Pobierz
najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Projektowanie systemów monitoringu IP z firmą SPS. Architektura systemów IP. Elementy systemów IP. Struktura systemu zależnie od jego wielkości

Printer Friendly and PDF

leadNa rynku wydawniczym można spotkać wiele publikacji opisujących ogólne zasady projektowania systemów monitoringu wizyjnego oraz sieci niezbędnych do obsługi takich systemów, nie ma więc sensu wracać do tych informacji po raz kolejny. Dlatego też w cyklu artykułów, jakie ukażą się w kolejnych edycjach Zabezpieczeń omówione zostaną zagadnienia związane z projektowaniem sieciowych systemów monitoringu wizyjnego, bazujących na konkretnym sprzęcie oferowanym przez firmę S.P.S. Trading. Przyjęto założenie, że współczesne projekty będą realizowane wyłącznie w oparciu o technologię IP (z małymi wyjątkami, dotyczącymi przypadków modernizacji istniejących systemów analogowych, co nie zmienia ogólności dalszych rozważań).

Tytułem wstępu opisana zostanie architektura typowych, sieciowych systemów monitoringu wizyjnego, w ramach której można wyróżnić dwie zasadnicze grupy urządzeń:

  • urządzenia wizyjne, takie jak kamery, rejestratory, serwery, stacje robocze wraz z wyposażeniem niezbędnym do prawidłowego działania tych urządzeń;
  • urządzenia stanowiące infrastrukturę sieciową, takie jak przełączniki sieciowe, ewentualnie routery, a także okablowanie niezbędne do połączenia poszczególnych składników systemu.

Kierując się tak przyjętymi kryteriami, urządzenia wizyjne należy podzielić na sieciowe, czyli nadające się do bezpośredniego podłączenia do sieci IP, oraz tradycyjne, nie posiadające interfejsów sieciowych, wymagające zastosowania koderów lub innych urządzeń pośredniczących, łączących je z siecią IP. Wszystkie te urządzenia można znaleźć w ofercie firmy S.P.S. Trading, wraz z rzetelną pomocą przy projektowaniu oraz doborze sprzętu.

Najbardziej wyeksponowaną grupą urządzeń wchodzących w skład sieciowych systemów monitoringu wizyjnego są kamery, zarówno analogowe, jak i sieciowe. W ofercie firmy S.P.S. Trading są one licznie reprezentowane, poczynając od najprostszych modeli stacjonarnych o rozdzielczości SD (PAL), a kończąc na kamerach szybkoobrotowych o rozdzielczości HD. Asortyment tych wyrobów jest na tyle szeroki, że w przeciętnych warunkach nie zachodzi konieczność posługiwania się kamerami pochodzącymi od innych dostawców (choć nie należy tego wykluczać).

W praktyce projektowej często dochodzi do sytuacji, w której konieczna jest rozbudowa istniejącego systemu monitoringu wizyjnego, a ten z natury rzeczy nie zawsze jest zbudowany w zgodzie z najnowszymi trendami. Często jest to system analogowy, wykorzystujący starego typu kamery wytwarzające zespolony sygnał wizyjny w standardzie PAL. W takim przypadku z pomocą śpieszą sieciowe kodery wizyjne, zwane też serwerami wizyjnymi – przekształcają one zespolony sygnał wizyjny na postać strumienia danych cyfrowych, które mogą być transmitowane przez sieć IP.

W systemach analogowych zainstalowanych wiele lat temu, a pracujących do chwili obecnej można jeszcze spotkać rejestratory cyfrowe z wejściami analogowymi wyposażone w interfejs sieciowy, stanowiące przykład tradycyjnych rozwiązań technicznych. Co prawda są to urządzenia przystosowane do pracy w sieci, jednakże ich funkcje sieciowe ograniczają się do podglądu obrazów z kamer i do odtwarzania nagrań archiwalnych. W ramach modernizacji systemu urządzenia tego typu mogą być wyeliminowane i zastąpione koderami wizyjnymi, zapewniającymi sieciowy dostęp do każdej z kamer z osobna. Wszystkie elementy niezbędne do realizacji takich zamierzeń są dostępne w ofercie firmy S.P.S. Trading.

 

rys1

Rys. 1. Przykładowy model sieci monitoringu IP

 

Współczesne systemy monitoringu wizyjnego bazują na megapikselowych kamerach sieciowych oraz cyfrowych serwerach rejestrujących o nowoczesnej konstrukcji, w których w ogóle nie występują analogowe sygnały wizyjne. Wspomniane serwery rejestrujące mogą mieć postać samodzielnych, zamkniętych urządzeń lub komputerów z odpowiednim oprogramowaniem. W większości przypadków pełnią one także funkcje pomocnicze, na przykład pozwalają na sterowanie ruchem kamer ­sieciowych PTZ, realizują funkcje alarmowe etc. Przeważnie są to urządzenia bezobsługowe, zainstalowane w metalowej szafie umieszczonej w serwerowni lub innym dobrze chronionym pomieszczeniu technicznym (choć zdarzają się wyjątki od tej reguły).

