Построение распределенной ip сети видеонаблюдения является комплексным техническим проектом. Выполнение подобного проекта не может обойтись без необходимости решения сложных технических задач. Использование той или иной технологии, выбор оборудования при реализации проекта построения ip сети видеонаблюдения зависит от требования заказчика и характеристик, особенностей объектов на которых планируется установить систему. В данной статье описываются этапы реализации проекта распределенной сети видеонаблюдения, а также подробно рассказывается о встреченных проблемах, трудностях и методах их решения.

Требования заказчика:

1.Построение системы видеонаблюдения на 8 удаленных объектах, расположенных в разных городах Московской области.

1.1 На каждом из объектов должно быть установлено от 4 до 6 IP видеокамер, камеры устанавливаются внутри и снаружи различных зданий/построек. Устанавливаемые камеры являются как фиксированными, так и поворотными камерами с функцией управления.

1.2 Диспетчер на каждом из объектов получает возможность мониторинга объектов/территории, контроля над проводимой работой с помощью установленных видеокамер.

2. Построить транспортную сеть для передачи видеоинформации между объектами. Обеспечить возможность мониторинга любого из объектов из центрального диспетчерского узла. Главный диспетчер(далее в тексте диспетчер на центральном узле будет называться главным, а диспетчер на объекте- диспетчер) получает права приоритетного управления поворотными камерами на объектах перед другими диспетчерами. Например, если камера управляется диспетчером на объекте, то главный диспетчер может в любой момент перехватить управление и повернуть/направить камеру в нужную ему сторону.

3. Должно быть использовано Российское оборудование(по возможности)

4. Требование к ПО: устойчивость с действиям неквалифицированного персонала, защищенность то вирусов. По возможности использовать открытое ПО (Open Source).

Характеристики и особенности объектов на которых устанавливается система видеонаблюдения:

1. Данные объекты являются хозяйственными территориями, на которых расположены здания различного назначения. Расстояния между зданиями на которых устанавливаются видеокамеры варьируются от 100 до 1500 метров. Между зданиями проложен кабель (витая пара) ТПП-50х2х0.5

2. Все 8 объектов, удаленных друг от друга на 40 и более км. Между объектами проложен медный кабель(витая пара), марка кабеля МКСГ 7х4х1.2 Кроме того, между объектами, на расстоянии не превышающем 20км расположены необслуживаемые усилительные пункты(далее НУП)

Проектирование

Выбор оборудования:

Оборудование для транспортной сети

Очевидно, что при данных начальных условиях, для решения поставленной задачи следует использовать технологию DSL, в частности SHDSL bis. Максимальная дальность связи по медному кабелю для данной технологии более 20км (без регенераторов), а при использовании регенераторов расчетная максимальная дальность связи составит до 180км на скорости 2Мбит/с. Такой скорости достаточно для одновременного показа изображений с 8-камер с параметрами 3 кадра в секунду с разрешением 640×480 точек.

Так как в нашей компании есть специалисты с десятилетним опытом разработки DSL-модемов, то по их совету были выбраны с оптимальным соотношением цена/качество мультиплексоры/маршрутизаторы Sigrand марки SG-17R+. Краткие характеристики маршрутизатора:

• Мультиплексор: скорость передачи 192-14080 кбит/с., порты 4шт 10/100 Ethernet, RS232, возможность подключения SHDSL регенераторов, с дистанционным питанием, до 4 шт. регенераторов, поддержка протокола SNMP(протокол простого управления сетями), удаленное управление по http протоколу.
• Регенератор модель Sigrand SG-17E : скорость передачи 192-5696 кбит/с., удаленное питание, SNMP

Наличие встроенного в Sigrand SG-17R маршрутизатора позволит сократить задержки в сети и делать ответвления без необходимости закупки дополнительного оборудования. Наличие удаленного управления через WEB интерфейс и SNMP является нашим обязательным требованием для всего телекоммуникационного оборудования. Объекты находятся на расстоянии более 40 км. друг от друга и отсутствие удаленного управления у того или иного устройства делает реализацию проекта практически невозможной, для простого изменения любого параметра у устройства придется потратить как минимум 1рабочий день. Наличие протокола SNMP существенно облегчает задачу мониторинга работы сети и отслеживания «проблемного оборудования».

 

Модемы для построения линий связи между зданиями/постройками на территории объектов.

Поскольку максимальное расстояние между зданиями не превышает 1500 метров, и между зданиями проложена медная витая пара ТПП-50х2х0.5 ,то для соединения объектов решено было применить VDSL модемы.

