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飞畅科技教你如何计算百兆工业交换机和千兆工业交换机的码率?

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监控交换机带宽怎么算:摄像机码流、峰值与上联容量

浏览次数: 飞畅科技原创 作者:飞畅科技技术团队

监控网络选百兆还是千兆,应计算每条链路实际经过的码流,尤其是多台摄像机共用的上联。不能按像素数套固定摄像机台数,也不能把“百兆只能用50Mb/s”当作所有交换机的规律。先列码流和访问路径,再留出合理余量,最后用真实业务验收。

摄像机产生码流,交换机转发报文

摄像机把图像编码为连续的视频数据,码率表示每秒产生多少比特。交换机通常不重新压缩视频,而是转发承载这些数据的以太网报文。因此所谓“计算交换机码率”,实际是在估算通过某个端口的业务流量,以及该出口是否能及时发送。录像存储需求与网络链路需求有关,却不完全相同,不能把录像文件大小直接当作所有链路的流量。

网络工程常用十进制单位:1000kb/s等于1Mb/s;把Mb/s换成MB/s则除以八。不要将千比特与千字节混用,也不要在没有说明的情况下统一按1024换算。统计界面可能采用不同显示方式,应核对单位和采样周期。同一份数据从不同工具读取时,先确认它们是在统计有效视频、协议报文还是端口总流量。

只相加经过被计算链路的业务

假设四台摄像机各有一路8Mb/s主码流发往录像机,它们共用的上联至少要承载约32Mb/s的视频数据,另加音频、协议和其它经过该链路的业务。这是教学示例,不是任何像素数必然对应的码率。单台摄像机的接入口只承担自身流量,四台摄像机共同使用的上联则承担汇总流量,两者不能使用同一个台数结论。

主码流和子码流不是在任何情况下都要机械相加。只有实际被请求、并且经过这一链路的流才应计入。如果维修电脑与摄像机在同一接入交换机,查看的子码流可能在本地转发,不经过录像机上联;若客户端位于上联另一侧,就需要计入。多个客户端各自请求单播视频,还可能产生多份相同内容的传输。组播是否能减少某段重复传输,取决于设备与网络配置,不能默认已经启用。

摄像机主码流在交换机上联汇聚及本地子码流的不同路径
图1:按链路逐条统计实际经过的流。四路8Mb/s和本地子码流均为假设示例。

平均码率与峰值码率需要分别记录

视频数据量会受到编码方式、图像复杂度、运动、噪声、帧率及质量设置影响。同样分辨率的两台摄像机,码流不一定相同;同一台设备在安静画面与多人运动画面下也可能变化。H.265可能提高压缩效率,但不能承诺任何场景都比H.264恰好节省一半。应先阅读摄像机的码率控制说明,再用符合现场情况的画面观测。

可变码率允许数据量随画面变化;最大码率或平均码率控制有各自的质量与时间尺度取舍,具体行为按摄像机实现核对。只拿一分钟平均值规划,可能漏掉短时峰值。记录时还应覆盖夜间、复杂运动、事件录像和多人预览等状态,确认统计周期不会把关键突发平滑掉。不要通过无限降低码率换取表面流量合格,却让录像质量失去使用价值。

平均负载低于链路容量但峰值超过容量时输出队列积压与消退的过程
图2:缓冲可以吸收有限突发,不能解决持续超载。曲线和速率为机制示例,不是产品缓冲测试。

为何有余量,还会卡顿或丢帧

出口在每个时刻只能按链路速率发送。入口突然送来更多报文时,交换机暂存尚未发送的数据;突发结束后,空出的发送能力让队列逐渐缩短。如果流量持续大于出口容量,缓冲迟早耗尽,之后可能丢包。缓冲并不增加线路速率,QoS优先级也不凭空产生带宽,只是在拥塞时决定不同业务的处理顺序。

一个100Mb/s端口不是固定只有50%或70%可以使用。有效业务比例受到报文大小、协议开销、设备性能和测试方法影响,规划余量是工程选择,不能伪称硬件天生折半。先测实际流量和错误,再确定允许的持续利用率与突发空间;对关键控制或监控业务,余量应与业务可靠性目标相匹配,不能套用一个万能百分比。

从接入到录像机,逐段建立容量预算

先画摄像机、接入交换机、汇聚设备、录像机及客户端的连接关系,标出每条物理链路的方向和业务来源。对每个出口相加经过该处的并发码流,加入音频、管理及其它共享业务,再考虑协议开销、峰值和扩容。全双工链路两个方向有独立的发送能力,不能把一个方向的需求简单除以二;回放与上传并存时也要确认各自流向。

飞畅导轨交换机目录提供不同光电端口组合,选型时可分别核对接入口和上联。其万兆4光千兆8电产品详情明确区分光口与电口能力,高速汇聚可为多条接入流量提供容量,但这不证明任意摄像机数量都能同时运行。光模块与链路兼容、整机转发、录像机网口、存储写入和解码能力都应一起核查,避免只升级交换机而保留其它瓶颈。

用业务测试决定最终配置

验收先核对端口是否协商到计划速率,再同时开启计划中的录像、实时预览、事件业务和回放,观察持续流量、短时峰值、错误与丢包。网络传输正常而画面仍卡顿时,进一步检查录像机写盘、CPU、解码与摄像机本身,不把所有问题都归到交换机。测试用同样的画质和并发条件,才能比较升级前后的效果。

保留每台摄像机的编码参数、请求流数量、拓扑、端口计数及录像结果,形成可追溯的容量表。新增终端或改变客户端访问方式后重新计算。压力测试应在隔离测试网或获准的维护窗口进行,提前备份配置和安排回退,不用生产视频业务作无计划试验。合格的容量规划应能解释每一条链路为何足够,而非只报一个“最多接多少台”的数字。

机制参考:Axis码率控制资料;产品依据:飞畅导轨交换机目录、万兆4光千兆8电详情。原理图为通用机制示意,不代表具体产品实测。

资料与适用边界:本文用于解释通用机制;接口、功能与操作以对应型号及版本资料和现场验证为准。

现场常见问题

所有摄像机的主码流和子码流都必须计入同一上联吗?

不是。只统计实际被请求且经过该链路的流,本地预览与跨上联预览路径可能不同。先画录像机、客户端和摄像机的位置,再逐方向计算;多个单播客户端还可能形成重复传输,不能机械相加或只数摄像机。

视频平均流量不高,夜间或多人预览为什么仍可能卡顿?

平均值可能掩盖场景变化、事件和并发请求产生的峰值。应保留有代表性时段的流量、丢弃与录像结果,核对统计周期及码率控制设置;还要排查录像机写盘或解码,不把所有卡顿都归因交换机端口不足。

百兆口是不是最多只能按五十兆视频流量规划?

不存在适用于所有设备的固定折半规则。有效业务比例受报文开销、性能和测试方法影响,余量应按峰值、扩容与业务目标确定。用实际并发负载记录流量和丢包,再评估上联,不把工程预留比例写成硬件天生限制。

继续阅读:工业交换机要几个端口:设备数量、上联容量与扩展余量;百兆与千兆光纤收发器:速率兼容和带宽需求;