Współczesne systemy monitoringu wizyjnego są obsługiwane za pośrednictwem tak zwanych stacji roboczych. Są to komputery z odpowiednim oprogramowaniem klienckim, wyposażone w karty graficzne pozwalające na podłączenie kilku monitorów, na których wyświetlane są obrazy z kamer. Stacje robocze pozwalają na realizację funkcji sterujących i administracyjnych, tak więc potwierdza się fakt, że w nowoczesnych systemach monitoringu wizyjnego bezpośredni dostęp do rejestratorów lub serwerów systemowych jest zbędny – obsługiwane są poprzez sieć, za pośrednictwem stacji roboczych.

Przykładowym oprogramowaniem, które może być wykorzystane do budowy sieciowego systemu monitoringu, jest pakiet SeeTec, dostępny w ofercie firmy S.P.S. Trading. Jest to nowoczesne, wielofunkcyjne oprogramowanie, którego opisowi zostanie poświęcony oddzielny artykuł; obecnie ograniczmy się jedynie do zasygnalizowania jego istnienia.

 

rys2

Fot. 1. Kamera szybkoobrotowa 2Mpx Sanyo VCC-HD5400P

 

Urządzenia należące do drugiej z wymienionych kategorii – czyli przełączniki i ewentualnie routery – stanowiące infrastrukturę sieciową systemu, są urządzeniami uniwersalnymi, nie związanymi ściśle z systemami monitoringu wizyjnego. Ze względów ekonomicznych mogą one stanowić fragment większych sieci realizujących inne zadania, takich jak sieci biurowe czy korporacyjne. Jednak dobrą praktyką jest rozdzielanie funkcji biurowych i funkcji związanych z monitoringiem na oddzielne instalacje.

Przełączniki sieciowe służą do podłączania wielu urządzeń do tej samej sieci IP, pełnią więc rolę inteligentnych rozgałęziaczy, eliminujących kolizje między urządzeniami, które chciałyby jednocześnie skorzystać z dostępu do sieci. Routery sieciowe służą do rozdzielania dużych sieci na mniejsze podsieci, ułatwiając tym samym administrowanie bardzo rozległymi instalacjami. Opis działania tych urządzeń wykracza poza ramy tej publikacji, warto jednak zdawać sobie sprawę z pełnionych przez nie funkcji.

Należy również wspomnieć o bardzo ważnym elemencie składowym każdej sieci IP, jakim jest jej okablowanie. Budowa okablowania jest zależna od wielu czynników, między innymi od wymagań dotyczących przepływności i fizycznej długości poszczególnych odcinków sieci. Przykładowo, na bazie okablowania strukturalnego, dostępnego w większości współczesnych budynków biurowych, możliwa jest budowa sieci określanej jako Fast Ethernet, w której przepływność jest ograniczona do 100 Mb/s, zaś długość poszczególnych odcinków nie może przekraczać 100 m. W rozległych obiektach, takich jak stadiony czy lotniska, konieczne jest stosowanie kabli światłowodowych, nie wykazujących tak drastycznych ograniczeń. Przykładowo, sieć określana jako Gigabit Ethernet zbudowana w oparciu o najtańszy światłowód wielomodowy zapewnia transmisję z przepływnością 1 Gb/s na odcinkach o długości nie przekraczającej 550 m, natomiast użycie światłowodu jednomodowego pozwala na transmisję na odległość rzędu 10 km.

 

rys3

Fot. 2. Panel tylny kamery sieciowej Sanyo VCC-HD2500P

 

Jak widać, rodzaj zastosowanego okablowania oraz typ połączenia jest zależny od rozległości sieci oraz od wymagań dotyczących jej przepływności. Należy nadmienić, że w sieciach rozległych często wykorzystywany jest rodzaj rdzenia, czyli części centralnej, która może mieć różną budowę w zależności od lokalnych warunków instalacyjnych.

Problemem, na jaki należy zwrócić szczególną uwagę, jest odległość. Poszczególne urządzenia sieciowe są rozmieszczone w sposób wynikający z pełnionych przez nie funkcji. Zadaniem instalacji kablowej jest połączenie tych urządzeń z siecią IP. Trudno wyobrazić sobie sytuację, w której rozmieszczenie kamer dobiera się pod kątem dostępności połączeń sieciowych. W praktyce jest odwrotnie, to znaczy budowę sieci trzeba dostosować do rozmieszczenia kamer.

