Pomoc techniczna

Transmisja i zasilanie w monitoringu IP

Podstawowym elementem komunikacyjnym w każdym sieciowym systemie monitoringu jest protokół internetowy IP (Internet Protocol). Jest to podstawowy protokół sieciowy wykorzystywany w sieci Internet i do jego głównych zadań należy: komunikacja i transmisja danych. Główną zaletą protokołu IP jest jego skalowalność, która sprawia, że bardzo dobrze sprawdza się zarówno w małych, jak i bardzo dużych instalacjach. Dodatkowo na korzyść protokołu IP wpływa fakt, iż jest on obsługiwany przez coraz większą gamę bardzo wydajnych, tanich i sprawdzonych w praktyce urządzeń i technologii. W tym dziale omówimy rozwiązania, które pozwalają na przesył i pełne wykorzystanie sieciowych systemów monitoringu IP.

Sieć Ethernet

Sieć Ethernet to obecnie podstawowe wyposażenie każdego nowopowstałego budynku. W zdecydowanej większości współczesnych biur komunikacja pomiędzy poszczególnymi komputerami odbywa się z wykorzystaniem protokołu TCP/IP i sieci Ethernet. Główną zaletą sieci IP jest szybka transmisja danych oraz niski koszt budowy. Ponadto, większość współczesnych komputerów jest standardowo wyposażana w interfejs Ethernet w postaci karty sieciowej NIC (ang. Network Interface Card).

Wyróżniamy kilka typów sieci Ethernet:

• Ethernet 10 Mb/s – obecnie z powodu małej wydajności powoli wychodzi z użytku. Powszechnie stosowana topologia sieci Ethernet 10 Mb/s została 10BASE-T. Sieć 10BASE-T bazuje na okablowaniu miedzianym w postaci skrętki komputerowej (cztery żyły (2 skręcone pary) kategorii 3 lub 5. W centrum sieci znajduje się przełącznik (switch) lub koncentrator (hub) z portami komunikacyjnymi dla każdego węzła sieci. Podobna konfiguracja jest stosowana w sieciach Fast Ethernet (100 Mb/s) i Gigabit Ethernet (1000 Mb/s).
• Fast Ethernet 100 Mb/s – czyli szybki Ethernet jest najczęściej stosowanym typem sieci Ethernet. Poza prędkością transmisji nie różni się w pozostałych aspektach od Ethernet 10 Mb/s (większość przełączników sieciowych oferuje obsługę dwóch standardów 10/100 Mb/s). Główny standard sieci Fast Ethernet jest nazywany 100BASE-T i można go w zależności od medium transmisyjnego podzielić na dwa podstawowe standardy.
  
• Gigabit Ethernet 1000 Mb/s (1 Gb/s) – standard, który ze względu na coraz większe zapotrzebowanie w przepustowości pasm jest dopiero wprowadzany w urządzeniach. Najpopularniejszym zastosowaniem tego nowego standardu sieci Ethernet jest wykorzystanie w sieci szkieletowej pomiędzy serwerami a przełącznikami sieciowymi. Podobnie jak standard Fast Ethernet można ze względu na medium transmisyjne podzielić go na kilka pod standardów.
  
  
• 10 Gigabit Ethernet 10 000 Mb/s (10 Gb/s) – Najnowsze rozwiązanie przeznaczone do budowy szkieletowych sieci Ethernet. Prezentowany standard wykorzystuje aż 7 różnych typów mediów dla sieci LAN, WAN i MAN (Metropolita Area Network – sieć miejska). Obecnie ze względu na jeszcze małą popularność uznawany jest za standard dodatkowy, który został określony w normie IEEE 802.3ae (w pełni uwzględniony zostanie w IEEE 802.3).

Sieci bezprzewodowe

Chociaż w większości współczesnych budynków istnieją sieci kablowe, to jednak w niektórych przypadkach zachodzi konieczność zastosowania sieci bezprzewodowej. Sieć bezprzewodowa może w niektórych sytuacjach okazać się rozwiązaniem korzystniejszym dla użytkownika, zarówno ze względów finansowych, jak i funkcjonalnych. Sieci bezprzewodowe doskonale sprawdzają się w obiektach, gdzie instalacja kabli wiąże się z uszkodzeniem wnętrza lub jest utrudnione ze względu na architekturę obiektu. Innym bardzo częstym zastosowaniem sieci bezprzewodowych jest realizacja komunikacji pomiędzy budynkami lub miejscami gdzie prowadzenie okablowania wiąże się z wysokimi kosztami instalacji.

