропускной способности?

Нет. На странице SWGJ, посвященной PoE, указано, что устройство работает на расстоянии до 100 метров от коммутатора, что является полезным ориентиром при планировании продукта. Конечный результат также зависит от качества кабеля, оконечного устройства, условий окружающей среды, промежуточного оборудования и согласованных характеристик канала связи. Проверьте правильность проложенного пути.

Что следует уточнить перед заказом сетевого оборудования?

Запросите текущие технические характеристики камеры, а также информацию о заданных ограничениях потока, параметрах кодека и частоты кадров, классе PoE или требованиях к питанию, сведениях об интерфейсе и любых рекомендациях по пропускной способности регистратора или VMS. Затем сравните эти данные с данными о пилотном трафике и предположениями о росте объекта.

Проверенные источники

Данная статья была подготовлена ​​после изучения страниц SWGJVISION, посвященных... IP-камера с поддержкой PoE , IP-камера , Встроенный сетевой видеорегистратор , Система управления видео , Решение , и Приложения . Возможности продукта и расстояния указываются только там, где они явно описаны на соответствующих страницах; все числовые примеры пропускной способности представляют собой методы планирования.