Należy pamiętać, że kamery oraz inne urządzenia krańcowe, rozrzucone po obiekcie zgodnie z zamysłem funkcjonalnym, są w większości przypadków wyposażone w interfejsy Fast Ethernet. Oznacza to, że długość pojedynczych odcinków kablowych prowadzących do tych urządzeń nie może ­przekraczać 100 m. Jest to jeden z istotniejszych problemów, nad którymi musi się zastanowić projektant. W sieci tworzone są punkty węzłowe, do których zbiegają się kable kategorii piątej lub szóstej, stanowiące warstwę fizyczną instalacji Fast Ethernet. Połączenia między tymi punktami stanowią właśnie wspomnianą wyżej część rdzeniową sieci i są wykonywane w innej technologii, pozwalającej na pokonanie większych odległości oraz zapewniającej znacznie wyższą przepływność niż typowy Fast Ethernet.

Do czego jest potrzebna wysoka przepływność części rdzeniowej sieci? Odejdźmy na chwilę od tematu i zastanówmy się nad budową typowej sieci komputerowej w biurze lub w domu. Mamy tam do czynienia z urządzeniami, które w długich przedziałach czasowych nie stwarzają dużego obciążenia dla sieci IP. Z koniecznością szybkiej transmisji danych spotykamy się sporadycznie, na przykład w momencie wydruku wielu stron tekstu na drukarce sieciowej lub podczas przeglądania plików graficznych pobieranych z Internetu. W systemach ­monitoringu wizyjnego sytuacja wygląda zupełnie inaczej. Obciążenie sieci IP jest duże i utrzymuje się w sposób ciągły. Strumienie danych wytwarzane przez poszczególne kamery dochodzą do punktów węzłowych, a tam podlegają kumulacji, tworząc zwielokrotniony strumień danych, którego dalsza transmisja wymaga użycia sieci o znacznie większej przepływności.

Z tego względu część rdzeniową sieci traktuje się jako wydzielony fragment instalacji, wymagający szczególnego potraktowania. Istnieje wiele różnych topologii części rdzeniowych sieci IP, jednakże w przypadku projektowania systemów monitoringu wizyjnego dominują dwie z nich: gwiaździsta i pierścieniowa.

Jak sama nazwa wskazuje, pierwsza z nich przypomina gwiazdę, z ramionami rozchodzącymi się promieniście od jednostki centralnej do punktów węzłowych. Odcinki sieci tworzące ramiona gwiazdy są przeważnie budowane na bazie kabli światłowodowych i dysponują przepływnością co najmniej 1 Gb/s. W punkcie centralnym, którym może być specjalistyczny, zbiorczy przełącznik sieciowy lub serwer systemowy, następuje dalsza kumulacja strumieni danych, co wiąże się z koniecznością zastosowania technologii o przepływności co najmniej dziesięciu gigabitów na sekundę.

Część rdzeniowa sieci o topologii pierścieniowej ma inną budowę. Poszczególne punkty węzłowe sieci są połączone kolejno, każdy z dwoma sąsiednimi, tworząc zamknięty pierścień. Skumulowane strumienie danych, przychodzących do punktów węzłowych z kamer i innych urządzeń krańcowych, są przekazywane do części rdzeniowej, a stamtąd kierowane do kolejnych punktów węzłowych, by w końcu dotrzeć do jednostki centralnej, także włączonej w ten pierścień. Podobnie jak poprzednio, jednostką centralną może być specjalistyczny, zbiorczy przełącznik sieciowy lub serwer systemowy. Bardzo istotną zaletą topologii pierścieniowej jest jej nadmiarowość, zwana także redundancją. Dane mogą być transmitowane w obrębie pierścienia w dowolnym kierunku, co oznacza, że przerwanie któregoś z odcinków kabla nie powoduje przerwy w transmisji danych.

Jest to dość typowe podejście do tematu, gdyż z punktu widzenia projektanta systemu monitoringu wizyjnego fizyczna realizacja części rdzeniowej sieci może być dowolna, pod warunkiem że spełnia wymagania dotyczące przepływności oraz rozległości sieci. Przeważnie projektowaniem tego fragmentu instalacji zajmują się specjaliści od zagadnień sieciowych, dzięki czemu projektant systemu monitoringu może się skupić na zagadnieniach związanych ze sprzętem wizyjnym.

W kolejnych publikacjach z tej serii opisane będą poszczególne składniki wykorzystywane do budowy sieciowych systemów monitoringu bazujących na konkretnym sprzęcie, oferowanym przez firmę S.P.S. Trading.

Opracowanie: S.P.S. Trading

Zabezpieczenia 1/2011

 

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony