1. Проблеми організації ЛВС для відеоспостереження на периметрі
2. Схема організації ЛВС на периметрі
3. оптичне кільце
4. Переваги кільцевої топології ЛВС:
5. радіальна топологія
6. Переваги радіальної топології ЛВС:
7. комутаційне обладнання
8. Загальні вимоги до комутаційного обладнання та його розміщення
9. Окремо варто відзначити питання бюджету PoE.
10. Рівні комутаторів. Навіщо потрібен керований комутатор?
11. SFP модулі. питання сумісності
12. Вимоги до пропускної здатності
13. Підтримка кільцевої топології
14. резюме

У перших двох статтях ми розібрали питання тактики охорони периметра за допомогою систем відеоспостереження, розглянули вибір камер і їх установку. Тепер, коли ми розуміємо, де будуть встановлені IP-камери, нам потрібно доставити відеосигнал в центр обробки. У цій статті ми розглянемо особливості побудови ЛВС для системи відеоспостереження на периметрі, вибору топології мережі і комутаторів.

Всього в серії матеріалів про відеоспостереження на периметрі 4 частини:

Частина 1: вимоги замовника, тактика охорони, міфи

Частина 2: вибір і установка камер, освітлення, тепловізори

Частина 3: побудова ЛВС, оптика, комутатори

Частина 4: станційне встаткування й робоче місце оператора

Проблеми організації ЛВС для відеоспостереження на периметрі

Основні складності і завдання, які доводиться вирішувати при побудові ЛВС для системи відеоспостереження на периметрі:

• великі відстані
  протяжні периметри в кілька сотень метрів або навіть кілометрів, в більшості випадків, вимагають прокладки оптико-волоконних ліній зв'язку. Обмеження по "міді" в 100 м допускає її використання тільки для з'єднань камер з комутаторами, які далі по "оптиці" передають дані в центр моніторингу
• експлуатація на вулиці
  навряд чи на периметрі знайдуться комфортні кондиціоновані і опалювальні серверні і кросові для розміщення мережевого обладнання. Необхідно вирішувати питання розміщення комутаційного обладнання, що називається, на паркані, і його експлуатацію в спеку, холод, дощ, сніг і т.п. Не варто забувати і про вплив грозових розрядів
• захист від зовнішній впливів
  експлуатація розподіленої інформаційної системи на відкритих ділянках, на самому кордоні зони, що охороняється, пов'язана з великою кількістю різноманітних ризиків. Це і можливість обриву магістральних ліній в результаті проведення ремонтно-будівельних робіт, падіння стовпів, дерев, ділянок забору і т.п. Можливі диверсії з боку зловмисників, які можуть обрізати оптоволоконний кабель, зірвати зі стовпа шафа з комутатором, подати розряд електрошокером в камеру, або навіть просто в кабель від камери.
• діагностика несправностей та оповіщення
  оператор в системі периметрального відеоспостереження, в більшості випадків, не дивиться постійно в камери - він реагує на тривоги. І, крім тривог про потенційний порушення, необхідно забезпечити своєчасну діагностику і оповіщення оператора про різного роду апаратні збої, як то: обрив оптичного кільця, підвищення температури комутатора понад заданого рівня, втрата сигналу від камери, несанкціоноване відкривання дверцят комутаційної шафи і т.п.

Коли ми розуміємо, з чим нам доводиться боротися, коли ми знаємо, що потрібно взяти до уваги при проектуванні ЛВС для відеоспостереження, ми можемо побудувати ефективну, надійну і захищену систему охорони периметра. Почнемо проектування з вибору топології ЛВС.

Схема організації ЛВС на периметрі

Як ми вже обговорили вище, оптимальним середовищем для передачі інформації від IP-камер на станційне обладнання є оптика. Переваг у оптики досить багато. Перелічимо основні з них:

• відстані до декількох десятків кілометрів
• висока перешкодозахищеність. Можлива прокладка спільно і паралельно з силовими лініями
• гальванічна ізоляція вузлів комутації, і в т.ч. грозозахист
• мале загасання світлового сигналу у волокні
• висока захищеність від несанкціонованого доступу. Оптика практично не дає випромінювання в радіодіапазоні, тому інформацію, передану по ньому, важко використовувати не порушуючи процесу прийому-передачі
• вибухо-та пожежобезпечність
• тривалий термін експлуатації

Оптичний кабель буває двох типів: одномодовий і багатомодовий

З точки зору конструкції, основне їх відмінність полягає в товщині серцевинною частини. З точки зору властивостей: багатомодовий - для локальних комутацій до 500 м, одномодовий - для магістральних мереж до декількох десятків км.

