Радіоканал в системах відеоспостереження

1. Wi-Fi і трохи теорії
2. WiMAX і трохи більше теорії
3. Звернути увагу
4. Радіорелейний зв'язок.
5. Стільниковий зв'язок. Довідкове відступ.
6. Приклади використання з'єднання по радіоканалу в системах відеоспостереження.
7. Ліцензування
8. Плюси і мінуси різних стандартів зв'язку для передачі відеоданих
9. Висновок
10. звернути Рамус

Нерідко в практиці проектування систем відеоспостереження зустрічається ситуація, коли проектувальник стикається, що називається, з «обставинами непереборної сили», опиняючись в замішанні. Однією з таких ситуацій є необхідність організувати з'єднання там, де прокладка кабелю неможлива, або утруднена.

Прикладів досить багато. Це можуть бути рухомі об'єкти, наприклад, ліфти. Або об'єкти, де особливістю є трудність прокладки комунікацій, об'єкти, що знаходяться на значній відстані один від одного, де, скажімо, прокладання оптичного кабелю невиправдано для бюджету або утруднене особливостями місцевості. Дорожнеча, а іноді і фізична неможливість прокладання кабельних ліній може бути обумовлена ​​насиченістю кабельної структури, господарських комунікацій, системи трубопроводів і т.п. Окрему категорію складають об'єкти, для яких взагалі критично будь-яке втручання в їх структуру: пам'ятники архітектури, музеї, історичні об'єкти. В таких обставинах подібні завдання можуть перетворитися на справжню проблему.

Рішення лежить на поверхні - використання зв'язку по радіоканалу. У багатьох ситуаціях воно може бути єдиною альтернативою. Про те, наскільки це просто або складно, про особливості застосування такого рішення ми сьогодні поговоримо, і дамо деякі рекомендації щодо застосування радіозв'язку для задач відеоспостереження.

Wi-Fi і трохи теорії

Сьогодні існує велика кількість різних стандартів бездротового зв'язку, багато з яких призначені для забезпечення абонентів доступом до тих чи інших комунікативних сервісів, будь то стільниковий зв'язок або доступ в Інтернет для користувачів локальних і мобільних мереж.

Один з найпоширеніших подібних стандартів, IEEE 802.11, або Wi-Fi, який працює в частотних діапазонах 2,4 ГГц і 5 ГГц найбільш доступний для застосування, тому що обладнання досить дешево і дозволяє швидко організувати радіоміст на невеликій відстані.

У тій частині ультракороткого діапазону, до якої відносяться частоти Wi-Fi довжина хвилі становить кілька сантиметрів. Такі радіохвилі поширюються переважно в межах прямої видимості, тому що НЕ огинають перешкоди і погано проходять через тверді об'єкти. Для середньостатистичного WiFi-роутера максимальна дальність передачі сигналу становить приблизно 50 м для закритих приміщень і до 100-200 м для відкритого простору, але фактичне відстань залежить від безлічі факторів, будь то перешкоди від інших пристроїв або погодні умови, якщо з'єднання відбувається на відкритій місцевості . І тут вже багато що залежить від ступеня спрямованості і коефіцієнта посилення антен, якими оснащено пристрій.

WiMAX і трохи більше теорії

Інший технологією є стандарт IEEE 802.16, так званий WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Networks), більш відомий під ім'ям WiMAX. Хоча остання назва не цілком точно, ми будемо застосовувати його через більшу расхожесті терміна. WiMAX має на увазі передачу сигналу в більш широкому діапазоні частот, ніж звичайний Wi-Fi, приблизно від 1 ГГц до 10 ГГц для абонентського обладнання і, відповідно, забезпечує велику зону покриття і показники швидкості.

Говорячи про WiMAX, варто сказати, що оскільки спочатку ця технологія розроблялася як стандарт для операторів - постачальників широкосмугового доступу до міських бездротових мереж, у апаратної частини даного стандарту слід розділяти базове приймально-передавальне обладнання, схоже зі станціями стільникових операторів, і абонентське обладнання «останньої милі », подібне точок доступу і роутера WiFi. Відповідно, їх призначення та характеристики різняться застосування до відеоспостереження також має свою специфіку, про що ми ще поговоримо.

