Текст книги "CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии"

Автор книги: Владо Дамьяновски

сообщить о нарушении

Текущая страница: 33 (всего у книги 42 страниц)

Эти новые стандарты определяют передачу по беспроводным сетям (wireless Ethernet, WLAN), по отношению к ним также употребляется термин Wi-Fi (Wireless Fidelity).

Впрочем, существует много вариаций стандартов 802.11. Некоторые из этих вариаций более «зрелые», чем другие. Сейчас все более важно не просто разбираться в номенклатуре этих стандартов, но и понимать, какими возможностями они обладают и какое практическое применение они имеют в видеонаблюдении и в других сферах.

Продажи растут, так как растет количество компаний, которые оценили преимущества беспроводных сетей. Росту их популярности также способствовала ассоциация WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), которая обеспечивает тестирование совместимости и взаимодействия оборудования различных производителей. Эта группа, в которую входят более 130 компаний, уже вынесла положительное заключение о соответствии стандарту 802.11 b более чем по 200 продуктам, выдав им свой фирменный знак «Wi-Fi».

В рамках серии стандартов IEEE 802.11 существует несколько спецификаций, часть из которых находится еще в процессе разработки.

Что такое 802.11?

IEEE 802.11 или Wi-Fi определяет набор стандартов для беспроводных сетей, разработанный группой 11 IEEE 802.

Иногда термин используют для обозначения первоначального стандарта, который во избежание ошибок также именуют традиционным 802.11 (802.11 legacy).

В настоящее время семейство 802.11 включает в себя три отдельных протокола кодирования (a, b, g). Изначально функции безопасности были включены в эти протоколы, но в дальнейшем они развивались как отдельные стандарты (например, 802.11i). Другие стандарты в этом семействе (c-f, h-j, n) являются сервисными улучшениями, дополнениями или исправлениями предыдущих спецификаций.

Первым стандартом, который получил широкое распространение, оказался 802.11b. За ним, как это ни странно, последовали стандарты 802.11а и 802.11 g.

Частоты радиоволн, используемые в серии стандартов 802.11, принадлежат к СВЧ-диапазону и в большинстве своем подлежат минимальному регулированию со стороны контролирующих органов. В большинстве стран для использования этого спектра радиочастот не требуются специальные разрешения.

Рис. 11.31. Беспроводной мост

Традиционный стандарт 802.11

Первоначальная версия стандарта IEEE 802.11, появившаяся в 1997 году и иногда называемая 802.1у, определяла две скорости передачи данных (1 и 2 Мбит/с). Передача должна была осуществляться в инфракрасном диапазоне или на полосе частот 2.4 ГГц, предназначенной для использования в промышленных, научных и медицинских целях.

В последующих версиях стандарта отказались от инфракрасного диапазона, поскольку реального применения этот диапазон не нашел в стандарте и не мог конкурировать с устоявшимся протоколом IrDA. На смену традиционному стандарту 802.11 быстро пришел новый стандарт 802.11b.

802. 11b

Дальность действия стандарта составляет около 50 метров при использовании кругонаправленных антенн с малым усилением, которые обычно применяются в устройствах 802.11b. Максимальная пропускная способность – 11 Мбит/с. Впрочем, значительная часть ее расходуется на непроизводительные затраты, а максимальная пропускная способность на практике составляет около 5.5 Мбит/с. Металл, вода и толстые стены способны поглощать сигналы 802.11b и существенно уменьшают дальность действия. Стандарт работает на полосе частот 2.4 ГГц и использует в качестве метода доступа к среде передачи множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).

При использовании внешних антенн с высоким коэффициентом усиления этот протокол можно применять для установления двухточечного соединения с дальностью действия до 8 километров, хотя некоторые утверждают, что им удавалось добиться дальности действия до 80-120 километров в зоне прямой видимости. Обычно это делается для замены дорогих выделенных линий или очень громоздкого микроволнового коммуникационного оборудования. Современные сетевые карты поддерживают передачу данных со скоростью 11 Мбит/с, но автоматически снижают скорость до 5.5, а затем до 2 и 1 Мбит/с при падении мощности сигнала.

Для протокола 802.11b предусмотрен ряд расширений (например, объединение каналов (channel bonding) и пакетная передача данных (burst transmission)) для увеличения скорости передачи данных до 22, 33 и 44 Мбит/с. Все эти расширения протокола являются разработками отдельных компаний, которые используют их в своем оборудовании, и, соответственно, официально расширения не поддерживаются со стороны IEEE. Многие компании называют эти улучшенные версии протокола

802.11Ь+

Первое широко распространенное коммерческое применение стандарта 802.11b было реализовано компанией Apple Computer под торговой маркой AirPort.

802.11a

В 2001 году на рынке стал доступен более скоростной стандарт 802.11а, хотя утвержден он был еще в 1999 году. Этот стандарт работает в частотном диапазоне 5 ГГц с максимальной скоростью 54 Мбит/с. На практике максимально достижимая скорость составляет около 25 Мбит/с. При необходимости скорость уменьшается до 48, 36, 34,18,12, 9 и 6 Мбит/с. В стандарте 802.11 а используются 12 неперекрывающихся между собой каналов: из них 8 предназначены для работы внутри помещения, а 4 – для построения двухточечного соединения.

В разных странах имеются различные идеи по поводу регулирования использования радиочастот, хотя проведенная в 2003 году международная конференция по вопросам радио– и телекоммуникаций несколько упростила дело в этой сфере.

Этот стандарт не получил широкого распространения из-за популярности стандарта 802.11b, а также из-за ограниченного радиуса действия, так как в частотном диапазоне 5 ГГц 802.11а не может работать на таком же расстоянии, как 802.11b, при прочих равных условиях (например, при тех же самых ограничениях по мощности передатчика); сигнал стандарта 802.11а также более легко поглощается препятствиями.

Большинство производителей оборудования 802.11а, чтобы хоть как-то компенсировать непопулярность стандарта на рынке, начали выпускать сетевые карты, поддерживающие два диапазона и два или три стандарта. Эти сетевые карты могут работать в сетях 802.11а и b или 802.11а, b и g, автоматически определяя нужный стандарт. Также доступны точки доступа, одновременно поддерживающие все эти стандарты.

В июне 2003 года был принят третий стандарт 802.11 g. Как и 802.11b, этот стандарт работает в частотном диапазоне 2.4 ГГц, но со скоростью 54 Мбит/с, что на практике дает примерно 24.7 Мбит/с, как и в стандарте 802.11а. 802.11g полностью обратно совместим с 802.11b, используя те же самые частоты. Процесс принятия стандарта затянулся в основном из-за необходимости сделать 802.11g совместимым с 802.11b. Впрочем, присутствие оборудования 802.11b автоматически снижает скорость передачи сети 802.11g до скорости стандарта 802.11b.

Стандарт 802.11g будоражил умы любителей новинок еще с января 2003 года, то есть задолго до принятия. Корпоративные пользователи выжидали, a Cisco и другие крупные производители оборудования ждали принятия стандарта. К лету 2003 года анонсы стали появляться один за другим.

Большинство двухдиапазонных продуктов 802.11а/b превратились в двухдиапазонные и трехстандартные, поддерживая a, b и g на одной сетевой карте или точке доступа.

Теперь некоторые точки доступа поддерживают новую технологию под названием Super G, которая за счет объединения каналов (channel bonding) способна повысить скорость передачи до 108 Мбит/с. Эта возможность может препятствовать работе других сетей, а также быть несовместимой с некоторыми сетевыми картами стандартов b и g. Кроме того, технология пакетной передачи данных (burst transmission) также доступна в некоторых продуктах, что значительно повышает скорость передачи данных. Продукты с этой технологией также могут быть несовместимыми с некоторым оборудованием.

Первым крупным производителем, внедрившим стандарт 802.11g в свои продукты, снова оказалась компания Apple, которая использовала для этого стандарта торговую марку AirPort Extreme.

802.11b и 802.11g делят весь частотный диапазон на 14 перекрывающихся каналов по 22 МГц каждый.

Каналы 1, 6, 11 и 14 имеют минимальное перекрытие, и их (или аналогичный ряд неперекрывающихся каналов) можно использовать, когда несколько сетей мешают работе друг друга. Только каналы 10 и 11 могут работать во всех частях света, так как Испания и Франция не разрешили использование на своей территории каналы с 1 по 9 для стандарта 802.11b.