Товщина серцевини одномодового кабелю становить 8-10 мікрон, а многомодового - 62.5 або 50 мікрон. За одномодовому кабелю генеруються хвилі однієї довжини, в той час як в многомодовом сигнали переносять хвилі різної довжини. В одномодовому кабелі втрати потужності сигналу мінімальні і відстань передачі даних багаторазово більше, ніж в многомодовом. Саме тому найбільш поширене використання одномодового кабелю.

В ідеалі, добре б довести оптоволоконний кабель безпосередньо до камери відеоспостереження і встановити поблизу від неї медіаконвертор. В цьому випадку ми отримуємо повністю захищену систему відеоспостереження, якій не страшні ніякі зовнішні впливи. Однак, такий варіант побудови досить дорогий. Необхідно зварити оптичні кроси за кількістю камер, розмістити дорогі для автоматизації виробництва за кількістю камер і в центрі системи встановити багатопортовий комутатор з великою кількістю оптичних портів, що також дуже дорого.

Автономний вузол відеоспостереження на периметрі з комутаційним обладнанням і оптичним кросом на стовпі.

Найчастіше прийнято встановлювати т.зв. об'єктові комутатори з невеликою кількістю портів (2/4/6/8) і підключати до них найближчі камери по мідній кручений парі з видаленням до 100 м. об'єктові комутатори з'єднуються з центральним комутатором оптоволоконної лінією. З'єднання комутаторів буває радіальним і кільцевих. Питання: "Який варіант вибрати?", Викликає найбільшу кількість суперечок. Розглянемо особливості кожної з топологій.

оптичне кільце

У кільцевій структурі з центру виходить кабель з мінімальною кількістю жив. Цей кабель заходить в перший шафа, з якого виходить точно такий же кабель. Кабелі підключаються на окремі входи в комутаторі (в більшості випадків SFP-модулі). Таке з'єднання проходить по всіх шафах і потім лінія повертається в центральну кроссовую і закільцьовується. Т.ч., комутатор в кільці пропускає через себе весь трафік.

Переваги кільцевої топології ЛВС:

• Обрив оптоволоконної лінії не призводить до виходу з ладу сегментів мережі. Система відеоспостереження і раніше працює в штатному режимі.
• Мінімальна вартість матеріалів і робіт з оптики.

недоліки:

• Необхідно використовувати дорогі керовані комутатори з підтримкою кільцевої структури і двома SFP-слотами.
• Комутатори пропускають через себе транзитом весь трафік мережі.
• Якщо кільце досить велике, можлива поява значних затримок у передачі трафіку.

Чому ж для кільця потрібні керовані комутатори? Це пов'язано з тим, що стандарт Ethernet передбачає тільки деревоподібну структуру. Якщо звичайні комутатори з'єднати в кільце, то мережу замкнеться сама на себе і це призведе всю систему відеоспостереження в неробочий стан. "Кільце" організовується за допомогою спеціальних протоколів і технологій на більш високому рівні моделі OSI, яка реалізована в керованих комутаторах 2-го і 3-го рівня. Про це ми ще поговоримо докладніше в цій статті.

радіальна топологія

У радіальної схемою до кожного об'єктового комутатора йде своя пара волокон. Це класична структура Ethernet, яка підтримується на рівні найпростіших комутаторів. З'єднати об'єктовий комутатор з центральним можна по виділеному оптичному кабелю, або використовувати магістральні багатожильні волоконно-оптичні кабелі та виробляти відгалуження за допомогою муфт. Така схема більш поширена, тому що дозволяє заощадити на кабельної інфраструктури.

Переваги радіальної топології ЛВС:

• Надійна і гарантована доставка інформації в режимі точка-точка.
• Можливе використання недорогих некерованих комутаторів з одним SFP-слотом.
• Можливо задіяти існуючу мережу заказчіка.Прокладка проводів будь-яким зручним способом.Проізвольная деревоподібна топологія.Гібкая схема побудови.
• Можливість підведення оптики безпосередньо до камери.