У питанні швидкостей і відстаней присутній один важливий момент, можна навіть сказати, маркетингова хитрість

Коли ми чуємо, що будь-яка з модифікацій стандартів Wi-Fi або WiMAX, (а також і інших, наприклад, мобільного зв'язку) дозволяє отримати з'єднання на якомусь «максимальній відстані», припустимо, 50 км, ми повинні розуміти, що при цьому мова йде про мінімальні швидкостях в каналі передачі даних. У переважній більшості специфікацій, в графах «Пропускна здатність» і «Відстань» вказуються максимальні значення, які самі по собі будучи досяжними для даного стандарту, не можуть бути отримані одночасно.

Якщо говорити більш конкретно, то, наприклад, для базового обладнання WiMAX 802.16d реальні значення швидкості і дальності будуть коливатися в районі 50-75 Mb / s на відстані до 3-4 км в ідеальних погодних умовах і при мінімальних перешкодах, хоча для даної модифікації стандарту заявлені максимальні швидкість і дальність до декількох десятків Mb / s і десятків кілометрів відповідно для специфікацій стаціонарного обладнання, тобто базових станцій для мереж WiMAX.

Аби краще зрозуміти деякі принципи бездротового зв'язку, на якому б стандарті вона ні базувалася, необхідно пам'ятати, що пропускна здатність (ширина каналу) і відстань обернено пропорційні один одному. Наприклад, стандарт Wi-Fi 802.11n всередині діапазону 2400-2483,5 МГц має канали шириною 40 МГц. Саме за рахунок збільшення ширини каналу збільшується швидкість трафіку. Таким чином, присутній наступна залежність (спрощено): чим ширше смуга пропускання, тим вище всередині неї швидкість передачі даних, але тим менше відстань, на які ці дані можна передати. Відповідно, вірно і зворотне: якщо ви хочете збільшити дальність зв'язку, то доведеться пожертвувати швидкістю при зменшенні ширини каналу, якщо звичайно ступінь спрямованості антени і коефіцієнт посилення передавача залишаться колишніми.

Відносно установки обладнання теж є свої нюанси.

Хоча ми знаємо, що хороший WiFi-роутер здатний забезпечити потужність сигналу для подолання декількох твердих перешкод, наприклад, стін, необхідно чітко розуміти, що для організації стабільного з'єднання для передачі такого мережевого трафіку, як відеопотік від IP-камер, пряма видимість, або, як кажуть, LOS (line of sight), приймально-передавальних пристроїв практично необхідна. Від цього залежить надійність з'єднання і швидкість передачі даних.

Що стосується технології WiMAX, то і тут формально пряма видимість точок доступу не має значення. Це в загальному справедливо для частот в межах 1-3 Ггц. Оскільки деякі редакції стандарту мають на увазі роботу на даних частотах, то для простої установки зв'язку відсутність прямої видимості в цьому випадку може бути некритичним. Однак, для отримання тих значень відстаней і швидкостей, які необхідні для передачі трафіку в системі IP-відеоспостереження в зоні прямої видимості є абсолютно обов'язковою умовою.

З вимогою отримання більш надійного з'єднання пов'язана поява ще одного стандарту, точніше, подстандарту, що відноситься більше до області пропрієтарних рішень і про нього не можна не згадати. Мова йде про так званому Pre-WiMAX. Дана модифікація неофіційно позиціонується (і рекламується) як «стандарт стабільного зв'язку» і відрізняється від WiMAX тільки тим, що умова прямої видимості точок установки устаткування передбачається тут в обов'язковому порядку.

Звернути увагу

Відзначимо, що в плані перспектив розвитку технологія WiMax, як середовище многообонентского доступу, зараз витісняється мобільними стандартами сімейства 4G, наприклад, такими, як LTE. Але це «зовсім інша історія», яка виходить за рамки даного обговорення.

Радіорелейний зв'язок.

Якщо необхідно передати трафік з більшою швидкістю і на великі відстані, то доведеться застосовувати рішення на основі радіорелейного зв'язку.