802.11n

В январе 2004 года IEEE анонсировал разработку нового стандарта для глобальных беспроводных сетей. Реальная скорость будет 100 Мбит/с (даже 250 Мбит/с на физическом уровне), что в 4–5 раз быстрее, чем у 802.11g и, может быть, в 50 раз быстрее, чем у 802.11b. Предполагается, что 802.11n также повысит и дальность действия по сравнению с существующими стандартами. Принятие стандарта ожидается к концу 2005 года. (Прим. ред. Рабочая группа, которая была сформирована в рамках организации IEEE для утверждения нового стандарта в январе 2006 года единогласно утвердила черновой вариант стандарта 802.11n. Первые устройства, поддерживающие новый стандарт ожидаются не ранее конца 2006 года. Существенным нововведением стала возросшая скорость передачи данных – до 600 Мбит/с).

Сертификация и безопасность

Поскольку IEEE только устанавливает спецификации стандартов, но не тестирует оборудование на соответствие им, торговая группа Wi-Fi проводит программу сертификации, которую оплачивают ее участники. Теоретически все компании, производящие оборудование стандартов 802.11 являются участниками программы сертификации. Торговая марка Wi-Fi, принадлежащая группе и использующаяся только на совместимом оборудовании, должна гарантировать взаимную совместимость. В настоящее время Wi-Fi может обозначать любой из стандартов 802.11а, b или д. С осени 2003 года Wi-Fi также включает в себя стандарты защиты информации WPA (Wi-Fi Protected Access). Потом маркой Wi-Fi также будут обозначать оборудование, в котором применяется стандарт защиты информации 802.11 i (WPA2). На продуктах с торговой маркой Wi-Fi обязательно должен быть указан частотный диапазон, в котором они работают: 2.4 или 5 ГГц.

WEP (Wired Equivalent Privacy) представляет собой алгоритм шифрования данных для беспроводных сетей серии 802.11. Его разработала добровольная группа в составе IEEE. Они намеревались внести элементы безопасности в стандарт 802.11, которые на тот момент отсутствовали. WEP использовался для защиты беспроводных соединений от перехвата, несанкционированного доступа и стороннего вмешательства в обмен данными. Беспроводные офисные сети зачастую ничем не защищены или защищены только WEP, а этот протокол защиты информации достаточно прост для взлома. Эти сети часто позволяют «людям с улицы» получить доступ в них и в Интернет. То же самое относится и к небольшим домашним сетям.

WPA (Wi-Fi Protected Access) – это более современный алгоритм шифрования данных в беспроводных сетях, который со стандартами семейства 802.11. Для применения WPA в продуктах, выпущенных до его появления, требуется только смена программного обеспечения. Основной целью было повышение безопасности существующих и будущих беспроводных сетей. WPA представляет собой промежуточное решение в области безопасности, которое ликвидирует все известные уязвимости в WEP. Оно будет совместимо с новым стандартом 802.11 i, который станет наиболее надежным на ближайшее будущее решением в области безопасности информации в беспроводных сетях. Ожидается, что после появления стандарта 802.11 i все продукты смогут ему соответствовать.

А что же Bluetooth?

Если предложить создать локальную беспроводную сеть, то большинство специалистов по информационным технологиям остановят свой выбор на оборудовании стандарта 802.11b, и лишь немногие подумают о технологии Bluetooth, которая также предназначена для передачи по радиочастотам на небольшое расстояние.

Причина такого пренебрежения заключается в том, что Bluetooth всегда позиционировалась как технология для соединения таких устройств, как мобильные телефоны, телефонные гарнитуры, компьютеры, цифровые фотоаппараты и другая периферия, но не для построения локальных сетей.

Впрочем, технология Bluetooth может стать серьезной альтернативой для построения беспроводных локальных сетей, так как в ближайший год будет выпущено много устройств с поддержкой Bluetooth. Тем не менее, специалистам по информационным технологиям придется подумать дважды, прежде чем использовать Bluetooth. Так как 802.11b и Bluetooth используют одинаковый частотный диапазон для передачи данных, то возможность взаимных помех нельзя не учитывать.

В ближайшее время незначительный радиус действия устройств Bluetooth будет существенно увеличен. Некоторые компании уже тестируют новые керамические антенны, которые увеличат радиус действия устройств Bluetooth с 10 до 50 метров, что позволит сравняться с устройствами 802.11b.

Сетевые стандарты IEEE 802

802.11 Беспроводная альтернатива сетям Ethernet. Имеет несколько улучшений, описанных ниже.

802.11а Улучшение стандарта 802.11. Скорость передачи до 54 Мбит/с. Диапазон частот от 5.725 до 5.850 ГГц.

