William Pao
a&s International

Nie trzeba nikogo przekonywać, że transmisja jest kluczowym elementem zapewniającym prawidłowe działanie systemów dozoru wizyjnego w dużych obiektach. Z tego względu wybór odpowiednich urządzeń do transmisji nabiera szczególnego znaczenia. Wraz z postępem migracji systemów monitoringu wizyjnego do technologii IP wielu użytkowników przekonuje się, jak użyteczne i ekonomiczne mogą być rozwiązania Ethernet-over-Coaxial (EoC).

W systemach dozoru wizyjnego transmisja sygnału ma ogromne znaczenie. W dużych organizacjach, chcących zapewnić sobie wgląd w otoczenie oraz ochronę pracowników i mienia, niezakłócony przesył obrazu wideo z kamer IP do rejestratora NVR jest sprawą kluczową. Oprócz danych infrastrukturą przesyłową dostarczana jest moc.

Technologie takie, jak PoE (Power-over-Ethernet) i PoC (Power-over-Coaxial) umożliwiają dostarczanie zasilania poprzez infrastrukturę sieciową IP lub opartą na okablowaniu koncentrycznym. Szczególnie PoE staje się podstawową metodą zasilania energią elektryczną kamer IP, dostarczając moc przez sieć Ethernet, a nie z dodatkowych źródeł prądu.
Dozór wizyjny oparty na połączeniach sieciowych IP zaczyna dominować, duży wzrost odnotowuje sprzedaż produktów i sprzętu PoE. Jak przewiduje firma analityczna Markets&Markets, wartość rynku rozwiązań PoE powinna osiągnąć 1 mld USD w 2022 r. (przy średniej rocznej stopie wzrostu szacowanej w latach 1016–2022 na 12,6 proc.). Zwiększające się wykorzystanie technologii PoE – wynikające z zalet tego rozwiązania, takich jak niski koszt instalacji, wygoda i niezawodność – doprowadziło do zwiększenia zapotrzebowania na sprzęt zapewniający zasilanie Power-over-Ethernet oraz urządzenia kompatybilne z tym standardem transmisji. Przekłada się to na większą sprzedaż rozwiązań PoE.

Największy wzrost na rynku rozwiązań Power-over-Ethernet w segmencie sterowników zasilanych urządzeń i układów scalonych jest spodziewany w latach 2016–2022. Będzie on stymulowany coraz większą sprzedażą urządzeń zasilanych PoE, szczególnie telefonów VoIP, bezprzewodowych punktów dostępowych i kamer IP.

Czego poszukują użytkownicy
W przypadków dużych obiektów użyteczności publicznej, lotnisk czy elektrowni poszczególne elementy wdrożonej na dużym obszarze infrastruktury przesyłowej mogą być oddalone o kilometry od siebie albo od centrum sterowania. Wysłanie pracowników po to, by sprawdzili każdy element systemu, jest wtedy kosztowne i czasochłonne, dlatego przy rozległych instalacjach znaczenia nabiera możliwość zdalnej kontroli stanu urządzeń.

To dlatego wielu operatorów dużych systemów zdecydowało się na stworzenie zarządzanego środowiska. Przykładowo, gdy jeden z przełączników sieciowych w obiekcie zaczyna nagle otrzymywać duże ilości danych, należy przydzielić mu szersze pasmo dla określonego typu ruchu, np. strumieniowania wideo, aby zapobiec „gubieniu” danych. Jeśli można zrobić to zdalnie, nie trzeba wysyłać pracownika do urządzenia. Dostępne są nie tylko rozwiązania umożliwiające zdalne zarządzanie switchami, ale także oprogramowanie zarządzające urządzeniami dozoru wizyjnego. Przy użyciu intuicyjnego interfejsu graficznego typowy użytkownik komputera może zdalnie zarządzać sprzętem, kontrolować i go monitorować. Pozwala to ograniczyć personel techniczny i liczbę pracowników zajmujących się utrzymaniem ciągłości pracy systemu.

Innym parametrem transmisji, wymaganym przez użytkowników dużych obiektów, jest niezawodność, czyli zapewnienie stabilnego przesyłu danych i mocy – bez przerw w działaniu i nieplanowanych przestojów. Systemy często działają w trudnym środowisku i są narażone na niesprzyjające warunki atmosferyczne. W zakładach produkcyjnych dochodzi obecność substancji chemicznych, które powodują korozję. Dlatego kluczowe staje się posiadanie sprzętu o wzmocnionej konstrukcji odpornej na wpływ środowiska pracy.
W przypadku instalacji związanej z mediami użytkowymi będą pracowały w terenie, trzeba więc zapewnić ich działanie w szerokim zakresie temperatury od -40 do +75°.

EoC – nowe życie starszych instalacji
Globalnie niemal wszystkie nowe projekty systemów zabezpieczeń są oparte na IP. Klienci wybierają tę technologię ze względu na korzyści, jakie oferują systemy dozoru wizyjnego IP (wyższa rozdzielczość i możliwości zastosowania bardziej zaawansowanej analityki, zapewniającej większy wgląd w monitorowane środowisko). W przypadku starszych obiektów i dużych projektów opartych na infrastrukturze analogowej całkowita migracja do technologii IP może być jednak posunięciem kosztownym. Bardziej ekonomiczną alternatywą dla wymiany infrastruktury może być jej modernizacja z wykorzystaniem rozwiązań EoC (Ethernet-over-Coaxial).

Na całym świecie nowe budynki i projekty wykorzystują sieciowe systemy dozoru wizyjnego, gdyż to rozwiązanie oferuje wyższą jakość obrazu, lepszą integrację kamer z innymi urządzeniami sieciowymi, a także większe możliwości analityczne. O tym, że IP podbija branżę dozoru wizyjnego, świadczą badania rynkowe. Firma Stratistics MRC światowy rynek monitoringu wizyjnego wyceniała na 19,5 mld dol. w 2015 r., a do 2022 r. jego wartość ma wynieść już 63,2 mld dol., przy średnim wzroście rocznym rzędu 18,3 proc. Sprzedaż systemów dozorowych IP ma natomiast rosnąć szybciej, bo o 25 proc. rocznie.

Także właściciele dużych istniejących systemów VSS, opartych na okablowaniu koncentrycznym myślą o migracji do IP, by móc wykorzystać zalety tej technologii. Muszą jednak się liczyć z różnymi wyzwaniami, z których największym jest koszt pełnej wymiany infrastruktury analogowej.

W przypadku starszych instalacji trzeba ocenić stopień trudności zamontowania nowych kabli, przewodów i gniazd. Taka operacja może doprowadzić do zniszczenia kosztownego wystroju i umeblowania obiektu. Jeśli przewód ma być wprowadzany w ścianę, trzeba będzie wykonać w niej korytka. Innym problemem jest wpływ wymiany infrastruktury na prowadzoną działalność. Jeśli zależy nam na jak najmniejszym jej zakłóceniu, prace będą musiały być prowadzone jedynie w uzgodnionych godzinach.

Rozwiązaniem jest EoC
W związku z takimi wyzwaniami wymiana tylko urządzeń końcowych, czyli kamer i rejestratorów, oraz pozostawienie koncentrycznej infrastruktury kablowej mogłaby być bardziej ekonomicznym i niewymagającym tak dużego nakładu pracy rozwiązaniem. Z pomocą przychodzi technologia Ethernet-over-Coaxial (EoC), która łączy urządzenia IP z adapterami EoC, konwertując sygnał cyfrowy na analogowy, by mógł być dalej przesyłany po kablu koncentrycznym. Także moc generowana przez przełączniki sieciowe PoE może być przesyłana przewodem koncentrycznym, dzięki wykorzystaniu technologii Power-over-Coaxial lub Power-over-Link.

By zaspokoić potrzeby użytkowników, dostawcy oferują wiele różnych produktów i rozwiązań EoC, które umożliwiają łączenie kamer IP i innych urządzeń poprzez kabel koncentryczny na dystansie do 500 m, dzięki czemu modernizacja używanego dotychczas systemu staje się łatwiejsza i tańsza. Rozwiązania obejmują jedno- i wieloportowe adaptery i odbiorniki z wbudowanymi przełącznikami oraz komunikacją sieciową, która zapewnia generowanie PoC lub przekazywanie mocy. Dostępne są produkty do stosowania zarówno we wnętrzach, jak i na zewnątrz obiektów.

Są też oferowane rozwiązania Ethernet-over-UTP (EoUTP), które zwiększają długość przesyłu nawet do 2,4 km oraz dostarczają moc 30 W przez pojedynczy przewód UTP. W rezultacie technologia Ethernet-over-Coaxial okazuje się świetnym, bo efektywnym zarówno jeśli chodzi o koszty, jak i nakłady pracy rozwiązaniem dla użytkowników końcowych, chcących migrować do dozoru wizyjnego opartego na protokole IP.

Dobrą rekomendacją jest udane wdrożenie w mieście liczącym ponad 2 mln mieszkańców, którego władze doszły do wniosku, że konieczna jest modernizacja miejskiego systemu monitoringu i przejście z systemu analogowego na cyfrowy. System obejmował ponad 100 większych węzłów (w każdym zainstalowano od 6 do 8 kamer) oraz wiele małych, które nie posiadały własnych źródeł prądu do zasilania kamer IP. Miasto oczekiwało niezawodnego rozwiązania, które mogłoby sobie poradzić z dużym ruchem sieciowym i byłoby zabezpieczone przed dłuższymi przestojami w razie awarii łącza.

Firma EtherWAN poradziła sobie z tym złożonym projektem, stosując połączenie tradycyjnej topologii sieciowej z rozwiązaniami własnymi. Problemem były zwłaszcza te obszary, które wymagały monitoringu, ale nie dysponowały lokalnym źródłem zasilania i były oddalone o więcej niż 100 m od najbliższego węzła (co uniemożliwiało zastosowanie technologii PoE). W takich przypadkach zastosowano przełączniki sieciowe w połączeniu z przedłużaczami sieci Ethernet, co umożliwiło transmisję zarówno danych, jak i mocy poprzez istniejące okablowanie (w tym przypadku kabel koncentryczny z wcześniejszej instalacji monitoringu wizyjnego).
Ponieważ udało się spełnić wymogi dotyczące mocy i przepustowości za pomocą istniejącego okablowania koncentrycznego, zaoszczędzono zarówno pieniądze, jak i czas. Rozwiązanie zwiększyło możliwości policji w zakresie monitoringu w obszarach, które wcześniej były trudno dostępne.

Jaką topologię sieciową wybrać dla danego projektu
Sieć spełnia ważną rolę w systemie zabezpieczeń dużych obiektów. Sprzęt do transmisji nie tylko powinien być wzmocniony i niezawodny, ale także musi zapewniać optymalny przesył danych i mocy.
Z tego względu, już na etapie projektowania systemu należy określić potrzeby w zakresie topologii sieci. Do wyboru są różne topologie sieci oraz sposoby implementowania urządzeń i sprzętu sieciowego w systemie ochrony. Trzy podstawowe to: magistrala, pierścień i gwiazda. Każda z nich ma zalety i wady.
W układzie magistrali wszystkie węzły lub urządzenia są połączone z głównym przewodem, którym dane są transmitowane z jednego punktu do drugiego. Ponieważ topologia opiera się na jednym przewodzie, jest stosunkowo tania i łatwa. Gdy w użyciu jest natomiast jeden kabel, jego awaria prowadzi do unieruchomienia całego systemu.

Z kolei topologia gwiazdy zakłada istnienie centralnego węzła (którym jest hub lub switch), łączącego urządzenia w trybie punkt–punkt. Wszystkie dane przechodzą przez switch, który następnie przekazuje je do odpowiedniego odbiorcy. „Gwiazdę” także łatwo się instaluje i łatwo rozbudowuje, ponieważ użytkownik musi tylko dodać nowy przewód, który połączy kolejną kamerę z systemem. Ponieważ każde urządzenie wymaga oddzielnego przewodu, ta topologia może być droższa. A skoro wszystkie dane przechodzą przez switch, to staje się on pojedynczym punktem awarii – gdy przełącznik sieciowy się zepsuje, nie działa cały system.

Wreszcie topologia pierścienia, która jest najbardziej niezawodna. Do pierścienia są podłączone wszystkie urządzenia. Gdy jedno z nich się zepsuje, dane są przekierowywane do pierścienia zapasowego, który przejmuje jego pracę. Wybór odpowiedniej topologii zależy od wielu czynników, w tym aplikacji, a także budżetu, jakim dysponuje użytkownik, oraz jego oczekiwań względem niezawodności. W przypadku magistrali urządzenia są połączone szeregowo – przykładem jej zastosowania mogą być autostrady. Z kolei w topologii gwiazdy mamy do czynienia z transmisją punkt–punkt, więc będzie przydatna, gdy wszystkie urządzenia muszą łączyć się z pojedynczą lokalizacją, np. centrum monitoringu.

Jak wyliczyć bilans mocy
Większość współczesnych kamer IP jest zasilana poprzez sieć Ethernet, a nie z oddzielnego źródła prądu. Dlatego na etapie
projektowania tego rodzaju instalacji trzeba obliczyć, jaka całkowita moc jest potrzebna w danej lokalizacji.

Obliczanie bilansu mocy sprowadza się do określenia liczby wymaganych kamer i mocy pobieranej przez każdą z nich. Użytkownik musi obliczyć całkowitą moc pobieraną przez wszystkie kamery podłączone do tego samego switcha PoE, a następnie dobrać najbardziej odpowiadający wynikowi przełącznik sieciowy. Przykładowo, jeśli mamy osiem kamer wymagających mocy 15,4 W oraz dwie kamery 30-watowe, to bilans mocy wynosi 183,2 W. Należy wybrać 10-portowy switch z technologią Power-over-Ethernet, który jest w stanie dostarczyć moc 183,2 W.
Obecne standardy PoE – IEEE 802.3af i IEEE 802.3at – zapewniają odpowiednio: 15,4 W i 30 W na każdym porcie switcha z PoE. Coraz więcej dostępnych na rynku kamer wymaga jednak mocy przekraczającej 30 W. Są i takie, które pobierają 60 W, jeśli korzystają z rozwiązań do ogrzewania bądź chłodzenia w celu ochrony przed ekstremalnymi warunkami środowiskowymi.

Gdy tego rodzaju kamera nie korzysta z ogrzewania, nie potrzebuje nawet 15 W, gdy jednak ogrzewanie musi być włączone, urządzenie wymaga większej mocy, niż są w stanie zapewnić obecne standardy PoE. Wychodząc naprzeciw tym trendom, producenci przełączników sieciowych oferują urządzenia posiadające obok portów 15,4 W i 30 W także takie, które zapewniają 60 W. Ich użytkownicy mogą wtedy rozdzielać moc według swoich potrzeb.

Określenie bilansu mocy nie jest więc procesem skomplikowanym, ponieważ zależy tylko od liczby kamer i mocy pobieranej przez każdą z nich. Jeśli klient będzie potrzebował pomocy, to dostawca albo integrator systemów poprowadzi go przez ten proces i pomoże w wyborze najbardziej odpowiedniego do danego projektu produktu bądź rozwiązania.