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工业级以太网交换机

——应用于智能交通监控系统解决方案

随着高清数字传输系统的快速发展,工业级以太网交换机在智能交通监控系统中发挥着越来越重要的作用。

1、        前言

智能交通进入数据发掘的后数据应用时代的步伐不断加快,GPS定位,公交调度报站,监控等后数字网络数据在现实生活中扮演越来越重要的角色,表现为现在很多城市建立了3G监控,GPS交通调度,ITS等系统。工业级以太网交换机作为智能交通系统中不可缺少的传输设备发挥着举足轻重作用。

根据安防行业前沿研究机构发布的研究报告显示,我国工业级以太网交换机自2005年后市场需求出现大幅增长。据不精确统计2008年,中国工业以太网交换机市场规模达5.4亿人民币,预计未来会以26.2%的增速保持增长(如图1所示,2008-2013年的CAGR26.2%)。  

                                        图1   工业级以太网交换机市场规模

工业级以太网交换机的研究在国内处于快速成长期,其在电力和轨道交通是工业以太网交换机的重点应用领域,在冶金,石油石化,工控行业、楼宇自动控制、监狱监控系统中工业级以太网交换机同样得到广泛的运用。工业级以太网交换机区别于一般性质的商用以太网交换机可以从“可靠性“方面入手,即设备自身的可靠程度及网络架构的可靠性程度,具体体现为以下几个方面(如表1

     1   工业级以太网交换机与一般商用以太网交换机可靠性对比

 

类目

工业级以太网交换机

商用以太网交换机

设备自身可靠性

安装要求

现场安装(可适应较为恶劣及要求较高的环境)

安装于专门网络机箱

寿命周期

MTBT20年以上,甚至更长期限
不设风扇散热
设备更换周期可达10

无相应标准(一般几年至十几年不等)
依靠内置风扇散热
设备更换周期只有3

工作环境

可适应-4080℃操作温度、5%~90%无凝结湿度等各种复杂环境,有较强的抗干扰性能

环境要求较高,如机房恒温、恒湿无振动、单击等,抗干扰性较差

网络架构可靠性

冗余要求

多种冗余结合,如冗余电源

无冗余或只有核心冗余

冗余技术

STP\RSTP\RER\MSR\VRRP\Link Aggregation

STP\RSTP\Link Aggregation\WRRP\HSRP

拓朴结构

星、双星、环、双环型

星、总线、树型

2、        智能交通监控系统中对工业级以太网交换机的需求

众所周知,高清网络摄像机分辨率越大、清晰度越高,传输的码流就会增大,增加了网络带宽压力。因此网络传输系统的组建对于高清网络视频监控系统的组建至关重要,如果传输系统不能满足网络视频流的传输要求,那么网络监控也就无从谈起。

根据百万像素网络摄像机的产品特点,若基于ONVIF 网络视频标准规范,每路1080P全高清网络摄像机的突发高峰流量可达到50Mbps720P高清网络摄像机的的突发高峰流量可达到25Mbps。所以各个监控区汇聚交换机和监控中心的核心交换设备应该具备较强的数据交换能力和承载突发多用户大容量的高峰访问能力,以便网络视频数据的快速交换,满足数据访问请求的快速响应。

针对这种情况,目前行业内主要的解决方案为中心核心交换机采用背板带宽和包转率较高的千兆交换机来承担。此种解决方案要求整个机房和前端的设备都为千兆带宽,铺设、运营及维护的成本较高。为此,我司特研发多业务带缓存工业级交换机系列产品。将百兆交换机加以升级改造,通过加缓存进行带宽的平滑处理,在不增加带宽成本的基础上,完美解决大流量突发网络业务的缓冲、网络业务的码率平滑。(如图2


2   工业级以太网交换机功能框图

同时,多业务带缓存工业级交换机系列产品可支持最多3个低速数据接口,每个口可单独配置RS232RS485或开关量业务,通过1芯光纤将红绿灯控制、流量监测、LED大屏、报警器等数据传回中心机房,既精简了原低速数据的传输设备,降低了工程成本,又为后期的管理维护减少了隐患。

3、        应用实例分析

3.1复杂十字路口监控方案

依据某交通指挥中心的规划要求,我司在某交通十字路口设计开发了一套专门应用于十字交通路口的视频监控传输系统,实现了对该交通十字路口全方位实时监控,同时也在布线及设备成本上大大降低了费用成本,极大地提高了交通路口的车多、人流复杂的监控效率,有效的提高了远程工作人员及调度人员通过实时图像信息进行综合监控及分析的能力。具体分析如下图3

        根据实地分析,我们了解到某十字交能路口的四个交通路口分别安装有不同数量的IP摄像机,根据IP摄像机的数量,我们可通过百兆工业级以太网交换机将不同信号通过光纤以环型链接在一起,交最终四个路口工业级以太网交换机汇聚的信号全部都归并到我司新研发的混合型工业级以太网交换机(该设备是一款双电源冗余备份的工业级汇聚型交换机,它最大可以将410/100M以太网电口和4100M以太网光口通过21000M以太网光口实现汇聚。),再由该混合型工业级以太网交换机通过光纤将将不同的业务信号传回交警指挥中心的一般商用选千兆交换机,最后接上用户终端即可实现整个交通十字路口信息的有效传输,全程信息的传输快捷、高速、及时、有效。

3   复杂十字路口监控方案

3.2  智能交通监控方案

 为解决智能交通监控多个IP摄像头同时工作产生较大码流以及不同业务传输问题,我司特为某智能交通监控研发一系列带低速数据工业级以太网交换机。该系列可完美解决了大流量突发网络业务的缓冲、网络业务的码率平滑和低速数据接口的远程传输,具有行业领先的性能优势。该系列产品紧凑小巧,支持宽工作温度、冗余电源接入、IP40防护等级、LED指示灯等,成为在工业特殊应用场合的最佳的选择,是工业以太网连接的最可靠的解决方案。其中POE非网管型工业级交换机支持IEEE802.3at标准的25.5W功率输出,不需要电源及电源线,即可通过网线为基于POE技术给高清网络摄像机、无线APIP电话等设备供电。具体如图4所示:

4   低速数据工业级以太网交换机

3.3关键技术与创新

以上方案主要关键技术与创新点如下:

传统系统中因前后端设备品牌不一致而导致码率较大问题,而解决缓存的问题只能通过将百兆升级为千兆速率,现可通过带宽的平滑处理功能有效解决大流量突发网络业务的缓冲、网络业务的码率平滑,并能通过低速数据实现远程的有效传输。这样不仅能大大降低了施工/布线成本,更能方便管理人员的工作。

以前对于多业务信息的传输多是运用不同的设备进行传输,如今一台低速数据以太网交换机便可同时将不同业务量进行有效、高速传输,瞬间可将成本降低几倍,还可减少管理人员的工作量。

多种冗余设计,更是可以应付各种不同恶劣条件下设备的工作环境,在一定的程度上可提高设备的使用寿命,减少系统的更换成本。

4、        结束语

         综上所述,多业务带缓存工业级交换机系列产品在不增加带宽的基础上完美解决了多业务传输问题和缓存问题,可广泛应用于智能交通监控系统等各类高清网络数字视频监控领域

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