Technologie komunikacji bezprzewodowej stosuje się zarówno w analogowych systemach monitoringu, jak i w sieciowych systemach wizyjnych. Sieci bezprzewodowe możemy podzielić na dwie główne kategorie:

• Bezprzewodowa sieć LAN (WLAN – Wireless Local Area Network) – bezprzewodowa sieć IP przeznaczona do pracy na małych odległościach, przeważnie stosowana do komunikacji wewnątrz budynków. Standardy sieci WLAN są obecnie precyzyjnie sformułowane, a urządzenia różnych producentów mogą ze sobą współpracować.
• Mosty bezprzewodowe – stosowane w sytuacjach gdy zachodzi potrzeba połączenia obiektów, między którymi transmisja danych ma się odbywać z dużą szybkością. Wymagane jest łącze transmisji danych typu punkt-punkt, które działa na dużą odległość i z dużą szybkością. Najczęściej realizowane w technologii mikrofalowej lub laserowej.

Standardy sieci bezprzewodowej WLAN

Współczesne sieci bezprzewodowe pracują w kilku standardach, które różnią się między sobą przede wszystkim częstotliwością, przepustowością i zasięgiem transmisji.

Niektóre z dostępnych na rynku rozwiązań bezprzewodowej transmisji danych mogą wykorzystują inne standardy niż dominujący standard 802.11b/g. Jednym z takich rozwiązań są mosty bezprzewodowe, które dzięki wykorzystaniu innych standardów cechują się zdecydowanie większą wydajnością oraz znacznie większym zasięgiem transmisji danych. Dodatkowo korzystają z zabezpieczeń sieciowych o najwyższym poziomie bezpieczeństwa. Przeważnie są to systemy korzystające z łączy mikrofalowych lub laserowych (systemy optyczne). W przypadku łączy mikrofalowych możemy osiągnąć przepustowość nawet na poziomie 1 Gb/s na bardzo dużą odległość do 80km. Innym rozwiązaniem są systemy satelitarne, które jednak ze względu na możliwość występowania opóźnień w przesyle sygnałów (transmisja do satelity i z powrotem na Ziemię) nie jest to najlepsze rozwiązanie w przypadku sterowanych kamer szybkoobrotowych. Ponadto, korzystanie z systemów satelitarnych jest też bardzo kosztowne.

Bezpieczeństwo transmisji w sieci bezprzewodowej

Ze względu na charakter infrastruktury sieci bezprzewodowych (każda osoba z odpowiednim urządzeniem i znajdująca się w zasięgu może uzyskać dostęp) każdą sieć bezprzewodową należy odpowiednio zabezpieczyć. Szczegółowe informacje na temat bezpieczeństwa transmisji w sieciowych systemach monitoringu wizyjnego znajdą Państwo w artykule: Bezpieczeństwo transmisji IP.

Transfer danych w sieciowych systemach monitoringu IP

Adresy IP

Adres IP to unikalna nazwa każdego urządzenia sieciowego, po której jest ono identyfikowane w każdej sieci komputerowej korzystającej z protokołu internetowego IP. Adres IP składa się z czterech liczb oddzielonych kropkami, a każda z nich ma wartość z zakresu od 0 do 255. Przykładowy adres IP: 212.160.173.247.

Każdy adres IP jest podzielony na dwie części – część sieciową i komputerową. Granicą między dwoma częściami wyznaczana jest przez maskę sieci i długość prefiksu. Przykładowa maska sieci 255.255.255.0.

Określone bloki adresów IP zostały zastrzeżone do użytku prywatnego i nie mogą być przekazywane do publicznej sieci Internet:

• 10.0.0.0/8 (maska sieci 255.0.0.0)
• 172.16.0.0/12 (maska sieci 255.240.0.0)
• 192.168.0.0/16 (maska sieci 255.255.0.0)

Obecnie większość urządzeń i sieci komputerowych pracuje zgodnie ze standardem IPv4. W ostatnim czasie pojawiła się udoskonalona wersja protokołu internetowego IPv6, i przez najbliższy czas będzie równolegle stosowana ze swoim poprzednikiem. Protokół IPv6 ma wiele zalet, a jego głównym zadaniem jest umożliwienie stałego rozwoju sieci Internet. Podstawową różnicą jest wydłużenie adresów IP z 32 do 128 bitów. Ponadto, protokół IPv6 pozwala na nieograniczoną obsługę liczy sieci i systemów.

Protokoły transmisji danych do przesyłu obrazu w sieci IP

Najbardziej rozpowszechnionym protokołem do transmisji danych po sieci IP jest protokół TCP/IP i to on najczęściej jest wykorzystywany do przesyłu danych. Obrazy z kamer IP przeważnie transmitowane są za pomocą protokołu TCP (Transmission Control Protocol) i UDP (User Datagram Protocol).

Protokół TCP zapewnia niezawodny kanał transmisji, oparty na połączeniu. Ponadto, dokonuje automatycznego podziału dużych ilości danych na mniejsze pakiety, przystosowane do wykorzystywanej sieci fizycznej oraz gwarantuje, że dane wysłane z jednego miejsca zostaną odebrane w innym miejscu.

Protokół UDP w odróżnieniu od TCP jest protokołem bezpołączeniowym, który nie gwarantuje dostarczenia wysłanych danych, pozostawiającym funkcje kontroli i sprawdzania błędów samej aplikacji.

Protokoły TCP/IP i porty stosowane do transmisji obrazu w sieci komputerowej:

Transmisja danych w sieciowych systemach monitoringu wizyjnego

W sieciowych systemach monitoringu podobnie jak w tradycyjnych sieciach komputerowych można wyróżnić kilka metod transmisji danych. Do najczęściej spotykanych metod transmisji możemy zaliczyć:

• Transmisja pojedyncza (unicasting) – komunikacja pomiędzy nadawcą i odbiorcą odbywa się na zasadzie punkt-punkt. Wszystkie dane przesyłane są wyłącznie do jednego odbiorcy i nikt poza nim nie ma do nich dostępu.
• Transmisja zbiorowa (multicasting) – pakiety danych przesyłane są od jednego nadawcy do wielu odbiorców. Multicasting stosowany jest głównie w przypadkach gdy chcemy zmniejszyć ruch w sieci, gdy wielu odbiorców chce widzieć to samo źródło. Główną różnicą między transmisją zbiorową a pojedynczą jest to, że strumień wizyjny jest przesyłany tylko raz. Transmisja zbiorowa powszechnie jest stosowana w połączeniu z protokołem RTP.
• Transmisja rozsiewcza (broadcasting) – przesył danych od jednego nadawcy do wszystkich odbiorców. W przypadku sieci lokalnych LAN broadcasting ogranicza się zwykle do konkretnego segmentu sieci i nie ma praktycznego zastosowania w przypadku transmisji obrazów w sieci IP.

Zasilanie przez sieć Ethernet

Zasilanie urządzeń monitoringu przez sieć Ethernet, w postaci technologii PoE (ang. Power over Ethernet) pozwala na integrację funkcji zasilania w standardowej infrastrukturze sieci komputerowej LAN. Technologia Power over Ethernet umożliwia zasilanie kamer IP i innych urządzeń sieciowych, za pomocą tego samego kabla, który jest stosowany do połączeń sieciowych. Dzięki PoE eliminujemy koniczność stosowania gniazdek elektrycznych oraz minimalizujemy koszty związane z dodatkowym okablowaniem zasilającym. Funkcja PoE sprawia, że instalacja kamer jest łatwiejsza. Dodatkowo, dzięki PoE mamy możliwość stosowania zasilaczy awaryjnych UPS, które zapewniają pracę ciągłą.

Technologia zasilania bezpośrednio z sieci IP za pomocą funkcji PoE została znormalizowana przez standard IEEE 802.3af. Technologia PoE nie zmniejsza sięgu i jakości transmisji danych, chociaż zasilanie i przesył danych są realizowane za pośrednictwem tego samego przewodu. Power over Ethernet zapewnia zasilanie do 15,4W po stronie przełącznika sieciowego, co w przypadku urządzeń i kamer wewnętrznych przekłada się na maksymalny pobór rzędu 12,9W. W przypadku kamer zewnętrznych, kamer PTZ i urządzeń z częściami mechanicznymi pobór mocy zwykle przekracza tą wartość, przez co funkcjonalność PoE w ich przypadku jest mniejsza. Niektórzy producenci oferują też niestandardowe produkty zastrzeżone prawnie, zapewniające odpowiednie zasilanie także dla takich zastosowań. Ze względu na niestandardowość współpraca produktów różnych producentów jest utrudniona lub wręcz niemożliwa. Standard 802.3af zapewnia również obsługę tzw. klasyfikacji zasilania, która sprawia, że przełącznik może rezerwować wystarczającą, a nie nadmierną, moc dla kamery, dzięki czemu jest w stanie zasilić więcej urządzeń zgodnych z technologią PoE.

Realizacja zasilania przez sieć Ethernet

Technologie Power over Ethernet pozwala na zasilanie urządzeń bezpośrednio z portów danych, do których zostały podłączone urządzenia sieciowe. PoE korzysta ze standardowego okablowania sieciowego, najczęściej z przewodów miedzianych kategorii 5. Obecnie większość dostępnych na rynku przełączników sieciowych obsługuje standard PoE. Na poniższym schemacie pokazano w jaki sposób kamera sieciowa może pobierać zasilanie z kabla sieciowego i konturować pracę nawet w przypadku awarii zasilania.

Zasilanie urządzeń w infrastrukturze LAN poprzez funkcję PoE automatycznie jest załączane w przypadku zidentyfikowania urządzenia zewnętrznego zgodnego z tym standardem, zaś blokowane w przypadku urządzeń starszych, niezgodnych ze standardem IEEE 802.3af. Takie rozwiązanie pozwala na bezpieczne stosowanie w jednej sieci zarówno urządzeń nowoczesnych z obsługą PoE, jak i urządzeń starszych nie obsługujących tego standardu.

Maciej Mijalski

CTR PARTNER

...wróć do pomocy

Newsletter

• Strona główna
• Kamery IP
• Cenniki
• Archiwum CCTV
• Mapa strony
• Kontakt