В связи с тем, что на здании 4 камеры и диспетчер должен получать видео картинку с минимальной задержкой и хорошим качеством, то для передачи видео был выбран формат MJPEG. Для передачи данных в формате MJPEG при 25fps и разрешении 640×480 необходима скорость около 4Мбит/с., а для 3х камер 3 * 4Мбит/с = 12Мбит/с. Для реализации соединения по технологии VDSL были выбраны модемы Allied Telesin AT- MC601/ AT-MC602. Данное решение было ошибочным, как выяснилось позднее.

Характеристики модемов:

AT-MC601/AT-MC602 : 1 интерфейс VDSL1 разъем RJ-11, 1 интерфейс 10/100TX разъем RJ-45, максимальная скорость при ассиметричном режиме работы, до 25Мбит/с (Down Stream 1-3,5 МГц, Up Stream 4-8MГц) В нашем случае Down Stream 1-3,5 МГц – канал для передачи команд на удаленный модем, Up Stream 4-8 МГц -канал для получения данных от удаленного модема максимальная скорость на этом канале должна быть не ниже 12Мбит/с

 

Выбор видеокамер.

На российском рынке представлен широкий выбор ip видеокамер. Главным критерием выбора было условие поддержки данной видео камеры программным обеспечением(см ниже), наличие функции PTZ(поворотная камера), надежность, наличие отзывов о реальном опыте эксплуатации данной камеры в течении минимум 1 года, поддержка протоколов сжатия MPEG-4, H.264 (передача данных по этим протоколам необходима для обеспечения передачи видео на каналах с низкой пропускной способностью), «умение» работать при низких температурах до-35C и поддержка протокола SNMP и протокола MJPEG (для передачи качественной картинки диспетчеру с минимальной задержкой)

Данным требованиям соответствуют камеры известных производителей, более дешевые китайские аналоги к моменту построения системы не имели положительных отзывов о длительном периоде эксплуатации. Были выбраны следующие видеокамеры: Sony SNC -RZ50P ( поворотная камера), и камеры Axis216, Axis-207

• Sony SNC- RZ50P: поворотная камера, форматы MPEG-4, H.264, MJPEG, протоколы SNMP, HTTP, размер изображения 640х480, макс. частота кадров – до 30 кадров/с
• Axis216: форматы H.264, протоколы SNMP,HTTP, MJPEG размер изображения 640х480, макс. частота кадров – до 30 кадров/с
• Axis207: форматы MPEG-4, протоколы SNMP,HTTP, MJPEG размер изображения 640х480, макс. частота кадров – до 30 кадров/с

Выбор ПО

При всем богатстве выбора программного обеспечения, подобрать программное обеспечение работающее не под операционной системой Windows и поддерживающие большое количество моделей видеокамер оказалось трудной задачей. В результате анализа было выбрано программное обеспечение австрийской компании Netavis. Данная программа отлично зарекомендовала себя в Европе, где Netavis успешно работает в нескольких крупных распределенных сетях видеонаблюдения. Кроме того Netavis это многосерверная система, в Netvise реализованы права по переключению управления видеокамерами(одно из требований заказчика), и минимизированы межсерверные потоки данных.

 

Система мониторинга

В качестве системы мониторинга была применена программа Nagios. Программа Nagios отслеживает работу сетевого оборудования в распределенной системе. В случае отказа оборудования (проверялось только доступность по ping, но возможны применение также других функций мониторинга) «проблемное оборудование» немедленно отображается на карте оборудования на веб. странице программы Nagiosa.

 

Время

Для синхронизации работы всех устройств в распределенной сети в центральном диспетчерском пункте необходимо установить NTP (network time protocol) сервер. Сетевые устройства смогут получать единое время с NTP сервера, благодаря этому на экране у каждого диспетчера информация с видео камер будет отображаться в едином времени и вся информация будет записываться в лог файлы приборов также в едином «правильном» времени, что позволит проводить качественный анализ работы оборудования.

 

Грозозащита

Для решения проблемы грозозащиты было выбрано оборудование I Pro Ultra(www.iola.ru). Характеристики данного оборудования: гальваническая развязка, высокое быстродействие, сниженная паразитная емкость. Кроме того, одним из важных критериев выбора этого оборудования было наличие технической поддержки высококвалифицированными специалистами.

 

Проектирование транспортной сети

{multithumb thumb_width=600 thumb_height=363}

В качестве топологии транспортной сети была выбрана кольцевая схема. Кольцевая схема увеличивает надежность соединения, поскольку в случае разрыва любого участка магистрального кольца связь между объектами сохраняется.