недоліки:

• При обриві магістральної лінії можна втратити зв'язок з декількома вузлами.
• Висока вартість матеріалів і робіт по влаштуванню оптоволоконної мережі.

Давайте підсумуємо:

Кільцева схема - підходить для невеликих периметрів і систем, що проектуються з нуля, з кількістю точок комутації, скажімо, до 20. Насправді, кількість точок комутації може бути і більше, все залежить від обраного комутаційного обладнання, яке пропонують нам виробники і того, яким чином вони в своїх продуктах вирішують проблеми великих кільцевих схем на периметрі. Про це докладніше далі.

Радіальна схема - зручна для великих систем і протяжних периметрів з великою кількістю точок комутації, для складних периметрів, а також у випадках, коли є можливість, а може бути і необхідність, використовувати кабельну інфраструктуру замовника.

У великих і складних системах застосовують і гібридні схеми: з відгалуженнями від кільця, з кількома кільцями, і навіть суміщеної схемою, коли на одних і тих же комутаторах організовують і кільце, і радіуси. Все залежить від завдання, особливості конкретного об'єкта, його периметра, ступеня відповідальності і критичності часу відновлення після збою.

комутаційне обладнання

Коли ми вибрали камери і місця установки, розуміємо які потоки необхідно комутувати, вибрали топологію мережі, можна переходити до вибору комутаційного обладнання. Якщо з центральним устаткуванням все більш-менш стандартно, то з об'єктовими комутаторами складніше. Їм доведеться працювати в жорстких умовах експлуатації, вони повинні забезпечувати електроживлення IP-камер, якщо обрана кільцева топологія, то буде потрібна підтримка спеціальних протоколів. Об'єктові комутатори повинні дозволяти підключати і оптику, і мідь. Поговоримо про все по порядку.

Загальні вимоги до комутаційного обладнання та його розміщення

Об'єктові комутатори розміщуються в шафах по периметру. Вузол комутації повинен забезпечувати стабільну роботу в широкому діапазоні температур, під дощем і снігом. Крім цього, вузол повинен бути захищений від вандалів і зловмисників.

Розміщення комутатора на периметрі

Для забезпечення роботи в умовах вулиці існує два підходи: використання шафи з автоматикою підтримки мікроклімату і використання промислових комутаторів з розширеним температурним діапазоном експлуатації.

Перший варіант дозволяє використовувати звичайні комутатори, блоки живлення, інжектори, кросове обладнання, але при цьому необхідно забезпечити віддалений контроль за параметрами мікроклімату. Якщо зламається нагрівач або вентилятор, або не спрацює кліматична автоматика, то ви дізнаєтеся про поломку комутатора лише тоді, коли раптово перестане працювати частина камер.

Ми рекомендуємо використовувати промислове обладнання з діапазоном експлуатації від -40 до 60 град. При цьому необхідно пам'ятати, що розширений діапазон повинен бути у всіх елементів вузла комутації - у комутаторів, SFP-модулів, блоків живлення, кросів і т.п. Шафа, в цьому випадку, виконує тільки роль фізичного захисту устаткування і захисту від атмосферних опадів. Мінімальні вимоги для нього: специфікація захисту від пилу і вологи не нижче IP65 і надійне замикає пристрій на дверцятах. У шафі необхідно передбачити простір для установки комутаційного і живить обладнання, а також оптичного кросу. При проектуванні розміщення обладнання в шафі рекомендуємо забезпечити зручний доступ до оптичного кросу для обслуговування.

Промислові комутатори для організації вузлів ЛВС на периметрі.

Для захисту об'єктових шаф і вузлів комутацій від стороннього втручання рекомендується встановлювати їх на внутрішній стороні огорож, а там, де це не можливо - на стовпах. Дверцята шафи рекомендується оснастити датчиком відкривання (геркон), який можна підключити до тривожного входу IP-камери, або до дискретного входу керованого комутатора. Правильним буде розмістити шафа в зоні огляду однієї з камер.

Окремо варто відзначити питання бюджету PoE.

