Основы IP-видеонаблюдения

Продолжение. Начало № 3–2013

– Запомните, молодой человек, чем меньше вы знаете, тем более ценна я как специалист.
Преподаватель ВУЗа – ленивому студенту
Bash.org



Специалисты компании CiscoSystems прогнозируют, что скорость передачи данных в домашних сетях в ближайшие 10 лет увеличится в 20 раз, а компьютер стоимостью в 00 за это же время по своей вычислительной мощности сравняется с человеческим мозгом. А еще через 30 лет компьютер за такую же цену будет производить вычисления быстрее, чем все население Земли. В ближайшие 2 года объем информации в интернете станет удваиваться каждые 11 часов. Через 20 лет появится возможность вживления искусственной ткани в человеческий мозг.
Специалисты компании Google считают, что в ближайшие 10 лет кардинально изменится модель работы компаний и произойдет массовый переход на облачную схему работы с приложениями, т. е. на концепцию All-as-service (всё-как-сервис). Отпадет необходимость покупать свои серверы и нанимать собственных системных администраторов – будет проще и дешевле все арендовать. Причем располагаться будут эти арендованные сервера в специализированных компаниях, т. е. доступ к данным начнет осуществляться через сеть. Думаю, все вышесказанное убеждает вас, что сеть – это самая массовая и быстро развивающаяся часть нашей жизни.
Как вы помните, IP-видеонаблюдение мы рассматривали как один из специализированных сегментов IT-отрасли в силу того, что весь мир становится цифровым и IT-технологии проникают во все отрасли и сферы нашей жизни. Предложенная мной классификация по составляющим современной системы видеонаблюдения позволила разбить обзор на смежные сферы с точки зрения применяемых для построения систем IP-видеонаблюдения элементов.
1. IP видеокамеры
2. Видеоаналитические алгоритмы и детекторы
3. Сети питания, связи и передачи данных
4. Компьютерное оборудование для обработки цифровых видеопотоков
5. Архитектура построения систем
6. Подсистема хранения данных
7. Интегрированные подсистемы (СКУД, ОПС и т. д.)
8. Системы визуализации и отображения
9. Удаленный доступ, мобильные технологии и прочие тренды.
В предыдущей статье мы разобрали, из чего состоят IP-камеры и какие они бывают. В этой статье предлагаю рассмотреть сети питания, связи и передачи данных. Как вы можете заметить, раздел «Видеоаналитические алгоритмы и детекторы» я оставляю на закуску, так как это одна из самых интересных и спорных тем.
Итак, о чем пойдет речь в разделе «Сети питания, связи и передачи данных».
Пожалуй, статья будет более обзорной, так как специализированной литературы и статей на эту тему великое множество, так же как и технологий, применяемых для передачи информации. Цель моя – показать, что искать. Технологий передачи данных много. Это и активно продвигаемый «большой тройкой» стандарт беспроводной передачи данных LTE (4G), или связь четвертого поколения, и новые высокоскоростные стандарты для проводных соединений и стандарты питания по витой паре или PoE, о котором не слышали, пожалуй, только ленивые. Различные среды передачи данных – свет, электричество, радиоволны, а также протоколы, применяемые для этого. Тема интересная и очень обширная.
Четыре самых популярных варианта электропитания IP-камер – это:
– 12 В постоянного тока;
– 24 В переменного тока;
– 220 В переменного тока;
– специализированные, например, передача данных по линии 220 В.


Рисунок 1 – адаптер для передачи данных по сети 220 В

PoE (Power over Ethernet)
Стандарт питания по UTP проводу PoweroverEthernet (PoE) – технология, позволяющая передавать удаленному устройству вместе с данными электрическую энергию через стандартную витую пару в сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, IP-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель. В технологии описаны несколько подстандартов.
При изучении IP-видеокамер, представленных на рынке, можно увидеть, что наиболее часто применяются комбинированные варианты электропитания в одном устройстве, что позволяет добиться большей универсальности и сокращения номенклатуры. Однако для любого, кто следит за развитием в этой области, не секрет, что абсолютное большинство IP-камер могут получать электропитание исключительно по PoE, зачастую это единственный доступный вариант, который стал возможен благодаря комбинации факторов. Это расширение границ применения стандарта и снижение стоимости сетевых коммутаторов с поддержкой PoE и, конечно, главный фактор, что это дешево и удобно использовать один кабель и разъем вместо того, чтобы тянуть отдельно электропитание и кабель для передачи данных. Это позволило упростить и ускорить монтаж систем IP-видеонаблюдения, а также способствовало дальнейшему внедрению СКС (структурированные кабельные системы) на базе Ethernet и стека протоколов TCP/IP.

