Построение Ethernet-сети для IP-видеонаблюдения
Интерес рынка к IP-видеокамерам вполне понятен. У них много преимуществ: широкий выбор устройств, гибкость функционала софта, хорошая картинка, легкая встраиваемость в компьютерную инфраструктуру. Настало время подумать о том, как наиболее удобно и экономно построить для видеонаблюдения на базе IP-камер устойчивую среду передачи данных, предусматривающую возможность масштабирования. Просто бросить оптику и подключить к ней первый попавший под руку набор медиаконверторов и простеньких хабов – тоже выход, но чреватый множеством проблем в перспективе. Есть смысл исследовать проблему поглубже.
Вопросов возникает очень много. Какая схема подключения? Перед прокладкой кабеля возникает вопрос: а как класть? Какой кабель класть? Сколько волокон должно быть? А что, его еще и варить надо? Какое активное оборудование использовать?… И т.д.
Давайте рассмотрим все эти вопросы по порядку, на примере абстрактной территории.
На рис. №1 дана схема такой территории.
Рис.1
Расстановку, выбор типа и необходимого количества камер, их направление мы опускаем, поскольку данные вопросы требуют отдельной статьи. Периметр нашей территории порядка 1550 метров. Допустим, что для видеонаблюдения будут достаточны 15 IP-камер, расположенных в радиусе 100 метров от шкафов. Такое расстояние обусловлено тем, что стандарт Ethernet регламентирует рабочее состояние сегмента, длиной не более 100 метров. В настоящее время стандартом «де-факто» является использование технологии POE, которая позволяет подавать питание на камеру от коммутатора по тому же самому UTP-кабелю, по которому она подключена. Это решает очень много проблем, связанных с подачей электричества, поскольку в этом случае достаточно запитать управляющий шкаф с коммутатором, а о питании камеры при этом уже можно не заботиться.
Таким образом, мы получаем от 2 (на схеме: кружок с меткой «2к») до 3 (на схеме: кружок с меткой «3к») камер на шкаф.
Разумно было бы объединить данные шкафы с серверной оптическим кабелем, используя 2 направления (показаны на схеме красным и синим цветом). На рис.2 в схему добавлены оба направления кабеля, шкафы, и «возможное» положение шкафа №7, который мы, допустим, на этом этапе монтировать не собирались, но хотим, чтобы такая возможность у нас в будущем была.
Рис.2
Теперь возникает вопрос: какую конструкцию кабеля использовать? Ответ на данный вопрос зависит во многом от способа прокладки. К примеру, в случае если по периметру территории расположены столбы, то разумнее использовать «подвесной кабель с выносным силовым элементом». Конструкция такого кабеля показана на рис. 3.
Рис.3
Используя номенклатуру одного из крупных поставщиков оптического кабеля, компании «Интегра», модель такого кабеля будет называться ИК/Т-М4П-Aх. Последние 2 символа означают: «А» — одномодовый кабель, и на месте «х» ставится количество волокон. К примеру «A8» — это 8 одномодовых волокна.
Если кабель планируется уложить в грунт, либо смонтировать вдоль забора, то разумнее выбрать конструкцию с легкой броней. См. рис. 4
Рис.4
Согласно все той же номенклатуре компании «Интегра», модель будет называться ИКСЛ-М4П-Ах.
В реальных проектах возможны комбинации этих, а так же использование других конструкций, но кабели, описанные выше, используются наиболее часто.
Тип кабеля выбрали, однако теперь, возникает вопрос, а как объединить это все на уровне оптических волокон, или другим словами: «Как варить-то будем, заказчик?»
Тут стоит рассмотреть все три возможных сценария развития событий. Если говорить кратко, то все соединить:
— последовательно «шиной»;
— звездой, используя отдельные волокна/волокно на оптическое соединение.
На этом этапе необходимо построение так называемого «сварочного плана». Зачем он нужен? Ну, во-первых, вы, как заказчик для себя будете иметь перед собой подробную схему соединений, которая в дальнейшем вам пригодится в процессе эксплуатации. Во-вторых, приглашая инженера-сварщика со стороны, либо давая задания своему специалисту, нет никакого другого способа четко и ясно поставить задачу. И, в-третьих, на этой схеме будут видны все 3 варианта соединений, которые мы сейчас и рассмотрим.