802.11b Улучшение стандарта 802.11. Скорость передачи до 11 Мбит/с. Диапазон частот от 2.400 до 2.3850 ГГц.

802.11d Международные роуминговые расширения.

802.11е Улучшения QoS для 802.11, включение packet bursting.

802.11g Улучшение стандарта 802.11, которое позволяет вести обмен данными на сравнительно короткие расстояния со скоростью до 54 Мбит/с.

802.11h Распределенный по спектру 802.11а (5 ГГц) для совместимости в Европе.

802.11i Дополнения для повышения безопасности беспроводных сетей семейства стандартов 802.11.

802.11j Дополнения стандарта 802.11 а для Японии. Диапазон частот от 4.9 ГГц до 5 ГГц.

802.11k Расширение существующих стандартов 802.11 в области управления радиоресурсами (RRM). Технология RRM призвана улучшить оценку производительности узлов доступа и клиентских устройств для повышения производительности сети.

802.11m Исправления и добавления к существующей документации по стандартам семейства 802.11.

802.11x Общий термин для семейства стандартов 802.11, находящихся в стадии разработки. Общий термин для всех стандартов 802.11.

Wi-Fi Изначально создан для обеспечения совместимости продукции стандарта 802.11. Сейчас распространяется на все семейство стандартов 802.11. Обозначает сертификацию совместимости по рекомендациям альянса Wi-Fi.

802.15 Коммуникационный стандарт беспроводных персональных сетей (WPAN).

802.16 Группа стандартов широкополосных беспроводных коммуникаций для городских сетей.

802.16a Дополнение к стандарту 802.16. Обмен информацией со скоростью до 70 Мбит/с. Работает в более низком диапазоне частот – 2-11 ГГц и обеспечивает соединение не только в пределах видимости.

802.16e Дополнение к стандарту 802.16. Обеспечивает подключение мобильных устройств.

802.1X Предназначен для повышения безопасности локальных беспроводных сетей стандарта 802.11. Обеспечивает надежную авторизацию пользователя. Алгоритм авторизации пользователя не регламентируется. Возможно использование нескольких алгоритмов.

802.3 Стандарт сетей Ethernet. Описывает среду передачи и рабочие характеристики сети.

802.5 Стандарт сетей Token Ring

Установка и настройка сетевой системы видеонаблюдения

Хотя специалисты видеонаблюдения и не должны заменять системных администраторов, тем не менее, нам необходимо понимать основные концепции сети и принципы работы сетевых технологий и устройств, чтобы уметь подключить к сети и настроить цифровой видеорегистратор или сетевую телекамеру.

На иллюстрации приведен пример небольшой гибридной системы видеонаблюдения с некоторым количеством аналоговых телекамер, подключенных к 3 цифровым видеорегистраторам. Также в системе видеонаблюдения имеется две сетевые телекамеры, три видеомонитора и компьютерный дисплей для двух операторов.

Мы называем эту систему гибридной, так как аналоговые телекамеры подключены к цифровым видеорегистраторам, а сетевые телекамеры подключены к коммутатору. Таким образом, запись у нас ведется в цифровом виде, но мы по-прежнему используем аналоговые телекамеры, как и в большинстве современных систем видеонаблюдения. Кроме того, сетевой принтер и сетевая система хранения (NAS) также подключены к сетевому коммутатору.

Такая конфигурация предполагает перемещение записей цифровых видеорегистраторов в долгосрочный архив сетевой системы хранения (NAS), тогда как сами цифровые видеорегистраторы ведут запись «по кругу», стирая самые старые данные. Также на схеме изображена поворотная телекамера, которая управляется с основного рабочего места оператора через клавиатуру, подключенную к последовательному порту компьютера. Кроме того, телекамерой можно управлять и программно с помощью клавиатуры и мыши компьютера, например, на втором рабочем месте оператора.

Для того чтобы управлять телекамерами, необходимо объяснить несколько особенностей, связанных с форматом данных управления телекамерами и передачей по сети.