Классы PoE
Согласно стандарту PoE IEEE802.3af должен обеспечиваться постоянный ток до 400 мА и напряжением 48 В через две пары проводников в четырехпарном кабеле для обеспечения максимальной мощности 15,4 Вт. Согласно стандарту существуют 5 классов устройств, классифицируемые по потребляемой мощности, начиная с нулевого и заканчивая четвертым, которые совпадают по параметрам:
• Класс 1: 4,5 Вт на порт PoE; до 3,84 Вт на устройство
• Класс 2: 7 Вт на порт PoE; 6,49 Вт на устройство
• Класс 3: 15,4 Вт на порт PoE; 12,95 Вт на устройство
• Класс 4: Зарезервирован для будущего применения
• Класс 0: 15,4 Вт на порт PoE; 12,95 Вт на устройство

Как работает PoE
Технология PoE не оказывает влияния на качество и скорость передачи данных, так как используются свойства Ethernet:
• Технология позволяет без взаимного влияния передавать питание по сигнальным парам, т. е. передавать по одним и тем же проводам и высокочастотные данные, и постоянное напряжение питания без взаимного влияния.
• Использование свободных пар. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100BASE-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы, что позволяет передавать по ним электричество.
Отличаются устройства, обеспечивающие питание, это могут быть отдельные инжекторы, добавляющие электропитание в сеть Ethernet или сетевой коммутатор с поддержкой PoE. Питающие устройства (инжекторы) отличаются по способу подключения питания, при этом питаемые устройства (сплиттеры) являются универсальными. Питаемые устройства должны проектироваться с возможностью приема питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель), что в сочетании с автоматическим определением прямого или перекрестного кабеля в самом сетевом устройстве дает полную универсальность.
Важно то обстоятельство, что питающее устройство подает питание в кабель только в том случае, если подключаемое устройство имеет возможность питания по PoE. Таким образом, оборудование, не поддерживающее технологию PoE и случайно подключенное к питающему устройству, не будет выведено из строя.
Развитие стандарта привело к появлению IEEE 802.3at, известного как PoE+, в соответствии с которым максимальное питание может достигать 25,5 Вт. Однако до появления этого стандарта некоторые компании начали выпускать инжекторы с пометкой PoE+ с максимальным потреблением до 60 Вт. Отличие заключается в том, что стандарт IEEE 802.3at запрещает устройству-потребителю получать питание по всем четырем парам Ethernet-кабеля одновременно, а этот предстандарт с совпадающим названием PoE+ передает питание по всем парам, таким образом позволяя передавать мощность до 60 Вт. Не перепутайте эти обозначения, иначе ваша IP-камера может быть повреждена.

Сети связи и передачи данных
Все большее количество проектов строится на базе СКС с использованием оборудования для комплексной безопасности, включающей в себя видеонаблюдение, ОПС, СКУД, оповещение, системы вентиляции, кондиционирования, дымоудаления и отопления. Такая интеграция позволяет существенно сократить количество сотрудников, увеличив при этом отдачу каждой из систем, а также воспользоваться перекрестной передачей данных из одной системы в другую, повысив общий КПД здания. Например, в помещении при отсутствии сигналов от охранных датчиков и при подтверждении от системы контроля доступа, что все вошедшие покинули помещение, может автоматически выключаться свет, снижаться объем вентилируемого воздуха, а отопление и кондиционирование могут переходить в энергосберегающий режим. Попытка же включения компьютера и запрос доступа к данным в пустом с точки зрения системы помещении будет, например, вызывать тревогу. При этом все системы пользуются общей средой передачи данных, объединяющей их между собой, и общей интегрированной системой управления с возможностью удаленного мониторинга, технического обслуживания и обновления.
Это идеальное и совсем недалекое будущее. Что же мы имеем уже сейчас?
• Видеодомофонная панель Mobotix, которая сама позвонит на ваш мобильный смартфон и покажет того, кто стоит перед вашей дверью.
• Мегапиксельные видеокамеры от Arecont Vision с углом обзора 180 и 360 град., позволяющие записывать круговое видеоизображение и просматривать любую часть помещения в онлайн и в записи.
• Новые сетевые биометрические системы контроля доступа Samsung, IP-шлагбаумы от PERCo и ОПС от Honewell, работающие по локальной сети.
• Системы управления практически всеми известными IP-видеокамерами от компании Milestone Systems, поворотные уличные мультимегапиксельные видеокамеры от Axis Communications и автоматизация здания от GE.
• Ярким примером конвергенции систем (видеонаблюдения, передачи данных и web-технологий) могут служить выборы прошлого года, когда осуществлялась трансляция с избирательных участков и запись всех события в ЦОД. Причем для передачи картинки применялись все доступные средства связи: где-то прямое подключение к магистральному провайдеру, где-то передача видеоизображений по сетям сотовых операторов и операторов фиксированной связи и как апофеоз – прямая трансляция, доступная всем желающим онлайн.

Итак, надеюсь, мне удалось убедить вас в том, что в ближайшем будущем все в безопасности будет так или иначе завязано на сеть.
Самое время поговорить о том, как же правильно выбрать и рассчитать сеть и о чем не забыть при построении. Перечислять все нюансы неэффективно, их огромное количество, и, если вы не понимаете о чем написано далее, обратитесь лучше к специалистам. Попробую крупными «мазками» рассказать, о чем не нужно забывать при возникновении такой задачи. Итак:

Расчет полосы пропускания (оценка загрузки)
Во-первых, необходимо оценить количество пользователей и устройств, которые будут «жить» в вашей сети, и рассчитать, какой поток эти устройства могут генерировать «на пике». Важно, и я настоятельно рекомендую строить сеть для безопасности и видеонаблюдения, логически отделенную от локальной сети с пользователями так называемого общего назначения: потому что защитить одну точку входа в сеть безопасности проще, чем когда пользователи, контроллеры и IP-видеокамеры присутствуют в сети вперемешку, шифровать же весь трафик в сети значительно дороже.


Выбор топологии сети
Следующий шаг – это выбор топологии сети. Основных вариантов пять: шина, кольцо (двойное кольцо), «звезда» (иерархия), иерархичная структура и «каждый с каждым». Каждая топология имеет свои преимущества и недостатки, поэтому в чистом виде они встречаются редко. Например, самая надежная сеть – «каждый с каждым». Сеть, основанная на этой топологии, будет работоспособна даже при обрыве в нескольких местах, но оборотная сторона – это ее дороговизна. Наиболее широко распространенная топология для локальных сетей Ethernet – «звезда» и различные варианты с элементами других топологий. Выбор топологии определяет базовые характеристики сети, такие как надежность, расширяемость и, конечно, стоимость.

Не забудьте оставить 30% про запас
В сетях системы безопасности больше всего информации и загрузки производит система видеонаблюдения, поэтому крайне важно правильно ее оценить.
На первый взгляд все просто: расположить камеры, серверы и клиентов согласно плану здании и выбранной топологии, затем оценить, какой поток они будут генерировать, и, проложив путь этих потоков от камер до сервера и от сервера до клиентов, мы сможем понять места наибольшей загрузки нашей сети. По этой схеме или «карте загрузки сети» мы можем подобрать сетевое оборудование, закладывая запас не менее 30% под будущее расширение в каждом сегменте. Остальные системы будут генерировать трафик на порядок меньший, однако его также необходимо учесть и посчитать так же, как мы посчитали видеоданные.

Определение физической инфраструктуры сети
Наиболее популярен сейчас кабель категории 5у, однако я рекомендую строить инфраструктуру на кабеле категории не ниже Cat6, что в будущем позволи, не затрачивая времени и денег на перепрокладку проводов, просто заменить активное сетевое оборудование и получить на порядок большую скорость. Если есть возможность, используйте оптические линии. С одной стороны, цена оптического волокна на сегодня равна или даже ниже стоимости коаксиального кабеля или витой пары, а с другой – это позволит использовать свободную ширину канала под другие задачи. Например, сбор технологической информации от систем или удаленное управление вентиляцией и кондиционированием, т. е. фактически это инвестиции в инфраструктуру, которые позволят вам существенно сэкономить в будущем.

Сетевое оборудование
Для систем видеонаблюдения важно правильно подобрать активное сетевое оборудование, в частности, обращать внимание на параметр unblocked, т. е. неблокируемое. Это значит, что даже по достижении пика нагрузки сетевой коммутатор продолжает работу, а не виснет, отключая часть сети с камерами и другим оборудованием. Конечно, старайтесь использовать для питания конечных устройств PoE, рассмотренное выше в разделе питание оборудования. Для крупных систем масштаба предприятия очень желательно иметь в сетевом оборудовании поддержку режима мультикаста (Multicast). Этот режим позволяет забирать один поток данных, например с камеры, а потом средствами сети клонировать его для передачи многим абонентам в сети, что существенно снизит объем передаваемой информации. Наличие функции «качество сервиса» QoS (Qualityof Service) позволяет определять, какой трафик в сети должен обрабатываться в первую очередь, – это позволяет передавать наиболее важные данные вне зависимости от загрузки сети. В системах безопасности это, вероятно, будет информация от систем ОПС – как наиболее критичная. С точки зрения конкретной марки или бренда вариантов масса, существует многообразие поставщиков и самого сетевого оборудования и, конечно, существенный ценовой разброс. Выбирайте проверенную технику и известные бренды, зарекомендовавшие себя на рынке, с ними ваша сеть и система безопасности будет работать и дольше и лучше.
Итак, во второй статье из серии я постарался обозначить главные элементы и варианты питания видеокамер, а также описать элементы, из которых состоит IP-видеосистема. В действительности классификаций и вариантов существует гораздо больше. Надеюсь, что основные идеи, на которые стоит обратить внимание в первую очередь, вы из нее почерпнете.



Источник: http://www.tzmagazine.ru/