Рис.5
Итак, вариант №1: последовательно «шиной», дан на рис. №5. Черными точками на этой схеме обозначены места сварок, черными квадратами обозначены коннекторы, а линии заканчивающиеся маленькой черточкой — это свободно оставленные волокна.
Как видно из схемы, в кабеле будут задействованы всего 2 волокна, в том числе и при добавлении нового шкафа. В случае, если в кабеле более 2-х волокон, на этапе монтажа рекомендуется произвести сварку свободных волокон, как это показано на примере 3-го волокна. Это будет сделать в любом случае полезно, поскольку в случае дальнейшего развития сети не нужно будет лезть в уже смонтированные шкафы, увеличивая риск возникновения внештатных ситуаций.
При использовании этой схемы мы видим, что для прокладки нам потребуется 2-х и более волоконный оптический кабель, а от оборудования требуется наличие минимум 2- оптических портов.
Данная схема, хоть и привлекательна своей простотой, очевидностью и меньшим количеством сварок, однако в ней есть один существенный недостаток. Представим, что что-то случилось с оборудованием в шкафу №1. Что станет с нашими подключениями в шкафах №2 и №3? Верно! Мы их потеряем.
Чтобы избежать подобных случаев, необходимо продолжить кабель из шкафа №4 и вернуть его (желательно иным путем, к примеру посредством подключения к шкафу №5) в серверную, создав таким образом кольцо. При этом, разумеется, требуется поддержка «кольца» активным оборудованием, и правильная его настройка. И очевидно подобное потребует дополнительно 420 метров кабеля и управляемых коммутаторов, которые отнюдь не дешевы.
Следует упомянуть, что в рассматриваемой схеме возможно использование всего одного волокна, если применить оптическое оборудование WDM, позволяющее передавать и принимать сигнал с использованием 1 волокна на разных длинах волн. Однако описанную выше проблему это не решает.
Альтернативой этой схеме соединения, будет использование топологии «Звезда», показанная на рис. 6.
Рис.6
Как видно из этой схемы, при использовании данной топологии каждый шкаф будет подключен «независимо» от соседних. Почему слово «независимо» взято в кавычки? Следует понимать, что безусловно мы потеряем соединения в шкафах №2 и №3, если разрубить, к примеру, кабель между серверной и шкафом №1. От подобной неприятности спасет только построение настоящего кольца, описанного выше. Однако от проблем с питанием или выходом из строя оборудования внутри шкафа №1 это спасает однозначно.
На схеме видно, что количество сварок возрастает, поскольку, если не использовать «транзитный» монтаж, то необходимо сваривать каждую пару волокон, проходящих транзитом через соседний шкаф. Безусловно, как и в предыдущем варианте, возможно использование WDM приемо-передатчиков, что в свою очередь в двое сократит количество используемых волокон, а равно и количество сварок.
Какую схему выбирать — решает заказчик.
Поскольку нам желательно обеспечить независимое функционирование каждого шкафа друг от друга и использовать недорогое оборудование, в данном примере мы возьмем за основу схему соединения «звезда», при которой от серверной до каждого шкафа будут идти 2 отдельных волокна.
Виртуально со схемой мы определились, однако как же это будет выглядеть на практике? Обычно, для минимизации потерь с одной стороны, и надежного оконечивания с другой, для терминации волокон внутри шкафов возможно использование оптического бокса модели GP-B. Его внешний вид показан на рис. 7
Рис.7
Бокс имеет два порта для кабеля (вход и выход в нашем случае) и крепление для выходящего оптического шнура. Особенностью данного бокса является то, что волокна, подлежащие терминации привариваются непосредственно к половинкам патчкордов, а транзитные волокна свариваются в сплайс-кассету. Таким образом упрощается соединение (убирается связка сварка+пигтейл+адаптер+патчкорд), тем самым уменьшаются потери. В нашем случае мы будем использовать 1,5 метровые половинки 3-х метрового патчкорда LC/UPC-LC/UPC-SMB1-DX-3M. Вопроса об использовании коннектора LC/UPC мы коснемся несколько позже.
В этой связи отмечу, что некоторые заказчики, желающие «сэкономить» себе в убыток, ограничиваются только сплайс-кассетой и привариванием пигтейла (диаметром 0.9мм), что в итоге ведет к обрывам и прочим неприятностям.
Данное решение будет надежно фиксировать оба конца оптического кабеля, предохранять места сварки и даст возможность подключить оборудование при помощи защищенного 3мм оболочкой шнура.
В серверной вопрос терминации кабеля обстоит несколько иначе. Поскольку зачастую серверная комната оборудована 19 дюймовым шкафом, то в этом случае необходимо применить оптический кросс. В нашем случае нам необходим оптический кросс, укомплектованный на 16 оптических портов. Хорошим выбором станет модель FODF-1U-24SCSX/24LCDX, показанная на рис. 8.
Рис.8
Эта модель имеет легкий алюминиевый корпус, 3 сменные планки, рассчитанные на адаптеры либо SC simplex либо LC duplex, и емкую сплайс-кассету. Практически это все, что нам нужно.
В дальнейшем нам, разумеется, понадобятся оптические патчкорды, к примеру SC/UPC-LC/UPC-SMB1-DX-1M, которые отлично подойдут для подключения нашего оборудования к этому кроссу.
Теперь настало время определиться с активным оборудованием. Разумеется, задачу можно решить с использованием офисных коммутаторов-мыльниц и медиаконверторов, создав таким образом, неповторимую кучу оборудования, внушающую ужас обслуживающим инженерам. Возможно читатель уже слышал, или даже использовал так называемые «промышленные» коммутаторы (подобные MOXA, Hirschmann и т.д.). Однако решение на их основе может довольно дорого. Как лучше поступить и выбрать в меру недорогое оборудование, которое бы решало наши задачи? Такое оборудование существует! Для примера возьмем две модели неуправляемых коммутаторов с POE портами FastEthernet и портом SFP. Ниже на рис.10 даны 2 модели в 4-мя и 8-ю портами соответственно:
Рис.9
Как вы видите, мы имеем дело со коммутаторами в формфакторе «industrial», позволяющим монтировать данные модели на DIN рейку и эффективно работать в неблагоприятных условиях.
Данная модель относится к классу неуправляемых коммутаторов, что в свою очередь положительно сказывается на его цене. В нашей схеме мы можем выбрать модель UTP7204E-POE, с четырьмя медными POE портами и одним SFP портом.
Внесем ясность: а куда же тут подключать оптику? А оптику мы будем подключать к SFP модулю, который, в свою очередь будет вставлен в SFP порт коммутатора. Зачем нужны такие сложности, спросите вы? А мы ответим — использование различных оптических модулей дает возможность использовать данный коммутатор и в схемах с 2-мя волокнами, и в схемах с 1-м волокном, и на многомодовом волокне, и на различных расстояниях и тд.и т. п. Одним словом, подбираете нужный вам оптический модуль, вставляете его в коммутатор, и готово!
В нашем случае мы выберем недорогой оптический модуль модели APS31123xxL2 показанный на рис.10
Рис.10
Этот гигабитный модуль работая по 2-м волокнам, позволит нам делать соединения на расстоянии до 2км!
Хорошо, в шкафах мы будем использовать 4-х портовые коммутаторы, а что можно использовать в серверной?
В серверной, чтобы собрать все оптические линки, нам потребуется коммутатор посерьезнее. Итак, модель UTP7524GE-MX — это гигабитный модульный (что очень важно) управляемый коммутатор. Его внешний вид показан на рис. 11
Рис. 11
Модульным он назван потому, что позволяет, в процессе роста самой сети, использовать дополнительные модули для подключения оптических линков. Всего таких модулей можно поставить до 3 штук, т. е. 8 портов, 16 портов, и наконец, 24 порта!
Поскольку в нашем случае нам потребуется 6 портов для соединения с 6-ю шкафами, то одного модуля (см. рис.12), для начала, будет вполне достаточно.
Рис.12
И, конечно же, к нему нам потребуются такие же оптические модули, которые мы использовали в шкафах.
Остался один вопрос, на который я обещал ответить: почему коннектор LC/UPC? Просто потому, что, как вы заметили, в оптических SFP модулях чаще всего используется именно этот коннектор.