При виборі комутаторів в першу чергу звертають увагу на специфікацію порту за класифікацією PoE - він повинен відповідати вимогам по харчуванню IP-камери. Однак, рідко хто перевіряє значення загального бюджету PoE всього комутатора. Бюджет PoE - це сумарна потужність, яку здатний забезпечити комутатор для харчування підключених по PoE пристроїв. Досить часто бюджет PoE менше, ніж сума заявлених максимальних потужностей всіх портів комутатора. Якщо такий комутатор навантажити, що називається, «по повній», то в певні моменти (включення обігріву, ІК підсвічування в камерах) необхідного харчування на всі підключені пристрої може просто не вистачити, і вони почнуть відключатися.

Рівні комутаторів. Навіщо потрібен керований комутатор?

Вартість керованих і некерованих комутаторів відрізняється значно. Найчастіше в проект закладаються дорогі і наворочені керовані комутатори без жодного обґрунтування, їх ніхто не налаштовує і, в підсумку, вони використовуються як звичайні комутатори.

Базові завдання і вимоги до об'єктового комутатора на периметрі:

• забезпечення харчування IP-камер по PoE;
• передача даних на станційне обладнання по оптичному або мідному кабелю;
• функціонування в діапазоні температур від -40 до +60 град.

Ці завдання здатний виконати будь-який, самий простий і недорогий, промисловий некерований комутатор. Керований комутатор при виконанні базових завдань не дасть ніяких переваг ні в швидкості передачі даних, ні в надійності і довговічності.

Завдання для керованих комутаторів:

• підтримка мережевого протоколу RSTP для роботи в "кільці";
• передача даних про стан портів і режимах роботи комутатора;
• дискретні входи для підключення додаткового обладнання і датчиків (наприклад, датчика відкриття шафи);
• створення VLAN;
• настройка QoS;
• шифрування даних.

Всі перераховані завдання для керованого комутатора вимагають додаткової настройки і обгрунтування необхідності використання. Автоматично працює тільки протокол RSTP для створення "кільця", про це докладніше нижче в цій статті.

VLAN, QoS і шифрування затребувані при роботі в існуючих мережах замовника, коли частина трафіку проходить через корпоративну мережу замовника. Для замкнутої і автономної системи відеоспостереження на периметрі зазначені протоколи і технології не затребувані.

Що стосується завдання моніторингу стану портів і режимів роботи комутатора, то це вкрай корисна функція при експлуатації системи відеоспостереження на периметрі, яку рідко хто задіє. Моніторинг дозволяє визначити і локалізувати проблему до виходу з ладу обладнання. Віддалене управлінні портами дозволяє перезапустити зависла камеру, що, на жаль, іноді буває необхідно.

SFP модулі. питання сумісності

Для підключення оптики до комутатора він повинен мати відповідні входи. Існують комутатори з уже вбудованими портами для підключення оптоволоконних жив. Однак, частіше ми маємо справу з комутаторами, в яких передбачений SFP-слот для установки відповідного модуля. Це універсальне рішення, що дозволяє використовувати один і той же комутатор і для Одномод і для многомода. Існують навіть SFP з можливістю підключення мідної кручений пари.

SFP модулі дозволяють використовувати будь-який комутатор з SFP гніздом і організувати з'єднання з необхідним оптичним волокном.

По режиму передачі по оптичному кабелю SFP-модулі бувають трьох типів:

• Duplex, 2 волокна (Rx, Tx)
  Передача і прийом інформації здійснюється паралельно за двома окремими волокнам
• Simplex, 1 волокно
  Можна обмінюватися об'єктами здійснюється послідовно. В даний час практично не використовується
• Duplex, 1 волокно (BiDi)
  Можна обмінюватися об'єктами здійснюється паралельно через одне волокно на різних довжинах світлових хвиль. Модулі SFP поставляються парами (з різними довжинами хвиль на передачу і прийом).