Зазвичай радіорелейний зв'язок асоціюється з чимось глобальним, дорогим і застосовним тільки в крайньому випадку, який би галузі це не стосувалося, і іноді це не далеко від істини. Але насправді не все так складно, як здається на перший погляд і тут поряд з дійсно дорогими рішеннями існують цілком компромісні варіанти, прийнятні за складністю реалізації та вартості в рамках багатьох проектів.

Як правило, «радіорелейка» використовується там, де необхідно забезпечити найбільш надійний комунікацію на відстані до декількох десятків кілометрів, а в разі ретрансляції сигналу і на значно більші відстані. Такий зв'язок працює в частотних діапазонах до 80-100 ГГц.

Радиорелейное обладнання сьогодні являє собою досить компактні рішення, що встановлюються на дахах будівель або на окремих опорах. Підрозділяється на повністю зовнішню систему (виконання), коли антена, приймач, передавач і комутаційний блок представляють собою єдиний пристрій, зібране в одному корпусі, і на змішану, двох-трьох компонентну систему, що включає зовнішню антену і блок приймача-передавача з інтегрованим або винесеним в окремий пристрій комутатором (так званим модулем ущільнення частотного тракту, або модулем доступу) для підключення до мережі Ethernet. В останньому випадку антена і приймально-передавальний пристрій встановлюються на місцевості, а комутаційний блок може розташовуватися усередині приміщення на значній відстані (до сотень метрів) від антен. Модуль доступу, незалежно від того, інтегрований він або виконаний в окремому корпусі, може мати кілька гігабітних портів, можливість установки FSP-модулів для підключення оптичного кабелю і резервовану блок живлення. Такі комутаційні блоки можуть обробляти сигнал від декількох приймально-передавальних пристроїв.

Пряма видимість обладнання тут є строго необхідною умовою для встановлення зв'язку, оскільки хвилі тих довжин, які відповідають частотних діапазонах від 10 ГГц і вище вже абсолютно нездатні проникати крізь тверді перешкоди і огинати їх. З цим пов'язано і обмеження по довжині сегмента між сусідніми станціями, тому що з урахуванням радіуса кривизни Землі для забезпечення прямої видимості на відстанях в декілька десятків кілометрів приймально-передавальні пристрої необхідно розміщувати на значній висоті від поверхні.

Радиорелейное обладнання також поділяється в залежності від підтримки полнодуплексного режиму, тобто можливості одночасної передачі сигналу в двох напрямках і може бути канальним (half duplex) або магістральним (full duplex). Так само, як і в випадку з WiFi і WiMAX передача відбувається в деякому частотному діапазоні, припустимо, 15 ГГц, з виділеної шириною каналу (як правило, 28 МГц або 56 МГц). Повторимо, що чим вужчим є канал, тим він потужніший, тим більше дальність зв'язку і менше помилок трафіку, але менше і пропускна здатність. Для збільшення швидкості передачі даних доведеться задіяти більш широкий канал, жертвувати потужністю і відстанню. При цьому вартість обладнання безпосередньо залежить від значення наведених параметрів. Скажімо, для передачі на кілька десятків кілометрів потоку зі швидкістю 1 Gb / s в повному дуплексі необхідно використовувати магістральний обладнання з великою шириною каналу - 500 МГц і більше (найчастіше, це об'єднання декількох каналів всередині загального діапазону), а ціна такого комплекту може досягати декількох мільйонів рублів.

Для менших швидкостей і відстаней на ринку існують більш дешеві, але не менш надійні в роботі рішення на основі канальних радіорелейних станцій. Наприклад, для доставки потоку 500 Мб / c на відстань в 3-5 км буде достатньо обладнання вартістю не більше 300-400 т.р. за повний комплект.

Стільниковий зв'язок. Довідкове відступ.

Що стосується стільникового зв'язку щодо організації з її допомогою радіоканалу для з'єднання сегментів локальної мережі, то дозволимо собі навести деякі питання, які можна почути в даному контексті і які найкраще ілюструють ситуацію в цій темі.

Питання: Чому стільниковий зв'язок малозастосовна для з'єднання мережної частини системи відеоспостереження по радіоканалу?

Відповідь: Мала пропускна здатність частотних діапазонів стандартів мобільного зв'язку, таких, як GSM, UMTS і т.д.

Питання: А як же 4G? Там же заявлені величезні швидкості?

Відповідь: Дані швидкості вірні для невеликих відстаней. Сам принцип стільникового зв'язку передбачає велику кількість точок ретрансляції з високою щільністю охоплення і, в будь-якому випадку, змінною швидкістю з'єднання, що є неприйнятним для відеоспостереження з вимогою стійкого каналу.

Питання: А базове устаткування стільникових операторів? Хіба там нестабільна швидкий зв'язок?

Відповідь: Базове обладнання стільникових станцій знаходиться в іншій апаратній і цінової категорії, а також в іншому полі тех. вимог (зв'язок LOS), ніж абонентське обладнання 4G. У цьому сенсі воно нічим не відрізняється від того ж базового WiMAX, який ми і розглядаємо.

Крім того, мобільний і стаціонарний зв'язок спочатку належать до різних сегментів радіокомунікацій, мають відмінні стандарти і цільове призначення. Так, наприклад, специфікації стандартів мобільного зв'язку регламентують в тому числі швидкість руху приймає сигнал абонента.

Приклади використання з'єднання по радіоканалу в системах відеоспостереження.

Яким чином може застосовуватися зв'язок по радіоканалу для передачі даних в системах відеоспостереження? Які рішення будуть достатніми, а які надмірними? Як не переплатити і в той же час отримати надійну роботу устаткування і гарантовано передати трафік, не втративши ні біта даних?

Почнемо з самого простого способу, з'єднання по WiFi-каналу. Таке з'єднання, як ми говорили вище, забезпечить не дуже високу пропускну здатність на невеликій відстані. Але для певних завдань цього може виявитися достатньо. Хороший приклад - відеоспостереження в ліфтовій кабіні. Для отримання потоку з однієї камери знадобиться два комплекти приймально-передавального обладнання з вузьконаправленими антенами, встановленими в шахті ліфта в прямої видимості один від одного. Ми докладно висвітлювали цю тему в статті і посібнику . У такій схемі підключення пристрій, встановлений на кабіні ліфта, працює в якості передавальної станції, інше, підключений в дротову локальну мережу - як класичної точки доступу.

За співвідношенням якість / ціна - бездротової WiFi-міст в ліфтовій кабіні - незамінне рішення, яке обійдеться не більше ніж в кілька сот доларів.

За співвідношенням якість / ціна - бездротової WiFi-міст в ліфтовій кабіні - незамінне рішення, яке обійдеться не більше ніж в кілька сот доларів.

Тут потрібно відзначити важливу обставину. Під час підготовки бездротової мережі до роботи завжди необхідно порівнювати смугу пропускання точки доступу і вимоги, що пред'являються мережевими пристроями до смуги пропускання. Як правило, ефективна пропускна здатність, підтримувана певними стандарт безпроводової локальної мережі майже вдвічі менше швидкості передачі даних, передбаченої стандартом через втрати, пов'язані з трансляцією службових і протокольних сигналів і пакетів. Наприклад, якщо мережеві камери підтримують стандарт 802.11g, то, відповідно до рекомендацій деяких виробників, до точки доступу взагалі можна підключити не більше чотирьох-п'яти таких камер, незалежно від величини потоку з кожної з них. І це ще за умови, що частотні канали вільні і передачі не заважає WiFi-точка ваших сусідів.

Якщо ж необхідно доставити не дуже об'ємний трафік, такий, як потік від тієї ж IP-камери, але на більшу відстань, скажімо, кілька сотень метрів, або припустимо, встановити зв'язок між двома будівлями і передавати потік з групи камер, то можна застосувати більш потужну технологію бездротового з'єднання - WirelessMAN (WiMAX), зокрема, абонентське обладнання WiMAX, (тобто, ті ж точки доступу), яке забезпечить більш надійний зв'язок при кілька більшої дальності, ніж WiFi.

Побудова засноване на тому ж принципі, що і в першому прикладі: організація з'єднання «точка-точка» з антенними блоками, винесеними в зону прямої видимості. Вартість рішення буде дещо більшою в порівнянні з варіантом на обладнанні WiFi, але не набагато.

WiMAX забезпечує більш надійний зв'язок при кілька більшої дальності, ніж WiFi

Варто зауважити, що в наведених прикладах переданий трафік, по ідеї, повинен становити в середньому не більше 10 Мб / с (потік з однієї IP-камери). Але якщо необхідно забезпечити передачу цього трафіку на відстань, наприклад, 10-15 км або ж потік в межах декількох десятків Mb / s на відстань 3-5 км, то вже не обійтися без більш ґрунтовного обладнання, такого, як базова станція для мереж WiMAX . Вартість даного рішення складе вже 1500 - 2000 $, що, втім, може виявитися значно менше прокладання оптичного каналу зв'язку.

Базових станцій WiMAX може цілком вистачити для передачі потоку даних з невеликих віддалених об'єктів на пост охорони.

Іншім завдання по передачі трафіку «по повітрю» могут буті доставка потоку від групи IP-камер або ж відеопотоку від сервера до посту охорони, розташованому на значній відстані від приміщення серверної. Ще один приклад - це збір даних з декількох територіально розподілених об'єктів, з'єднання сегментів мережі. Зрозуміло, що в цих випадках відеопотік може бути досить великим, аж до сотень мегабіт в секунду. А якщо ще й відстань 25-30 км? Як бути в цьом випадка?

У таких ситуаціях доведеться застосовувати радіорелейний зв'язок. Як було сказано вище, на середніх відстанях (5-10 км) може вистачити і канальної станції з напівдуплексним режимом.

Але якщо з'єднання має відбуватися на десятках кілометрів і швидкості до сотень мегабіт і вище, то врятує тільки магістральна радіорелейна станція з об'єднанням декількох каналів для отримання більшої пропускної здатності, з підтримкою повного дуплексного режиму. Пряма видимість тут також обов'язкове, крім того, на відстанях понад 10 км необхідно враховувати радіус кривизни Землі і розміщувати передавач на природному узвишші рельєфу, або на окремій опорі. Як ми зазначали вище, магістральний обладнання - це, безумовно, дороге рішення, але тільки воно здатне забезпечити гігабітні швидкості передачі даних на великі відстані, і висока вартість може бути виправдана в масштабі проекту.

Ліцензування

Кілька слів про дозвільну частини.

Відразу слід сказати, що в більшості випадків для радіомовлення на території Російської Федерації необхідна як мінімум реєстрація обладнання та отримання дозволу на використання частотного діапазону. Такі обмеження пов'язані з можливістю ефірних колізій, перешкод для зв'язку на частотах держслужб та інших учасників простору мовлення, що особливо актуально в міських умовах з перенасиченої радіочастотної обстановкою.

Якщо говорити про сімейства 802.11 (WiFi) і 802.16 (WiMAX), то їх перевагою є те, що вони розташовані в області нерегістріруемих рішень для застосування всередині приміщень і припускають роботу в безліцензійному діапазоні частот. Це означає відсутність необхідності реєстрації частоти і / або передавача, тобто їх можна застосовувати так само вільно, як, наприклад, мобільний телефон.

Але незважаючи на формально вільний від ліцензування статус, у багатьох країнах стандарти 802.11 (WiFi) мають обмеження в застосуванні. У Росії чинним законодавством визначений регламент використання пристроїв, що працюють в діапазони 2400-2483,5 МГц і 5150 - 5350 МГц. Так, для перерахованих стандартів і смуги 2,4 ГГц вільне побудова мереж можливо лише всередині закритих приміщень, а потужність передавача при цьому не повинна перевищувати 100 мВт. Для використання Wi-Fi поза приміщеннями і / або c більшою потужністю передавача необхідна реєстрація пристрою і отримання дозволу на мовлення в відповідному діапазоні (і на відповідному каналі!) В даній географічній точці.

Процес ліцензування обладнання, в тому числі і радіорелейного, особливо в разі використання високого сантиметрового діапазону (70-80 ГГц), де навіть в умовах мегаполісу є вільні частотні канали, не представляє значних труднощів і коротко зводиться до отримання висновку експертизи про можливість використання бажаних частот , що видається Головним радіочастотним центром (ГРЧЦ) при радіочастотної службі, що знаходиться у веденні Роскомнадзора. Єдиною проблемою можуть виявитися, мабуть, тільки терміни розгляду, і на це слід робити поправку при підготовці проекту.

Допомога в отриманні необхідної дозвільної документації для проектованого рішення з задоволенням надають компанії - продавці радіоканального обладнання.

Плюси і мінуси різних стандартів зв'язку для передачі відеоданих

У висновку наведемо вичавку переваг і недоліків різних способів організації радіозв'язку для з'єднання сегментів локальної мережі.

• Для самого простого способу зв'язку, з'єднання по WiFi плюси і мінуси очевидні: невисока вартість обладнання при малих відстанях і швидкостях в каналі. Окремо слід відзначити погану стійкість, схильність до впливу різних пристроїв, що генерують електромагнітні коливання. Особливо це стосується використання всередині приміщень, де не потрібно ліцензування такого обладнання і частотне простір може бути щільно і хаотично заповнене. Однак, варіант радіоканалу на основі WiFi-з'єднання практично незамінний по параметру «якість-ціна-простота розгортання» при організації того ж ліфтового відеоспостереження.

• З'єднання за допомогою абонентського обладнання WiMAX (WirelessMAN) в цілому має ті ж сильними і слабкими сторонами, що і WiFi, з поправкою на велику потужність і, разом з тим, великі вимоги до дальності і швидкості, оскільки таке обладнання частіше можна використовувати поза приміщеннями. Тут варто зазначити, що великою перешкодою у використанні WiFi і WiMAX в міських умовах поза приміщеннями є потенційна складність отримання дозволу на певний діапазон через перенасичення міського ефіру на частотах 2,4 і 5 ГГц.

• Базове обладнання WiMAX і канальна радіорелейний зв'язок. Переваги базових станцій - це, перш за все, швидкість з'єднання на досить значних відстанях в декілька кілометрів. Канальні радіорелейні станції можуть ефективно застосовуватися для далекого зв'язку між станційним обладнанням системи відеоспостереження. Більш висока вартість і необхідність монтажу приймально-передавальної частини на підвищеннях або окремо розташованих опорах для забезпечення прямої видимості, можливо, зажадає підвищеної уваги до даних деталей проекту і відповідних коригувань, що можна віднести до мінусів.

• Магістральні радіорелейні станції є безкомпромісним рішенням даного питання. У переваги однозначно віднесемо масштабованість, тобто можливість агрегації каналів всередині діапазону для досягнення необхідних показників пропускної здатності. Внаслідок цього - застосовність для ємних по трафіку завдань у великих сегментах мережі. Питання вартості, думаємо, вже не зовсім доречний в даному контексті.

Висновок

Метою статті не є детальний огляд технологій бездротового зв'язку. Тема дуже обширна. Ми хотіли всього лише задати вектор, в напрямку якого хтось, можливо, знайде відповідь на своє питання.

Сьогодні на ринку існують пропозиції різного устаткування для організації радіоканальної зв'язку, з параметрами і ціновим діапазоном, що дають певну свободу вибору рішення.

Як правило, на сайтах виробників можна знайти калькулятори і таблиці, які допомагають більш точно визначити значення конкретних характеристик для поставленого завдання.

Незважаючи на деякі особливості та обмеження, при належному підході і розумінні специфіки предмета, організація з'єднання мережевого обладнання для відеоспостереження по радіоканалу не представляє значних труднощів. В роботі наших партнерів ми багато разів стикалися з необхідністю застосування таких рішень на реальних об'єктах.

звернути Рамус

Володіючи досвідом і знаннями в побудові систем відеоспостереження, в тому числі і на основі поєднання елементів локальної мережі по радіоканалу, фахівці компанії Відеомакс готові ділитися досвідом з нашими партнерами і будемо раді надати консультацію з цього питання. Звертайтеся, ми на зв'язку!