Практически все компьютеры и цифровые видеорегистраторы на базе компьютеров для этой цели используют последовательный порт (их обычно два) с интерфейсом RS-232, который ограничен 50 метрами длины кабеля. Большинство цифровых видеорегистраторов могут передавать вместе с изображением и управляющую информацию. Но если заказчик для управления телекамерой хочет использовать отдельную клавиатуру, то она должна передавать данные по интерфейсу RS-232 и подключаться к последовательному порту (например, к компьютеру на основном рабочем месте). Чтобы оператор мог удаленно управлять телекамерой, подключенной к цифровому видеорегистратору, управляющая информация должна быть передана на соответствующий цифровой видеорегистратор. Далее данные передаются на его последовательный порт и затем на телекамеру. Если нам нужно управлять более чем одной телекамерой, или она расположена на расстоянии более 15 метров от подключенного видеорегистратора, то имеет смысл воспользоваться конверторами интерфейса RS-232 в интерфейс RS-422 или RS-485, которые позволяют передавать данные на большие расстояния (до километра).

После того как система была подключена, проложены все кабели, подключены и корректно настроены все телекамеры и цифровые видеорегистраторы, настало время настроить все компоненты системы видеонаблюдения для работы в сети.

Так как все эти устройства подключены к локальной сети, то в первую очередь мы должны присвоить устройствам IP-адреса. На иллюстрации показано, что у каждого устройства уже есть свой IP-адрес из диапазона зарезервированных для локальных сетей адресов. В нашем случае никаких ограничений нет, и для каждого устройства мы можем использовать и любые другие уникальные адреса из этого диапазона.

Рис. 11.33. Пример гибридной системы видеонаблюдения

Если в той же сети присутствуют и другие устройства, которые не обязательно входят в состав системы видеонаблюдения, то необходимо следить, чтобы у них не оказались такие же IP-адреса. В этом случае лучше всего обратиться к системному администратору этой сети, который предоставит вам список свободных IP-адресов.

Если наша система видеонаблюдения строится на базе уже существующей локальной сети, то нужно четко себе представлять, что объем данных, которые передаются в системе видеонаблюдения, будет влиять на общую скорость передачи данных в сети.

Нельзя просто однозначно сразу сказать, насколько сетевая нагрузка системы видеонаблюдения повлияет на общую производительность сети, но все это можно измерить, после того как система видеонаблюдения будет установлена. Очевидно, что потоки данных в системе видеонаблюдения будут зависеть от структуры системы видеонаблюдения и характера ее использования. Если операторы будут вести постоянное наблюдение с помощью всех телекамер на компьютерных дисплеях, а сетевые телекамеры будут пересылать данные для записи на систему сетевого хранения, то сеть будет основательно загружена.

Справедливости ради нужно сказать, что любая цифровая система видеонаблюдения на основе уже существующей локальной сети создает серьезную дополнительную нагрузку. Особенно это будет заметно в сетях с изначально низкой пропускной способностью, таких, как 10-мегабитные сети Ethernet. В сетях с более высокой пропускной способностью, таких, как 100-мегабитные и особенно гигабитные сети, дополнительная нагрузка от цифровой системы видеонаблюдения будет заметна меньше, но многое зависит от масштаба и архитектуры системы. Практика показывает, что если сети используются в основном для передачи электронной почты и небольших файлов, то пользователи не заметят дополнительной нагрузки, но если по сети передаются большие объемы информации, то разница будет ощутима.

По этой причине имеет смысл разгрузить локальную сеть, отображая аналоговые телекамеры на видеомониторы. В большинстве цифровых видеорегистраторов для этой цели предусмотрены «сквозные» видеовыходы. Сеть же следует использовать только для просмотра архива или для переноса краткосрочных архивных записей с цифровых видеорегистраторов в долговременный архив сетевой системы хранения.

Также возможно использовать только очень небольшое число телекамер для постоянного наблюдения по сети, что снизит на нее нагрузку, и запрограммировать цифровой видеорегистратор так, чтобы он передавал изображение от остальных телекамер только по тревоге или при обнаружении движения. В то же время цифровой видеорегистратор будет вести постоянную запись, и, таким образом, ни одно важное событие не будет пропущено. И, наконец, во многих цифровых видеорегистраторах присутствует функция регулировки потоков передаваемой информации в зависимости от доступной пропускной способности сети.

Если ни один из вышеперечисленных способов не решает проблему загруженности сети, то необходимо устанавливать отдельную локальную сеть для цифровой системы видеонаблюдения. Это обойдется дороже, но такое решение того стоит. Цифровая система видеонаблюдения будет независима от местной сети, что повысит надежность и эффективность как общей сети, так и сети, используемой только для видеонаблюдения. Кроме того, в отдельной локальной сети мы можем использовать любую удобную нам архитектуру, любые IP-адреса и настроить коммутацию потоков данных именно так, как нам нужно.