Беспроводная передача видеосигнала по WI-FI
Беспроводные мосты для решения задач «последней мили»
При реализации проектов по видеонаблюдению часто возникает задача подключения одной или нескольких удаленных IP камер при отсутствии возможности организации проводного или оптического канала. В этом случае на помощь приходят Wi-Fi мосты с направленными антеннами. Они способны обеспечить устойчивый канал связи на расстояниях от сотен метров до нескольких километров. Максимальная дальность определяется множеством условий, такими как соотношение сигнал/шум в точках расположения антенн, тип используемых антенн, высота установки антенн и точность позиционирования, отсутствие препятствий, погодные условия и другими факторами, включая необходимость учитывать кривизну земной поверхности. Чем больше расстояние, тем больше факторов будут влиять на качественную работу решения и максимальную скорость передачи данных. На расстояниях более 4 километров, для обеспечения надёжного канала связи мы рекомендуем найти возможность проложить оптический канал, который обеспечит намного более надёжное и стабильное решение.
Беспроводные решения
В качестве готовых решений компания НПП «Бевард» предлагает своим клиентам комплекты для организации Wi-Fi радиомостов на расстояниях в несколько километров. Комплекты предложены в двух исполнениях:
- набор из двух точек доступа подходит клиентам, которые уже имеют коммутационное оборудование для подключения IP-видеокамер;
- набор из двух точек доступа с коммутационным шкафом. Это готовое решение с подключением камер к уличному узлу доступа.
Комплекты предназначены для подключения до 8 IP-видеокамер.
Беспроводная технология WI-FI в системах видеонаблюдения.
Наряду с проводными IP системами видеонаблюдения в настоящее время получили широкое применение и так называемые Wi-Fi IP видеокамеры и системы.
Рассмотрим технологию беспроводной передачи видеопотока для технологий WI-Fi.
Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность», по аналогии с Hi-Fi) представляет собой стандарт на оборудование Wireless LAN. Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11. Wi-Fi — торговая марка Wi-Fi Alliance.
Что такое цифровой поток?
Набор единиц и нулей «говорит» о цвете того или иного сегмента на матрице видеокамер, о движении, размере и цвете объекта и обо всем том, что мы видим на экране монитора. Передача осуществляется с помощью пакетной технологии. Если у IP видеокамер практически отсутствуют потери при передаче данных, то у беспроводных (Wi-Fi) IP видеокамер могут отмечаться существенные задержки и потери пакетов. Почему так происходит и при каких условиях? Все это и многое другое рассмотрим более подробно ниже.
На рис. 1 представлена схема пакетной передачи данных:
- заголовок — часть пакета, содержащий следующую информацию:
- адрес источника;
- адрес местоназначения;
- информация, синхронизирующая передачу.
- данные — это часть пакета, содержащая собственно передаваемые данные;
- трейлер (или концевик) — это часть пакета, содержащая информацию для проверки ошибок при приеме пакета.
В беспроводном видеонаблюдении используется диапазон частот 2.4 или 5 ГГц. Согласно свойствам данного диапазона волн ВЧ и КВЧ, дифракция радиоволн существенна мала, а сигнал может передаваться лишь в зоне прямой оптической видимости. В закрытых помещениях или при насыщенной постройками территории объекта происходит многократное отражение волн, что влияет на уровень и качество сигнала, и соответственно на пропускную способность канала в целом. Передача сигнала сквозь твердые поверхности здания (межэтажные перекрытия и стены), на частоте 5ГГц и более, существенно затруднены. С помощью физических свойств можно это описать так: чем больше частота, тем меньше длина волны и тем меньше проникающая способность радиосигнала, применительно к выше указанным условиям. Длина волны на частоте 2,5ГГц составляет 120мм, на частоте 5ГГЦ – 60милиметров, что сравнимо с толщиной перекрытий и стен, отсюда и большое затухание сигнала.
Внимание! Для работы любой Wi-Fi видеокамеры требуется прямая оптическая видимость между точкой доступа и видеокамерой. Трасса прохождения радиосигнала должна быть свободна от любых помех — деревьев, кустов, зданий и т.д.
Решением данной проблемы является использование кодирования с помощью технологии OFDM (Orthogonalfrequency-divisionmultiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов). Данное кодирование разработано для оборудования, работающего вне помещений. Основным преимуществом OFDM, по сравнению со схемой с одной несущей частотой, является её способность противостоять сложным условиям в канале. Например, бороться с затуханием в области ВЧ в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольные искажения (МСИ), а соответственно, сократить потери пакетов и информации в целом.
Данное кодирование реализовано за счет разнесенных друг от друга приемной и передающей антенн точки доступа. Такая технология хорошо зарекомендовала себя в построении сетей сотовых операторов связи и в сети WI- MAX.
Выбор месторасположения
Чтобы избежать взаимного влияния оборудования, следует располагать беспроводное оборудование (точки доступа, беспроводные адаптеры) подальше от трансформаторных подстанций, микроволновых печей и любых других приборов микроволнового излучения с различной мощностью. Обычная офисная гипсокартонная перегородка может сильно ослабить сигнал, а капитальная кирпичная или бетонная стена и вовсе стать преграждающим экраном на пути прохождения сигнала. Для обеспечения равномерной зоны покрытия необходимо использовать несколько точек беспроводного доступа. Кроме того, на беспроводную сеть влияет множество факторов (соседствующие беспроводные сети, климатическое состояние погоды, большие расстояния, расположение и тип используемых антенн, количество используемых беспроводных каналов и количество одновременно подключенных видеокамер к точке доступа, различные преграды на пути распространения сигнала и множество других факторов). При проектировании и инсталляции беспроводной сети очень сложно предугадать, как она будет работать в реальных условиях и на реальной местности. Каждое место установки точки доступа уникально количеством препятствий, материалами, из которых они (препятствия) состоят, погодными условиями (для внешней сети) и т.д. Поэтому на практике необходимо разворачивать некий стенд (точку доступа) с каналообразованием для WI-Fi IP видеокамер и смотреть, как себя будет вести сигнал в той или иной ситуации.
Беспроводные IP видеокамеры, а также другое беспроводное оборудование, работают в соответствии с международными стандартами семейства 802.11. Наиболее важные и распространенные из них — 802.11 а, 802.11b, 802.11g, 802.11n.
Стандарты WI-FI
Стандарты и семейства
Стандарт технологии IEEE 802.11 представляет собой набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводном локальном сегменте локальной сети с частотным диапазоном 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Он наиболее известен под названием Wi-Fi.
Стандарт диапазона работы — 2.4 ГГц. Изначально предполагалось, что стандарт IEEE 802.11 будет использован для передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. В настоящее время он не используется. Ширина канала — 11 МГц.
Стандарт, использующий диапазон 5ГГц, обеспечивает скорость работы от 54 до 6 Мбит/с. Ширина канала — 20МГц.
Стандарт 802.11а определяет следующие каналы: