Сетевые технологии для IP видеонаблюдения

Сетевые технологии
Для обеспечения работы систем сетевого видео используются различные сетевые
технологии, они предоставляют множество преимуществ.
Локальная сеть и Ethernet
Локальная сеть (LAN) — это группа компьютеров, подключенных друг к другу на определен-
ной территории, способных связываться друг с другом и использовать общие ресурсы, такие
как принтеры. Данные отправляются в виде пакетов, для управления передачей пакетов
могут использоваться различные технологии. Наиболее широко используемой технологией
является технология Ethernet и специализированный стандарт IEEE 802.3. (Другие типы се-
тевых технологий для локальных сетей — это Token Ring и FDDI.) При работе сети Ethernet
используется топология, в которой каждый узел (устройство) соединен по сети с
другим узлом с помощью активного сетевого оборудования, такого как коммутатор. Число
объединенных в сеть LAN устройств может варьироваться от двух до нескольких тысяч.
Физической средой для организации канала передачи данных в проводной сети LAN служат
кабели, чаще всего витая пара или оптоволоконный кабель. Витая пара состоит из восьми
проводов, образующих четыре витых пары медных проводов, при этом используются
разъемы RJ-45 и гнезда. Максимальная длина кабеля при использовании витой пары со-
ставляет 100 м, в то же время при использовании оптоволоконного кабеля его длина мо-
жет составлять от 10 км до 70 км в зависимости от типа оптоволокна. В зависимости от
типа витой пары или оптоволокна скорость передачи данных может варьироваться в диа-
пазоне от 100 Мбит/с до 10 000 Мбит/с.
На практике рекомендуется строить сеть большей пропускной способности, чем требуется
в данный момент. Для обеспечения возможности дальнейшего расширения сети желатель-
но проектировать ее таким образом, чтобы в начальный момент времени использовать не
более 30 % пропускной способности. В настоящее время все больше приложений работа-
ют с использованием сети, требуется все более и более высокая производительность сети.
Сетевые коммутаторы (упоминаемые далее) после нескольких лет работы довольно легко
усовершенствовать, кабели же обычно заменить значительно сложнее.
Типы сетей Ethernet
Fast Ethernet
Fast Ethernet — это сеть Ethernet, предназначенная для передачи данных со скоростью 100
Мбит/с. Сеть может быть построена на основе витой пары или оптоволоконного кабеля.
(До сих пор существуют и используются устаревшие сети Ethernet со скоростью передачи
данных 10 Мбит/с, однако такие сети не обеспечивают достаточной ширины полосы про-
пускания для некоторых приложений сетевого видео.) Большинство подключенных к сети
устройств, например ноутбуки или сетевые камеры, оснащены интерфейсом Ethernet
100BASE-TX/10BASE-T, часто называемым интерфейсом 10/100, который поддерживает
как скорость передачи данных 10 Мбит/с, так и Fast Ethernet. Тип витой пары, поддержи-
вающей протокол Fast Ethernet, называется Cat-5.
Gigabit Ethernet
Технология Gigabit Ethernet, которую также можно реализовывать на основе витой пары или
оптоволоконного кабеля, предназначена для передачи данных со скоростью 1 000 Мбит/с (1
Гбит/с). Данная технология становится очень популярной. Ожидается, что Gigabit Ethernet
вскоре заменит технологию Fast Ethernet и станет фактически стандартом. Кабель Cat-5e
поддерживает передачу данных по технологии Gigabit Ethernet, в нем все четыре пары витых
проводов используются для достижения больших скоростей передачи данных. Для сетевых
видеосистем рекомендуется использовать кабель категории Cat-5e и более поздних. Боль-
шинство интерфейсов совместимы с Ethernet 10 и 100 Мбит/с и часто называются интер-
фейсами 10/100/1000.
Для передачи данных на большие расстояния можно использовать оптоволоконные кабели,
например 1000BASE-SX (длиной до 550 м) или 1000BASE-LX (длиной до 550 метров с много-
модовым стекловолокном и длиной до 5 000 метров с одномодовым стекловолокном).
