ЛВС для IP-відеоспостереження

1. Формування структури ЛВС для IP-відеоспостереження
2. Розрахунок трафіку в ЛВС IP-відеоспостереження
3. Майте на увазі:
4. Вибір мережевих інтерфейсів
5. 100 Мбіт / с - це не 100 Мбіт / с
6. Туди-сюди, або що таке повний дуплекс
7. вибір комутаторів
8. Керовані або некеровані комутатори? Мережеві технології та стандарти для IP-відеоспостереження
9. Підведемо підсумок
10. Агрегація каналів. Варіант розширення пропускної здатності
11. висновок:

При проектуванні системи IP-відеоспостереження фахівець-проектувальник вирішує безліч окремих завдань, збираючи систему в єдине ціле. Це вибір камер, місць їх установки, типорозміру і характеристик, вибір станційного устаткування і програмного забезпечення для вирішення завдання клієнта.

Окремою великою і важливою частиною в проектуванні IP-відеоспостереження є створення локальної обчислювальної мережі. У статті ми привели загальні рекомендації і підходи до проектування ЛВС для IP-відеоспостереження.

Формування структури ЛВС для IP-відеоспостереження

IP-відеоспостереження будується на базі технології Ethernet і враховує обмеження і можливості мережевих протоколів і стандартів, таких як RSTP, Link Aggregation, PoE і т.п. Класична структура ЛВС стандарту Ethernet - це зірка. У проектах наших партнерів ми нерідко зустрічаємо каскадне підключення комутаторів. Найчастіше це відбувається в ситуаціях, коли потрібно подолати обмеження на довжину мідного кабелю в 100 м.

Мінуси каскадного підключення - це затримка в передачі інформації, додатковий транзитний трафік для проміжних комутаторів і низька надійність. Переважною схемою є зірка. Якщо довжини міді в 100 метрів не вистачає, то слід переходити на оптику.

Незважаючи на те, що Ethernet - це деревоподібна архітектура типу «зірка», великого поширення в магістральних лініях має кільцева архітектура. «Кільце» призначене для збільшення надійності і живучості системи при обриві зв'язку. Дана топологія затребувана для периметральних і розподілених систем.

"Кільце" забезпечує захист від обриву ЛЗ, але вимагає підтримки режиму в комутаційному обладнанні і дорожче в монтажі і налаштуванні.

Технології, на яких базується кільцева інфраструктура, а також її переваги і недоліки, ми детально розібрали в статті Відеоспостереження на периметрі. Частина 3: побудова ЛВС, оптика, комутатори . Зараз не будемо детально на цьому зупинятися.

Оптимальна структура локальної мережі для IP-відеоспостереження наступна: периферійні комутатори приймають потік від камер і живлять їх по PoE, далі передають по міді або оптиці на якийсь центральний комутатор, так зване ядро ​​мережі. До нього підключається станційне встаткування, сервери, УРМ.

Тепер, коли ми розуміємо, що і звідки нам потрібно зібрати і куди передати, слід вибрати комутатори, але перед цим необхідно визначити, які потоки ці комутатори будуть приймати і передавати.

Розрахунок трафіку в ЛВС IP-відеоспостереження

Розрахунок трафіку необхідний для визначення вимог до мережних інтерфейсів активного обладнання (комутаторів) для виявлення потреб в агрегації каналів і визначення кількості мережевих інтерфейсів станційного обладнання (відеосерверов).

Розрахунок проводиться від IP-камер, як основного джерела генерації трафіку в ЛВС IP-відеоспостереження

Інформацію про потік з IP-камери можна взяти у виробника камер і ці дані будуть певною мірою точні. У той же час слід мати на увазі, що програмне забезпечення при підключенні до камери може змінювати деякі параметри і тим самим змінювати цей потік. Так, наприклад, ВО «Інтелект» змінює значення опорного кадру для якісної детекції руху і потік збільшується. Цю особливість ми врахували в нашому калькуляторі розрахунку відеосерверов .

Враховувати слід все потоки від камери, включаючи потік і на запис, і на відображення. В окремих випадках з камери може бути запитаний і третій потік, наприклад, для роботи відеоаналітики. Всі потоки складаються, і ми отримуємо трафік, який йде з IP-камер.

