Podstawowym elementem komunikacyjnym w ka¿dym sieciowym systemie monitoringu jest protokó³ internetowy IP (Internet Protocol). Jest to podstawowy protokó³ sieciowy wykorzystywany w sieci Internet i do jego g³ównych zadañ nale¿y: komunikacja i transmisja danych. G³ówn± zalet± protoko³u IP jest jego skalowalno¶æ, która sprawia, ¿e bardzo dobrze sprawdza siê zarówno w ma³ych, jak i bardzo du¿ych instalacjach. Dodatkowo na korzy¶æ protoko³u IP wp³ywa fakt, i¿ jest on obs³ugiwany przez coraz wiêksz± gamê bardzo wydajnych, tanich i sprawdzonych w praktyce urz±dzeñ i technologii. W tym dziale omówimy rozwi±zania, które pozwalaj± na przesy³ i pe³ne wykorzystanie sieciowych systemów monitoringu IP.
Sieæ Ethernet to obecnie podstawowe wyposa¿enie ka¿dego nowopowsta³ego budynku. W zdecydowanej wiêkszo¶ci wspó³czesnych biur komunikacja pomiêdzy poszczególnymi komputerami odbywa siê z wykorzystaniem protoko³u TCP/IP i sieci Ethernet. G³ówn± zalet± sieci IP jest szybka transmisja danych oraz niski koszt budowy. Ponadto, wiêkszo¶æ wspó³czesnych komputerów jest standardowo wyposa¿ana w interfejs Ethernet w postaci karty sieciowej NIC (ang. Network Interface Card).
Wyró¿niamy kilka typów sieci Ethernet:
Chocia¿ w wiêkszo¶ci wspó³czesnych budynków istniej± sieci kablowe, to jednak w niektórych przypadkach zachodzi konieczno¶æ zastosowania sieci bezprzewodowej. Sieæ bezprzewodowa mo¿e w niektórych sytuacjach okazaæ siê rozwi±zaniem korzystniejszym dla u¿ytkownika, zarówno ze wzglêdów finansowych, jak i funkcjonalnych. Sieci bezprzewodowe doskonale sprawdzaj± siê w obiektach, gdzie instalacja kabli wi±¿e siê z uszkodzeniem wnêtrza lub jest utrudnione ze wzglêdu na architekturê obiektu. Innym bardzo czêstym zastosowaniem sieci bezprzewodowych jest realizacja komunikacji pomiêdzy budynkami lub miejscami gdzie prowadzenie okablowania wi±¿e siê z wysokimi kosztami instalacji.
Technologie komunikacji bezprzewodowej stosuje siê zarówno w analogowych systemach monitoringu, jak i w sieciowych systemach wizyjnych. Sieci bezprzewodowe mo¿emy podzieliæ na dwie g³ówne kategorie:
Wspó³czesne sieci bezprzewodowe pracuj± w kilku standardach, które ró¿ni± siê miêdzy sob± przede wszystkim czêstotliwo¶ci±, przepustowo¶ci± i zasiêgiem transmisji.
Niektóre z dostêpnych na rynku rozwi±zañ bezprzewodowej transmisji danych mog± wykorzystuj± inne standardy ni¿ dominuj±cy standard 802.11b/g. Jednym z takich rozwi±zañ s± mosty bezprzewodowe, które dziêki wykorzystaniu innych standardów cechuj± siê zdecydowanie wiêksz± wydajno¶ci± oraz znacznie wiêkszym zasiêgiem transmisji danych. Dodatkowo korzystaj± z zabezpieczeñ sieciowych o najwy¿szym poziomie bezpieczeñstwa. Przewa¿nie s± to systemy korzystaj±ce z ³±czy mikrofalowych lub laserowych (systemy optyczne). W przypadku ³±czy mikrofalowych mo¿emy osi±gn±æ przepustowo¶æ nawet na poziomie 1 Gb/s na bardzo du¿± odleg³o¶æ do 80km. Innym rozwi±zaniem s± systemy satelitarne, które jednak ze wzglêdu na mo¿liwo¶æ wystêpowania opó¼nieñ w przesyle sygna³ów (transmisja do satelity i z powrotem na Ziemiê) nie jest to najlepsze rozwi±zanie w przypadku sterowanych kamer szybkoobrotowych. Ponadto, korzystanie z systemów satelitarnych jest te¿ bardzo kosztowne.
Ze wzglêdu na charakter infrastruktury sieci bezprzewodowych (ka¿da osoba z odpowiednim urz±dzeniem i znajduj±ca siê w zasiêgu mo¿e uzyskaæ dostêp) ka¿d± sieæ bezprzewodow± nale¿y odpowiednio zabezpieczyæ. Szczegó³owe informacje na temat bezpieczeñstwa transmisji w sieciowych systemach monitoringu wizyjnego znajd± Pañstwo w artykule: Bezpieczeñstwo transmisji IP.
Adres IP to unikalna nazwa ka¿dego urz±dzenia sieciowego, po której jest ono identyfikowane w ka¿dej sieci komputerowej korzystaj±cej z protoko³u internetowego IP. Adres IP sk³ada siê z czterech liczb oddzielonych kropkami, a ka¿da z nich ma warto¶æ z zakresu od 0 do 255. Przyk³adowy adres IP: 212.160.173.247.
Ka¿dy adres IP jest podzielony na dwie czê¶ci – czê¶æ sieciow± i komputerow±. Granic± miêdzy dwoma czê¶ciami wyznaczana jest przez maskê sieci i d³ugo¶æ prefiksu. Przyk³adowa maska sieci 255.255.255.0.
Okre¶lone bloki adresów IP zosta³y zastrze¿one do u¿ytku prywatnego i nie mog± byæ przekazywane do publicznej sieci Internet:
Obecnie wiêkszo¶æ urz±dzeñ i sieci komputerowych pracuje zgodnie ze standardem IPv4. W ostatnim czasie pojawi³a siê udoskonalona wersja protoko³u internetowego IPv6, i przez najbli¿szy czas bêdzie równolegle stosowana ze swoim poprzednikiem. Protokó³ IPv6 ma wiele zalet, a jego g³ównym zadaniem jest umo¿liwienie sta³ego rozwoju sieci Internet. Podstawow± ró¿nic± jest wyd³u¿enie adresów IP z 32 do 128 bitów. Ponadto, protokó³ IPv6 pozwala na nieograniczon± obs³ugê liczy sieci i systemów.
Najbardziej rozpowszechnionym protoko³em do transmisji danych po sieci IP jest protokó³ TCP/IP i to on najczê¶ciej jest wykorzystywany do przesy³u danych. Obrazy z kamer IP przewa¿nie transmitowane s± za pomoc± protoko³u TCP (Transmission Control Protocol) i UDP (User Datagram Protocol).
Protokó³ TCP zapewnia niezawodny kana³ transmisji, oparty na po³±czeniu. Ponadto, dokonuje automatycznego podzia³u du¿ych ilo¶ci danych na mniejsze pakiety, przystosowane do wykorzystywanej sieci fizycznej oraz gwarantuje, ¿e dane wys³ane z jednego miejsca zostan± odebrane w innym miejscu.
Protokó³ UDP w odró¿nieniu od TCP jest protoko³em bezpo³±czeniowym, który nie gwarantuje dostarczenia wys³anych danych, pozostawiaj±cym funkcje kontroli i sprawdzania b³êdów samej aplikacji.
Protoko³y TCP/IP i porty stosowane do transmisji obrazu w sieci komputerowej:
W sieciowych systemach monitoringu podobnie jak w tradycyjnych sieciach komputerowych mo¿na wyró¿niæ kilka metod transmisji danych. Do najczê¶ciej spotykanych metod transmisji mo¿emy zaliczyæ:
Zasilanie urz±dzeñ monitoringu przez sieæ Ethernet, w postaci technologii PoE (ang. Power over Ethernet) pozwala na integracjê funkcji zasilania w standardowej infrastrukturze sieci komputerowej LAN. Technologia Power over Ethernet umo¿liwia zasilanie kamer IP i innych urz±dzeñ sieciowych, za pomoc± tego samego kabla, który jest stosowany do po³±czeñ sieciowych. Dziêki PoE eliminujemy koniczno¶æ stosowania gniazdek elektrycznych oraz minimalizujemy koszty zwi±zane z dodatkowym okablowaniem zasilaj±cym. Funkcja PoE sprawia, ¿e instalacja kamer jest ³atwiejsza. Dodatkowo, dziêki PoE mamy mo¿liwo¶æ stosowania zasilaczy awaryjnych UPS, które zapewniaj± pracê ci±g³±.
Technologia zasilania bezpo¶rednio z sieci IP za pomoc± funkcji PoE zosta³a znormalizowana przez standard IEEE 802.3af. Technologia PoE nie zmniejsza siêgu i jako¶ci transmisji danych, chocia¿ zasilanie i przesy³ danych s± realizowane za po¶rednictwem tego samego przewodu. Power over Ethernet zapewnia zasilanie do 15,4W po stronie prze³±cznika sieciowego, co w przypadku urz±dzeñ i kamer wewnêtrznych przek³ada siê na maksymalny pobór rzêdu 12,9W. W przypadku kamer zewnêtrznych, kamer PTZ i urz±dzeñ z czê¶ciami mechanicznymi pobór mocy zwykle przekracza t± warto¶æ, przez co funkcjonalno¶æ PoE w ich przypadku jest mniejsza. Niektórzy producenci oferuj± te¿ niestandardowe produkty zastrze¿one prawnie, zapewniaj±ce odpowiednie zasilanie tak¿e dla takich zastosowañ. Ze wzglêdu na niestandardowo¶æ wspó³praca produktów ró¿nych producentów jest utrudniona lub wrêcz niemo¿liwa. Standard 802.3af zapewnia równie¿ obs³ugê tzw. klasyfikacji zasilania, która sprawia, ¿e prze³±cznik mo¿e rezerwowaæ wystarczaj±c±, a nie nadmiern±, moc dla kamery, dziêki czemu jest w stanie zasiliæ wiêcej urz±dzeñ zgodnych z technologi± PoE.
Technologie Power over Ethernet pozwala na zasilanie urz±dzeñ bezpo¶rednio z portów danych, do których zosta³y pod³±czone urz±dzenia sieciowe. PoE korzysta ze standardowego okablowania sieciowego, najczê¶ciej z przewodów miedzianych kategorii 5. Obecnie wiêkszo¶æ dostêpnych na rynku prze³±czników sieciowych obs³uguje standard PoE. Na poni¿szym schemacie pokazano w jaki sposób kamera sieciowa mo¿e pobieraæ zasilanie z kabla sieciowego i konturowaæ pracê nawet w przypadku awarii zasilania.
Zasilanie urz±dzeñ w infrastrukturze LAN poprzez funkcjê PoE automatycznie jest za³±czane w przypadku zidentyfikowania urz±dzenia zewnêtrznego zgodnego z tym standardem, za¶ blokowane w przypadku urz±dzeñ starszych, niezgodnych ze standardem IEEE 802.3af. Takie rozwi±zanie pozwala na bezpieczne stosowanie w jednej sieci zarówno urz±dzeñ nowoczesnych z obs³ug± PoE, jak i urz±dzeñ starszych nie obs³uguj±cych tego standardu.
Maciej Mijalski
CTR PARTNER