10 Gigabit Ethernet
Технология 10 Gigabit Ethernet — это технология последнего поколения, позволяющая пере-
давать данные на скорости 10 Гбит/с (10 000 Мбит/с), возможно использование оптоволо-
конного кабеля или витой пары. Для связи на расстоянии до 10 000 м можно использовать
стандарты 10GBASE-LX4, 10GBASE-ER и 10GBASE-SR на основе оптоволоконного кабеля. При
использовании витой пары необходим кабель очень высокого качества (Cat-6a или Cat-7).
Стандарт Ethernet со скоростью передачи 10 Гбит/с в основном используется для маги-
стральных соединений при работе с высокопроизводительными приложениями, требующи-
ми больших скоростей передачи данных.
Коммутатор
Для обеспечения непосредственного подключения одного устройства к другому с помощью
витой пары можно использовать так называемый кроссовер-кабель. Кроссовер-кабель про-
сто соединяет передающую пару на одном конце кабеля с принимающей парой на другом его
конце и наоборот. Однако для соединения в сеть нескольких устройств в локальной сети LAN
требуется сетевое оборудование, такое как сетевой коммутатор. При работе с сетевым ком-
мутатором вместо кроссовер кабеля используется прямой сетевой кабель.
Основной функцией сетевого коммутатора является перенаправление данных в сети от
одного устройства к другому. Коммутатор эффективно осуществляет передачу данных от
одного устройства другому, не оказывая влияния на другие устройства в той же сети. Ме-
ханизм работы следующий: коммутатор регистрирует MAC-адреса (Media Access Control
— управление доступом к среде передачи данных) всех подключенных к нему устройств.
(Каждое сетевое устройство обладает уникальным MAC-адресом, который представляет
собой набор цифр и букв, задаваемый производителем. Обычно MAC-адрес можно найти
на товарной этикетке.) При получении коммутатором данных, он направляет их на порт,
подключенный к устройству, MAC-адрес которого был указан при отправке.
Быстродействие коммутаторов определяется возможной скоростью передачи данных через
порт и скоростью передачи через соединения или внутренней скоростью (как скоростью пе-
редачи в битах, так и в пакетах в секунду). Скорость передачи данных порта показывает
максимальную скорость передачи данных определенных портов. Это означает, что скорость
передачи данных коммутатором, например 100 Мбит/с, часто означает характеристики каж-
дого порта коммутатора.
Сетевой коммутатор обычно одновременно поддерживает различные скорости передачи
данных. Наиболее часто используется интерфейс 10/100, поддерживающий скорость пере-
дачи данных 10 Мбит/с, а также технологию Fast Ethernet. Однако зачастую в качестве стан-
дартного коммутатора используется 10/100/1000, поддерживающий скорость передачи дан-
ных 10 Мбит/с, технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet одновременно. Скорость передачи
данных и режим между портом коммутатора и подключенным устройством обычно опреде-
ляется автоматически, таким образом используется максимальная скорость передачи дан-
ных и наилучший режим передачи. Коммутатор также позволяет подключенному устройству
функционировать в полнодуплексном режиме, т. е. отправлять и получать данные одновре-
менно, что гарантирует более высокую производительность.
Коммутаторы могут быть оснащены различными свойствами и функциями. Некоторые ком-
мутаторы имеют функцию маршрутизатора. Коммутатор также может под-
держивать технологию Power over Ethernet или Quality of Service, которая
управляет пропускной способностью для различных приложений.
Технология Power over Ethernet
Технология Power over Ethernet (PoE) обеспечивает питание устройств, подключенных к
сети Ethernet, с помощью кабеля, используемого для передачи данных. Технология Power
over Ethernet широко используется для подачи питания IP-телефонам, беспроводным точ-
кам доступа и сетевым камерам в локальных сетях LAN.
Главным преимуществом технологии PoE является значительное сокращение затрат. От-
сутствует необходимость привлекать квалифицированного электрика и прокладывать от-
дельные линии питания. Это является очень полезным преимуществом, особенно в труд-
нодоступных зонах. Отсутствие необходимости в прокладке силовых кабелей позволяет
достичь экономии до нескольких сот долларов на каждую камеру в зависимости от места
установки камеры. Использование технологии PoE также упрощает перемещение камеры
на новое место или добавление новых камер в систему охранного видеонаблюдения.
Кроме того, технология PoE может сделать видеосистему более защищенной. Питание в
системы охранного видеонаблюдения с технологией PoE можно подавать из серверного
помещения, которое зачастую оснащено источником бесперебойного питания (ИБП). Это
означает, что система охранного видеонаблюдения может работать даже при отключении
электроэнергии. Благодаря преимуществам технологии PoE ее рекомендуется использо-
вать с максимально возможным количеством устройств. Мощность такого PoE коммутато-
ра или инжектора питания (midspan) PoE, должна быть достаточна для подключенных
устройств, при этом подключенные устройства должны поддерживать соответствующий
класс питания.
Стандарт 802.3af и High PoE
Большинство устройств с поддержкой технологии PoE соответствуют стандарту IEEE 802.3af,
опубликованному в 2003 году. При работе устройств в соответствии со стандартом IEEE
802.3af используются кабели категории Cat-5 и более поздних, что гарантирует отсутствие
помех, влияющих на передачу данных. В соответствии со стандартом устройства, подающие
питание, относят к классу питающего оборудования (PSE). Примерами таких устройств могут
быть коммутаторы или промежуточные устройства (инжекторы питания или midspan).
Устройства, получающие питание, относят к классу питаемых устройств (PD). Данная функ-
циональность обычно встроена в сетевые устройства, такие как сетевые камеры, или предо-
ставляется автономным сплиттером (см. раздел ниже).
Гарантируется обратная совместимость с сетевыми устройствами без поддержки техноло-
гии PoE. Стандарт включает в себя метод автоматического определения поддержки устрой-
ством технологии PoE, питание на устройство подается только если получено соответствую-
щее подтверждение. Это также означает, что кабель Ethernet, подключенный к коммутатору
с поддержкой PoE, не подает питание, пока он не будет подключен к устройству с поддержкой
PoE. Это позволяет избежать риска поражения электрическим током при монтаже или из-
менениях в кабельной системе сети.
Витая пара состоит из четырех пар скрученных проводов. Для работы технологии PoE могут
использоваться как два витых провода, так и передача тока по витой паре, предназначенной
для передачи данных. Коммутаторы с встроенной поддержкой PoE часто подают питание с
помощью двух пар проводов, необходимых для передачи данных, промежуточные устрой-
ства обычно используют два свободных провода. Питаемые устройства поддерживают обе
возможности. В соответствии со стандартом IEEE 802.3af энергоснабжающее оборудование
обеспечивает напряжение 48 В постоянного тока при максимальной мощности 15,4 Вт на
один порт. С учетом потери мощности в витой паре на питаемое устройство гарантирован-
но подается только 12,95 Вт. В стандарте IEEE 802.3af указаны различные категории харак-
теристик для питаемых устройств.
Питающее оборудование, например коммутаторы и промежуточные устройства, предна-
значено для подачи определенного уровня мощности, обычно 300 Вт или 500 Вт. Это озна-
чает, что для 48-портового коммутатора на каждый порт подается мощность от 6 Вт до 10
Вт, если ко всем портам подключены устройства с поддержкой PoE. За исключением случа-
ев, когда питаемое устройство поддерживает классификацию мощности, необходимо заре-
зервировать 15,4 Вт для каждого порта с поддержкой PoE, что означает, что коммутатор
мощностью 300 Вт может снабжать мощностью только 20 портов из 48. Однако, если все
устройства передадут коммутатору сигнал о том, что они являются устройствами первого
класса, то 300 Вт мощности будет достаточно для подачи питания на все 48 портов.
Большинство неподвижных сетевых камер могут получать питание через PoE с помощью
стандарта IEEE 802.3af, обычно они относятся к устройствам класса 1 или 2. С предваритель-
ным стандартом IEEE 802.3at или PoE+ лимит мощности через две пары проводов от питаю-
щего оборудования будет увеличен по меньшей мере до 30 Вт. Окончательные характеристи-
ки все еще определяются, принятие стандарта ожидается в середине 2009 года. Между тем,
предварительный стандарт IEEE 802.3at (High PoE) промежуточных устройств и сплиттеров
можно использовать для таких устройств, как PTZ-камеры и купольные PTZ-камеры с блоком
управления двигателем, а также для камер с нагревателями и вентиляторами, которые тре-
буют больше мощности, чем можно предоставить по стандарту IEEE 802.3af.

Источник: руководство Axis