Майстер-клас з методикою розрахунку потоків в ЛВС для IP-відеоспостереження з конференції PROIPvideo2017:

Далі, в класичному варіанті, трафік йде через комутатори на сервери системи відеоспостереження та від серверів на УРМ. Однак, існує варіант, коли потік на відображення передається на УРМ моніторингу безпосередньо з камер відеоспостереження. Тим самим розвантажуються мережеві інтерфейси сервера.

Майте на увазі:

кожне підключення УРМ до камери запитує свій незалежний потік з камери. І якщо робочих місць оператора в системі декілька, то трафік в мережі на самій-то справі збільшується, і до того ж, ресурси камери можуть закінчитися: при певній кількості прямих запитів на підключення камера почне знижувати кількість к / с в видаваних потоках.

Який варіант вибрати для відображення камер на УРМ - отримувати потік з сервера, або безпосередньо з IP-камер? Однозначно відповісти складно. Потрібно вважати потоки на всіх вузлах мережі і шукати баланс між підтримкою мережі інтерфейсів сервера і завантаженням камер для видачі великої кількості потоків. Можете підключити наших інженерів, вони допоможуть у розрахунку з урахуванням можливостей ваших IP-камер.

Коли ми розуміємо які потоки в яких сегментах мережі потрібно передавати, можна вибрати пропускну здатність і кількість мережевих інтерфейсів.

Вибір мережевих інтерфейсів

З типом мережевих інтерфейсів все досить просто. Перерахуємо різновиди Ethernet, які найбільш поширені в IP-відеоспостереження:

• 100BASE-TX (100 Мбіт / с, Fast Ethernet). Використовує в якості середовища передачі даних мідну кручену пару категорії 5. Використовуються дві пари (чотири провідника). Відстань до 100 м. Режим повного дуплексу.
• 1000BASE-T (1 Гбіт / с, Gigabit Ethernet). Використовує мідну кручену пару категорії не нижче 5е. Задіє для прийому і передачі все 4 пари (вісім провідників). Відстань 100 м. Режим повного дуплексу.
• 10GBASE-T (10 Гбіт / с, 10G Ethernet). Мідна кручена пара категорії 6 для передачі на відстані до 55 м, і 6а - на відстані до 100 м. Режим повного дуплексу.

Всупереч розхожій думці, для Gigabit Ethernet можна використовувати той же кабель категорії 5е, що і для Fast Ethernet. Мережеві інтерфейси комутаторів в переважній більшості назад сумісні і можуть працювати з будь-якого режиму. Ви можете зустріти в специфікації комутаторів позначення 10/100 / 1000Т.

Для всіх технологій існують реалізації з використанням оптоволоконних багатомодових і одномодових кабелів.

100 Мбіт / с - це не 100 Мбіт / с

Номінальні значення швидкостей в 10, 100 Мбіт / с і 1Гбіт / с не слід плутати з пропускною спроможністю. Одна з найпоширеніших помилок, коли розрахунок сегмента мережі проводять виходячи з того, що через Fast Ethernet буде передаватися 100 Мбіт / с. Навіть в теорії це тільки 90 Мбіт / с, а в реальності 50-70 Мбіт / с для потоків в H.264. Це пов'язано з тим, що при передачі інформації в каналі присутній службовий трафік, тайм-аути, заголовки пакетів, біти і CRC-прибавки для контролю цілісності пакетів і т.п.

З урахуванням запасу слід проводити розрахунок виходячи з 40% завантаження каналу. Таким чином, ми маємо наступні рекомендовані швидкості:

• 40Мбіт / с для Fast Ethernet
• 400Мбіт / с для Gigabit Ethernet

Запас потрібний не тільки для розширення і модернізації, а й для того, щоб система справлялася з піковими навантаженнями, які можуть бути в системах відеоспостереження. Це, наприклад, включення і виключення світла в усій будівлі. Це робота, як не дивно, в нічний час, коли камера посилено намагається передати шуми матриці через нестачу освітлення.

Туди-сюди, або що таке повний дуплекс

Оперуючи обмеженнями мережевих інтерфейсів, фахівці-проектувальники часто підсумовують всі потоки в інтерфейсі. Наприклад, потік від камер на сервер і потік з сервера на УРМ моніторингу. Це ще одна поширена помилка.

Описуючи типи мережевих інтерфейсів, ми вказали на режим передачі даних - повний дуплекс. Це означає, що заявлена ​​швидкість передачі даних забезпечується в обидві сторони - до пристрою і від нього. Розрахунок потрібно проводити незалежно для прийнятих і переданих пристроєм потоків.

Full-duplex дозволяє проводити розрахунки на вхідні та вихідні потоки незалежно

Сказане означає, що якщо сервер має мережний інтерфейс 1 Гбіт / с, то розрахунок потрібно проводити виходячи з обмеження в прийомі потоку від камер - 400 Мбіт / с, і в передачі на робочі місця моніторингу - також 400 Мбіт / с.

вибір комутаторів

Після розрахунку пропускної здатності сегментів ЛОМ і вибору типів мережевих інтерфейсів можна переходити до вибору комутаторів. Що потрібно від комутатора в IP-відеоспостереження?

Визначимо вимоги до комутатора виходячи зі специфіки роботи в системах IP-відеоспостереження:

• пропускна спроможність
  комутатор повинен прийняти задані потоки і передати одержувачам. Існує такий параметр, як внутрішня пропускна здатність комутатора. Він вимірюється в десятках і сотнях Гбіт / с. Даний параметр рідко зустрічається в коротких специфікаціях. Пов'язано це з тим, що всі сучасні комутатори забезпечують повну пропускну здатність по всіх портах одночасно. Немає проблем з пропускною спроможністю!
• бюджет PoE
  в описі на комутатор зверніть увагу не тільки на специфікацію портів PoE (можливість видачі камері необхідної потужності), а й на загальний бюджет PoE. Бюджет PoE - максимальна сумарна потужність, яку комутатор забезпечує по всіх портах PoE. У більшості випадків вона менше, ніж сума номінальних значень потужностей всіх інтерфейсів з PoE цього комутатора;
• рівень комутатора
  Найчастіше питання - керований або некерований комутатор використовувати? Який рівень комутатора потрібно? Базові рекомендації: для периферійних комутаторів закритої системи відеоспостереження можна використовувати некеровані комутатори. В якості центрального комутатора (ядра мережі) рекомендується використовувати керований комутатор 2-го або 3-го рівня. Керовані комутатори 2-го рівня також знадобляться для побудови кільця. Детальніше скажемо про це нижче;
• підтримка мережевих протоколів і технологій
  в відеоспостереження можуть бути затребувані: агрегація каналів IEEE 802.3ad - об'єднання декількох інтерфейсів в один віртуальний канал передачі інформації, QoS, VLAN і шифрування - можуть знадобитися, якщо система відеоспостереження інтегрована в загальну локальну мережу замовника.

Настійно рекомендується забезпечити запас за кількістю портів і бюджету PoE в розмірі 20-30%. Запас дозволить забезпечити розширення і модернізацію системи відеоспостереження.

Керовані або некеровані комутатори? Мережеві технології та стандарти для IP-відеоспостереження

Рівні комутаторів Мережеві технології та стандарти Некеровані комутатори PoE Комутатори 2-го рівня Link Aggregation, VLAN, RSTP, QoS Комутатори 3-го рівня DHCP, PORT FORWARDING, VPN

Вибір керованого комутатора повинен бути обгрунтований, бо це значні додаткові витрати. Керовані комутатори рівня ядра мережі досить дороги. Перелічимо основні технології та стандарти, доступні для комутаторів різного рівня.

Детальніше про перерахованих технологіях і мережевих стандартах

PoE - Технологія Power over Ethernet (PoE) - забезпечує живлення пристроїв, підключених до мережі Ethernet, за допомогою кабелю, використовуваного для передачі даних. Технологія Power over Ethernet стала де факто стандартом для подачі живлення IP-камерам.

IEEE 802.3ad Link aggregation for parallel links - агрегування каналів. Використовується для підвищення пропускної здатності каналу. Фактично, це об'єднання декількох портів в один високошвидкісний порт з сумарною швидкістю об'єднаних портів. Максимальна швидкість віртуального каналу визначена стандартом IEEE 802.3ad і становить 8 Гбіт / сек.

IEEE 802.1q або віртуальні мережі (VLAN) - протокол дозволяє всередині однієї фізичної мережі побудувати кілька окремих логічних мереж (віртуальних мереж). Наприклад, якщо на об'єкті IP-камери працюють в існуючій офісної мережі замовника, то за допомогою VLAN можна виділити окрему підмережу для відеоспостереження.

IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) - протокол дозволяє управляти логічними кільцями всередині ЛВС, приводячи її до деревовидної структури. Основне завдання протоколу RSTP - підвищення відмовостійкості всієї ЛВС і запобігання закільцьовування трафіку.

IEEE 802.1p priority queues (QoS) - можливість надання різних класів трафіку різних пріоритетів в обслуговуванні за допомогою різних технологій. Одна з поширених технологій, реалізована в комутаторах 2-го рівня і вище - це DSCP (Differentiated Service Codepoint - поле коду диференціювання трафіку), за допомогою якої комутатори здатні визначати тип даних в пакеті даних і таким чином розподіляти пакети по типу потоку інформації, що має різний пріоритет для пересилки.

QoS затребувана в ситуації, коли потрібно забезпечити гарантовану смугу пропускання для робочого трафіку і трафіку від IP-камер при роботі в існуючій мережі замовника. Або для виділення пріоритету сервісного трафіку в мережі IP-камер - управління PTZ, команди управління, події від камер і т.п.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамічної настройки вузла) - мережевий протокол, що дозволяє пристроям в ЛВС автоматично отримувати IP-адресу для роботи в мережі TCP / IP. Не використовується для IP-відеоспостереження через вимоги фіксованих IP-адрес в камерах і серверах в більшості ПО відеоспостереження.

PORT FORWARDING - це технологія, яка дозволяє звертатися з Інтернет до сервера або IP камері у внутрішній мережі за маршрутизатором. Доступ здійснюється за допомогою перенаправлення трафіку певних портів з зовнішнього адреси маршрутизатора на адресу обраного сервера або IP-камери в локальній мережі.

VPN (Virtual Private Network - віртуальна приватна мережа) - ця технологія дозволяє забезпечити один або кілька мережних з'єднань (логічну мережу) поверх іншої мережі (наприклад, Інтернет). Часто використовується для об'єднання віддалених об'єктів розподіленої архітектури в одну приватну сіть.

Підведемо підсумок

Якщо у вас замкнута система відеоспостереження і виділена мережа, то досить некерованих комутаторів. В цьому випадку їх завдання - живити камери і передати трафік на станційне обладнання.

Якщо ж ви знаєте, що системі доведеться працювати в локальній мережі замовника або віддавати трафік на сторону, а вже тим більше, якщо у вас велика розподілена система, то рекомендуємо застосовувати керовані комутатори 2-го рівня, а для ядра мережі - комутатор 3-го рівня.

У будь-якому випадку, якщо у вас виникають труднощі з підбором активного обладнання - звертайтеся до наших фахівців, ми обов'язково підберемо оптимальне і точно працююче рішення.

Агрегація каналів. Варіант розширення пропускної здатності

Агрегація каналів. Страшне назва, а насправді все досить просто. Технологія дозволяє об'єднати кілька фізичних каналів в один віртуальний.

Трафік в цьому випадку йде паралельно, і пропускна здатність збільшується кратно. Агрегація може бути застосована для розширення каналу на станційне обладнання, за умови, що мережева карта підтримує цю технологію.

Ще один варіант використання агрегації каналів - підвищення відмовостійкості мережі. При обриві одного лінка в агрегованому каналі трафік перерозподіляється на інші. При такому підході лінії зв'язку між комутаторами повинні йти різними шляхами, тоді ймовірність пошкодження двох лінків буде мінімальна, і завдання підвищення «живучості» системи буде виконана.

Агрегація вимагає настройки в комутаторі. Процедура настройки агрегованого каналу досить проста і не передбачає наявності спеціальних знань.

Детально про побудову ЛВС для IP-відеоспостереження - в нашому вебінарі

висновок:

Точний розрахунок потоків і вивірений підхід до підбору мережевого обладнання забезпечать гарантію безперебійної роботи системи відеоспостереження, її швидкого запуску в роботу, можливість подальшого розширення і модернізації.

Якщо у вас є завдання або вже готовий проект, який потрібно перевірити, ви завжди можете розраховувати на допомогу фахівців інженерного відділу компанії Відеомакс. Ми вже більше 12 років консультуємо наших партнерів по проблемам побудови систем відеоспостереження і відмінно розбираємося у всіх питаннях, з цим пов'язаних. Всі консультації безкоштовні. Скористайтеся допомогою професіоналів за телефоном 8 800 302-55-46, або напишіть листа на [email protected]

Дану статтю доповнює інформація про фізичному рівні ЛВС для IP-відеоспостереження - СКС. у статті СКС для IP-відеоспостереження ми детально виклали основні особливості і тонкощі побудови кабельної системи для відеоспостереження.