Бриджинг:

Изначально все маршрутизаторы в сети были настроены в режиме бриджинга, данное решение хоть и позволяет системе работать, но не является оптимальным, поскольку система не может регулировать направление трафика в сети, что приводит к снижению скоростного потенциала каналов и соответственно ухудшению качества картинки на экране компьютера центрального диспетчера. Тем не менее, бриджинг удобен на начальном этапе построения сети, поскольку он легок в настройке.

OSPF:

На завершающем этапе построения сети на маршрутизаторах был установлен протокол маршрутизации ospf( протокол был установлен в систему благодаря активной технической поддержке вендоров из компании Sigrand).Маршрутизаторы использующие данный протокол регулируют прохождение трафика в сети, что позволяет не терять получение видеокартинки с объектов даже при разрыве кабеля магистрального кольца. Кроме того данный протокол учитывает скоростной потенциал каждого участка канала и позволяет перераспределяет трафик так чтобы максимум трафика шел по самому «быстрому каналу».

Инсталляция

В процессе построения магистрального кольца на каждом участке между регенерационными пунктами были проведены измерения медной витой пары. Каждая витая пара обладает определенными характеристиками от которых зависит скоростной потенциал. Кроме того пары могут быть поврежденными и из-за этого непригодными для работы. Измерения проводились с помощью прибора analytic AnCom A-7. В принципе, оценку качества медной витой пары можно получить с помощью модемов, но тогда, для проведения измерения необходимо наличие питания на каждом конце кабеля, нужны два человека для управления модемами на каждом из концов пары и нужно обеспечить связь между ними. Практический опыт работы показал, что измерение витой пары с использованием двух модемов занимает много времени. Например, при проведении измерения витой пары между двумя НУПами, удаленными друг от друга на расстояние в 20км, необходимо потратить, в лучшем случае, дополнительно 2 часа ( 1 час проезд до следующего НУПа и обратно и 1час на проведение измерения), в худшем случае время измерения может увеличиться на 3-4 часа (пробки, необходимость доставки человека организующего доступ на НУП и т.д) Кроме того проведение измерения данным методом неудобно( нужно два человека и наличие питания) и не отражает «реальной картины происходящей в витой паре».При измерении витой пары выполненной прибором AnCom A-7 мы сразу получали характеристику витой пары, измерения проводились только одним человеком и занимали от 5 до 15 мин. Прибор AnCom A-7 работает на встроенных аккумуляторах.

 

Реальные результаты одного из таких измерений приведены ниже.

Проводились измерения следующих параметров.

• Сопротивление Ом, Емкость нФ
• Уровень помех
• Уровень отражений
• Амплитуда отражений
• МЧС: Волновое сопротивление
• МЧС: Анс

Для проведения измерений был составлен профиль кабеля, соответствующий данной марке кабеля. Данный профиль задает границы измерений, если в процессе проведения измерения полученные данные выходили за эти границы, то пара считалась не годной.

Измерение сопротивления и емкости участка кабеля обычным тестером может помочь установить наличие повреждения в кабеле даже без использования прибора AnCom A-7, поскольку сопротивление и емкость кабеля известны заранее или могут быть прикинуты/рассчитаны.

Уровень помех в паре. На графике выше видно, что уровень помех в паре соответствует норме и не превышает -80 Дб.

Уровень отражений в паре. На следующем графике, приведен пример измерения уровня отражений. Хорошо видно, что в данной паре на расстоянии 14000м от места измерения есть разрыв или иное повреждение.

Амплитуда отражений.

МЧС: Z данный график является измерением зависимости сопротивления пары от частоты сигнала.

МЧС: Анс

Основными измеряемыми параметрами был уровень помех в паре и уровень отражений. У витых пар, которые передавались нам и которые считалась «хорошими», после измерения прибором выявлялись те или иные «проблемы». Приходилось требовать замены витой пары или настаивать на ремонте переданных нам пар.

Кроме указанных проблем, были ситуации, когда сигнал в нашей паре создавал внешние помехи на соседнюю пару которая была занята другим работающим оборудованием, и возможности перехода на другую пару не было. В таком случае приходилось снижать уровень сигнала, маршрутизаторы Sigrand позволяют изменять уровень сигнала, и таким образом добиваться снижения уровня шумов в соседней паре.

Можно сказать, что без использования прибора AnСom A-7 построение сети было бы крайне сложным заданием и заняло бы намного больше времени. На каждом из участков использование прибора позволяло экономить от 2 до 4 часов.

 

Построение ip сети на территории объектов

Внутри зданий и помещений были выполнены работы по монтажу видеокамер и установке оборудования т.е настройке IP адресов видеокамер, настройке видеосервера и настройке клиента видеонаблюдения –рабочего места оператора.

Снаружи зданий, при установке первой камеры мы сразу столкнулись со следующей проблемой: установленная ранее на этом здании радиостанция проработала до первой грозы и сразу вышла из строя. После установки устройств грозозащиты (I Pro Ultra) мы получили защиту от возможных перенапряжений или бросков тока в паре, но существенно сократилась дальность передачи сигнала с видеокамеры – до 50 метров. Производитель посоветовал убрать одну из степеней защиты, что позволило решить данную проблему и увеличить дальность передачи сигнала с видеокамеры до 100 метров.

Для соединения соседних зданий, находящихся на расстоянии более 100 метров друг от друга были установлены модемы Allied Telesin AT- MC601/ AT-MC602. Основные проблемы при настройке соединения заключались в следующем:

Во-первых, реальные характеристики проложенного кабеля ТПП 50х2х0.5 оказались значительно хуже, чем его характеристики согласно технической спецификации.

Во-вторых, управление данными модемами возможно только через консольный порт RS232, данное ограничение делает невозможным удаленное управление модемами, что сильно осложняет работу по их настройке.

Кроме того, предоставленная Allied Telesin программа управления и настройки модемов не соответствовала требованиям управления и регулировке модемов. Используя эту программу нельзя было посмотреть установленный тип модуляции, включены или выключены фильтры Рида-Саломона, уровень мощности сигнала и количество ошибок.

Чтобы настроить работу модемов, нами была разработана своя программа, которой можно было устанавливать и контролировать все необходимые параметры: тип модуляции, уровень мощности сигнала, фильтры Рида-Саломона, количество ошибок. Благодаря этому удалось существенно расширить возможности по управлению и диагностике состояния модемов, что позволило настраивать модемы в соответствии с параметрами конкретной линии связи. Увеличилась стабильность передачи данных, появилась связь там, где ее не было, повысилась скорость передачи данных до 22,5Мбит/с.

 

Система мониторинга

Для мониторинга сети мы использовали программу Nagios, только благодаря использованию данного ПО нам удалось получить реальную картину состояния сети и отслеживать проблемное оборудование и участки сети где, возможно, произошло повреждение кабеля. Потребность в применение данной программы стала очевидной уже на самом начальном этапе работы и пришлось форсировать ее установку и настройку.

 

Проведенная работа с поставщиками ПО и оборудования

Опыт проведенной работы с поставщиками ПО и оборудования показал, что некоторые, заявленные характеристики оборудования и ПО не соответствуют реальным характеристикам. Исправление/обновление ПО, замену оборудования в некоторых случаях приходилось проводить уже после его установки на объектах.

Программное обеспечение «Netavis» несмотря на заявленную производителем «работоспособность» на низких скоростях соединения до 256К/сек отказывалось, сначала, стабильно работать в нашей сети. Мы уже хотели перейти на другую программу, но анализ доступного ПО показал что ситуация с заменой программы не измениться. Только после обращения к разработчику и обновления Netavisa удалось изменить положение и добиться стабильной работы программы.

Программное обеспечение установленное на маршрутизаторах “Sigrand” не получало информацию о состоянии регенераторов из-за этого регенераторы не отображались на карте оборудования Nagios и их работоспособность в определенный момент времени была неясна. Благодаря технической поддержке инженеров Sigrand, программное обеспечение было обновлено и информация о состоянии работы регенераторов отображаются в маршрутизаторе и в Nagiose.

 

Полученные результаты

В результате установления системы видеонаблюдения повысилась качество проводимых работ на объектах, улучшилась достоверность отчетов, в результате этого произошло улучшение точности планирования работ и как результат сокращение расходов и затрат на проводимые работы.

 

Опыт эксплуатации распределенной системы видеонаблюдения

Опыт эксплуатации распределенной системы видеонаблюдения показывает, что правильно спроектированной и установленной системе проблем с работой оборудования не должно быть. И действительно большинство проблем связаны с эксплуатацией кабельного хозяйства: разрывы и «замокание» кабелей. Система мониторинга Nagios позволяет оперативно отслеживать проблемное оборудование и поврежденные участки кабельной сети