Duplex з двома волокнами Rx, Tx отримав більшого поширення, незважаючи на те, що він вимагає більше волокон для з'єднання, і, відповідно, більша витрата і на кабель і на роботи по розварювання оптичних кросів. Можливо, це пов'язано з тим, що в Duplex з одним волокном BiDi необхідно відстежувати відповідність SFP-модулів і закладати їх в проект попарно, включаючи ЗІП. Можливо, це також пов'язано з тим, що при прокладці оптики прийнято розварювати загальна кількість волокон в кабелі і забезпечувати подвійний резерв. А оптоволоконного кабелю з кількістю жил менше чотирьох не проводиться. Тому немає проблем з виділенням 2-х жив на один канал зв'язку. Однак, виникають ситуації, коли в існуючій кабельній інфраструктурі замовника можливе отримання обмеженої кількості волокон. Тоді Duplex з одним волокном BiDi - відмінний вихід із ситуації.

Якщо ви вибрали Duplex з двома волокнами, то не забудьте в проекті зробити вказівку, що з'єднання портів двох SFP-модулів здійснюється хрест-навхрест, тобто з одного боку патчкорд потрібно буде перевернути.

Все SFP-модулі стандартізовані І, теоретично, можна використовуват будь-які SFP-модулі з будь-Якими комутатори. Альо на практике інсталяторі періодічно стікаються з тім, что модулі різніх віробніків б або не Працюють один з одним, або Працюють з помилки. Крім цього, нерідко виникають і проблеми сумісності SFP-модуля одного виробника з комутатором іншого виробника. Знайти винного тут вкрай складно, тому що виробник комутатора гарантує роботу або модуля тільки свого виробництва, або з обмеженого списку протестованих.

Здавалося б, вирішенням усіх проблем буде використання комутаційного обладнання тільки одного виробника, і для об'єктових контролерів, і для центральної кросової. На жаль, це не завжди можливо. Причини цього різні: відсутність в номенклатурі одного виробника всього необхідного спектру комутаційного обладнання, необхідність підключення до мережі замовника з уже наявним обладнанням та ін.

При виборі SFP-модулів рекомендуємо дотримуватися наступних правил:

• для з'єднання відрізка між двома комутаторами використовувати однакові SFP одного виробника
• при виборі SFP-модуля заручитися гарантією виробника комутатора, що даний SFP буде працювати в обраній моделі комутатора.

Вимоги до пропускної здатності

При проектуванні ЛВС для системи відеоспостереження один з найважливіших етапів - це розрахунок трафіку для формування вимог по пропускну здатність сегментів мережі. Відеоспостереження на периметрі - не виняток, особливо при розрахунку трафіку в кільцевої топології. Тут необхідно враховувати те, що дані в кільці можуть піти по кожній із його сторін. Адже порушення кільця може статися на будь-якій ділянці. Кільце слід розрахувати два рази - з накопиченням за годинниковою стрілкою і проти.

Розрахунок пропускної здатності в кільці потрібно проводити з урахуванням можливості обриву на будь-якому з ділянок.

Крім цього, в кільцевої структурі присутній службовий трафік, який додатково навантажує інформаційний обмін. Розрахунок рекомендується проводити з урахуванням запасу на пікові навантаження передачі даних від IP-камер. Ми рекомендуємо обмежити навантаження на магістральні лінії на рівні 40% від номінальних значень мережевих інтерфейсів. Для Gigabit Ethernet це буде всього 400 Мбіт / с.

Ще одна рекомендація - завжди закладати на магістральні лінії гігабітні інтерфейси, навіть в тих випадках, коли достатньо 100 Мбіт / с. Це дозволить легко модернізувати систему в подальшому і забезпечити однаковість використовуваних інтерфейсів і обладнання, зокрема, SFP-модулів.

Підтримка кільцевої топології

Проблема кільцевої топології, як уже зазначалося вище, в тому, що Ethernet передбачає виключно деревоподібну структуру. Якщо Ethernet загорнути в кільце, то станеться зациклення пакетів і мережу працювати не буде. Це може статися ненавмисно, коли в структурі дерева виникає паразитное з'єднання. Для захисту від подібного роду ситуацій був розроблений мережевий протокол STP, і, в наслідку, його модернізація RSTP (Rapid spanning tree protocol, IEEE 802.1D-2004). RSTP - загальноприйнятий мережевий протокол, суть якого полягає в аналізі структури мережі комутаторами, виборі кореневого комутатора, пошуку оптимальних і найкоротших маршрутів, виявленні паразитних схем комутації та переведення їх в режим очікування. При обриві зв'язку мережу активує альтернативні маршрути комутації. Саме на цьому принципі і будується кільце.

Час побудови початкової схеми комутації в RSTP, пошуку оптимальних маршрутів і відновлення зв'язку після обриву може займати до 5 секунд у великих розподілених системах. Подальший розвиток підтримки кільцевої топології здійснювалось за пропрієтарним протоколами, коли кожен виробник, прагнучи скоротити час перемикання з основних схем на резервні, вводив свої надбудови над протоколом RSTP. Всі ці спеціалізовані протоколи вже вимагають спеціальної настройки, яка і називається в побуті "підняти кільце". Деяким виробникам вдалося знизити час відновлення зв'язку після обриву кільця до 20 мілісекунд при наявності в кільці до сотні і більше комутаторів.

Кількість комутаторів в кільці може бути досить великим. Сам протоколу не накладає на кількість ніяких обмежень. Однак, розумним буде підключати до 20 вузлів комутації за підтримки стандартного RSTP, що забезпечує час на відновлення зв'язку при обриві не більше 1 секунди. При цьому такі гіганти, як Allied Telesis і CISCO, допускають на своєму обладнанні до 50 точок комутації, в разі додаткового налаштування режиму "кільця", а MOXA заявляє про обмеження в 250 пристроїв. У той же час, більше 20-30 точок комутації складно собі уявити в периметральної системи відеоспостереження, тому що трафік в такій мережі може бути вже досить великим, і затримки в передачі даних можуть стати помітні і вплинути на оперативність прийняття рішень оператором відеоспостереження в критичній ситуації.

Протокол RSTP це мережевий протокол верхнього рівня і підтримується більшістю комутаторів 2-го рівня. У більшості керованих комутаторів даний протокол включений за замовчуванням. Це означає, що якщо все обладнання в мережі має підтримку протоколу RSTP, то в процесі роботи комутатори автоматично після включення налаштовуються на оптимальний режим роботи в кільці, і в разі обриву лінії зв'язку, передача по резервним каналах відновлюється також автоматично.

Сказано багато, а як все це використовувати на практиці? Підіб'ємо основний підсумок:

• не рекомендується об'єднувати в кільце більше 20-30 комутаторів при побудові систем IP-відеоспостереження
• для побудови кільця досить використання керованих комутаторів 2-го рівня з підтримкою RSTP. Кільце побудується само і забезпечить автоматичне відновлення зв'язку при збої. Нічого налаштовувати не потрібно! Час відновлення зв'язку після обриву від 50 мс до 1 с і більше, в залежності від кількості комутаторів в кільці
• якщо час відновлення зв'язку після обриву критично, і втрата зображення навіть на 1 секунду може привести до непоправних наслідків, слід використовувати комутатори з підтримкою кільця від виробника: Cisco, Allied Telesis, Moxa і інші. Майте на увазі, що в цьому випадку буде потрібна додаткова настройка кільця.

резюме

Ми розглянули найбільш складні моменти в проектуванні ЛВС на периметрі. Ми розуміємо всі плюси і мінуси кільцевої і радіальної топології побудови магістральних ліній для зв'язку об'єктових комутаторів і можемо прийняти усвідомлене рішення. Стало ясно які комутатори потрібно використовувати, і які технології будуть потрібні в тій чи іншій ситуації. Найголовніше, що ми з вами з'ясували, що для побудови кільця не потрібне спеціалізоване обладнання та досить будь-яких керованих комутаторів.

У четвертій, завершальній, статті серії про відеоспостереження на периметрі ми розглянемо питання проектування станційної частини системи відеоспостереження та організації робочого місця оператора.

Если вам потрібна допомога у віробленні проектного решение, вині впевнені у своєму віборі, або ж просто хочете проконсультуватіся з досвідченімі інженерамі, телефонуйте в Відеомакс по телефону +7 (495) 640-55-46. Ми обов'язково Допоможемо!

Інші статті в Серії про периметральном відеоспостереження:

Частина 1: вимоги замовника, тактика охорони, міфи

Частина 2: вибір і установка камер, освітлення, тепловізорі

Частина 4: станційне встаткування й робоче місце оператора

Повна версія навчального вебінару з побудови систем периметрального відеоспостереження - у відеоролику на нашому каналі в YOUTUBE: