Технология wi fi видеонаблюдения

Современные системы видеонаблюдения — от концепций до воплощения. Часть 2

В части 1 мы начали краткий обзор вариантов построения современных систем видеонаблюдения, место серверов и регистраторов в них.

По отзывам мы поняли, что тема актуальная. Развитие идет дальше, и сегодня лидеры в области ПО для видеонаблюдения сами обсуждают преимущества и недостатки систем на софте (на базе серверов) и систем с регистраторами. В итоге понимают, что надежность регистраторов выше, но серверные системы более гибкие и позволяют решать более сложные задачи. Сервера и регистраторы уже имеют ПО на основе нейросетей, но это ПО требует обучения на конкретной местности с ветром, растительностью и облаками. А это «ахиллесова пята» нейросетей, поскольку обучение производители доверяют только своим за деньги сертифицированным специалистам.

Вероятно, а так уже было с IP-видеосистемами (видеокамерами, регистраторами и оптикой для них), скоро цены на нейромодули упадут, и с адаптацией на конкретном объекте пакетных решений смогут справляться квалифицированные инсталляторы с техническим образованием. Заграница в лице Китая нам поможет.

В результате ваших отзывов стало понятно, что много вопросов по конкретным моделям серверов и регистраторов и систем из них построенным. Но конечно, производить обзор всего спектра этого оборудования невозможно. Проще зайти на сайт производителей, упомянутых мной в ответах на вопросы. Ссылки оставлять не буду, запрещено правилами.

В ходе вопросов стало также понятно, что есть интерес к ночному режиму работы видеосистемы. Поле это не освоенное, на нем существует масса штампов, заблуждений и нерешенных проблем. Эту тему мы сегодня поднимать не будем, а оставим для следующей части нашего эссе.

Очень много интереса к бытовым видеосистемам, и это направление, благодаря высокому техническому уровню пользователей и мобильности клиент-устройств, стало драйвером развития видеонаблюдения. Но и здесь есть свои концепции, специфика и тонкости, о которых стоит говорить.

Сегодня мы попробуем перейти к конкретике распределенных систем видеонаблюдения, о которых упоминали в первой части изложения, приведем несколько примеров.

Итак, вспомним концовку 1 части.

Локальные сервера служат для выполнения задач по аналитике непосредственно на объекте в зоне размещения групп видеокамер.

Почему на объекте? Для того, чтобы снизить нагрузку на тракт передачи данных (СПД), особенно если он беспроводной.

В статьях мы рассмотрим подробно такие сервера, обсудим:

• тонкости их подбора;
• условия эксплуатации и монтажа;
• особенности настройки;
• их недостатки;
• варианты их проводного и беспроводного подключения по Wi-Fi и GSM.

Начнем с последнего пункта, ибо он определяет конструкцию и состав распределенных узлов.

1. Проводные каналы связи

В системах IP-видеонаблюдения возможно использование проводных каналов 2 основных типов:

1. Медных на основе кабелей UTP/FTP
2. Оптических, на основе одномодового и многомодового волокна

Эти варианты все представляют, знают об их достоинствах и недостатках, поэтому описывать их не будем.

При наличии провода нет проблем со скоростями и пропускной способностью удаленного узла, главная проблема- обеспечить прокладку такой линии связи. Иногда это невозможно. Иногда нет на это времени, а иногда система должна мобильно устанавливаться и перемещаться с объекта на объект.

В любом случае необходим медный или оптический порт, или 2 для резервирования, в составе распределенного узла.

2. Параметры современных беспроводных каналов связи

1. Wi-Fi
2. GSM
3. Специализированные высокочастотные радиоканалы с параболическими антеннами диапазонов 18-24 ГГц (редкая и дорогая экзотика)

Почему основными вариантами являются 2 первых? Потому что для передачи видео необходимы широкополосные высокоскоростные каналы.

3. Каналы связи по Wi-Fi. Скорости передачи до 300-900 Мб/с

Канал передачи регламентирован по мощности, в частности в России не более 20 дБмВт, форма спектра также оговорена. Лицензия на диапазон 2,4 ГГц не требуется.

Достоинства:

С помощью Wi-Fi можно организовать передачу внутри локальной сети (беспроводной мост), точку доступа (раздачи сети) и клиента (абонента сети).

1. Необходима прямая видимость и отсутствие стен для обеспечения максимальной дальности. См. Таблицу 1.

Таблица 1. Потеря эффективности Wi-Fi сигнала.

Монолитное железобетонное перекрытие

2. Возможные кратковременные пропадания трафика из-за переотражений, суперпозиции волн и внешних помех в диапазоне.

3. В сети Wi-Fi передачу может вести одновременно только одна станция. Поэтому, когда в сети ведут передачу сразу несколько станций, пропускная способность сети делится на количество этих передающих станций:

• Если в вашей сети два узла передают данные третьему, то скорость передачи на каждом узле будет лишь 1/2 от пропускной способности.
• Если станция 1 будет передавать данные станции 2, а станция 2 будет передавать данные станции 3, то скорость на каждой точке будет 1/2 от пропускной способности сети. Это происходит потому, что у сети Wi-Fi единая среда передачи — фактически воздух.

Некоторые почему-то считают, что повторитель (Repeater), который может использоваться в сети Wi-Fi — это не станция, а что-то особенное. При ретрансляции скорость упадёт вдвое — потому что в один момент времени повторитель будет принимать данные, а в другой момент времени передавать их дальше.

Вот моменты, которые надо учитывать.

Многоканальный вход/выход (MIMO)

Одним из основных моментов стандарта 802.11n является поддержка технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output, Многоканальный вход/выход). С помощью технологии MIMO реализована способность одновременного приема/передачи нескольких потоков данных через несколько антенн вместо одной.

Стандарт 802.11n определяет различные антенные конфигурации «МхN», начиная с «1х1» до «4х4» (самые распространенные на сегодняшний день это конфигурации «3х3» или «2х3»). Первое число (М) определяет количество передающих антенн, а второе число (N) определяет количество приемных антенн. Например, точка доступа с двумя передающими и тремя приемными антеннами является «2х3» MIMO-устройством.

Чем больше устройство 802.11n использует антенн для одновременной работы передачи/приема, тем будет выше максимальная скорость передачи данных (Рисунок 1).

Однако, само по себе использование нескольких антенн не увеличивает скорость передачи данных или расширение диапазона. Основным в устройствах стандарта 802.11n является то, что в них реализован усовершенствованный метод обработки сигнала, который и определяет алгоритм работы MIMO-устройства при использовании нескольких антенн.

Конфигурация «4х4» при использовании модуляции 64-QAM обеспечивает скорость до 600 Мбит/с.

Стоит отметить, что скорость 600 Мбит/с и даже 940 с MIMO легко получить только с роутера, но когда речь заходит о дальностях в километр, это становится невозможно для реально используемых бюджетных мостов.

Другие стандарты Wi-Fi ( IEEE 802.11ac, IEEE 802.11ax) мы рассматривать не будем, поскольку пока в видеонаблюдении они распространения не получили.

Если кто-то интересуется в целом развитием Wi-Fi, то автор может предложить статью коллеги.

Варианты применения

Wi-Fi позволяет передавать большое количество потоков одновременно, например, несколько видеопотоков от камер в реальном времени. Для достижения максимальной дальности передачи при ограниченной мощности необходимо применение направленных антенн.

Антенна с углом по горизонтали 60 градусов и по вертикали 40 градусов по результатам испытаний в городе позволяет организовать передачу 2 км. В зоне прямой видимости в городе при передаче видео от 4-х видеокамер по 2Мп, 25 к/с, в стандарте H264 дальность составляет от 1 до 2 км.

4. Обзор беспроводных узлов для систем видеонаблюдения по Wi-Fi

Для непосредственной передачи от видеокамер до поста разработан класс изделий под наименованием ВУС – всепогодный узел связи (рис.2).

Узел представляет собой автономную всепогодную проектную единицу системы безопасности (СВН, СОТ, ПОС, СКУД), диспетчеризации, автоматизации.

Применяется для построения систем видеонаблюдения и других ИСБ в качестве беспроводного узла связи, связанного с постом или сервером по каналу Wi-Fi.

Представляет собой законченное изделие для решения следующих задач:

удаленный онлайн видеоконтроль за объектом в допустимом качестве беспроводного канала Wi-Fi выполнение задач по охране и сигнализации, организации доступа, мониторингу технологических процессов, диспетчеризации и автоматике.

Узлы исполнены в виде шкафа из радиопрозрачного пластика с целью скрыть передающую антенну и имитации под обыкновенный электрический шкаф.

Диапазон рабочих температур от -40 С до +50 С.

Узел обеспечивает возможность подключения до 4 IP-камер или других IP-устройств по медным линиям (UTP) на объектах, удаленных до 1,2 км и более от поста охраны или приемного узла с регистратором, сервером, контрольной панелью или другими устройствами в зоне прямой видимости (рис.3).

Таблица 2. Основные технические характеристики ВУС:

Диапазон частот передачи по каналу

Питание подключаемых видеокамер/устройств

PoE IEEE 802.3af/ PoE IEEE 802.3at

Максимальная мощность, подключаемых видеокамер/устройств, не более, W

по стандарту PoE IEEE 802.3af 4х15 по стандарту PoE IEEE 802.3at 2х30 общий бюджет PoE 60

40 Вт диапазон включения/отключения +10°С ±3°С / +20°С ±3°С

Диапазон рабочих температур (без обогрева / с обогревом)

Материалы и поверхности изделия

корпус полиэстер панель монтажная алюминиевый сплав

Габаритные размеры (с гермовводами)

Осталось обменяться нашим практическим опытом испытаний Wi-Fi узлов.

Мы проводили испытания в родном Санкт-Петербурге в центре города. Главной проблемой было найти прямую видимость внутри мегаполиса. Это получилось вдоль невской набережной. Передающий ВУС с 3 камерами был установлен на окне нашего здания на высоте 4 этажа. Приемный узел с ноутбуком, мобильной мачтой, аккумулятором с инвертором 220В погрузили в автомобиль. Задачей было найти не теоретическую, а реальную дистанцию передачи по Wi-Fi в условиях прямой видимости и городских помех. Передачу вели через Неву вдоль берегов и транспортной магистрали. Парковались, устанавливали точку приема и наблюдали реальное видео без срывов и зависаний. Записывали видео и телеметрию с передающей точки и приемной в виде трафика с самих точек доступа.

Скрин с видео представлен на рис. 5.

Выводы, полученные в итоге

Мы использовали типовую точку доступа для Wi-Fi мостов. Основные производители таких точек Ubiquiti (NanoStation Loco M2), ТPLINK и другие. На сайтах обещают дальности до 14 км, но позже появились близкие к полученным данные до 3 км. Для задач видеонаблюдения нам не нужны 14 км, это решается радиорелейками и GSM-вышками.

Вся прелесть подобных узлов — легкость и мобильность подключения удаленной группы камер, которых могут быть и не 3-4 шт., а до 32 шт, подключенные к бюджетному видеорегистратору, который и работает по Wi-Fi мосту. Данный малогабаритный сетевой видеорегистратор устанавливается внутри всепогодного узла связи (Рис. 2.), при соответствующем выборе камер обнаруживает и запоминает лица, организует тревожную запись «гуманоидных» объектов — объектов, похожих на людей. Таким образом, узел с таким регистратором работает локально и автономно, но в любой момент доступен с главного сервера (и практически с любого компьютера, например, настроечного ноутбука) по Wi-Fi мосту с поста, удаленного до 2 км.

Доступность означает как онлайн просмотр, так и поиск в архиве любой камеры по тревожному событию. Для этого можно работать и через браузер, и через приложения СMC. Более того, можно непосредственно подключиться к любой из 32 камер для ее полноценной настройки.

При этом трафика в 30 Мб/сек достаточно для связи с удаленным узлом.

Подобные варианты решают проблему прокладки кабелей. Все проблемы со связью по Wi-Fi становятся менее критичными, поскольку функционирование узла (обнаружение, запись, журнал событий) происходит автономно, и все происшедшее остаётся в архиве регистратора до «разбора полетов».

Учитывая стоимость прокладки кабелей (в крупных системах она достигает 1000 $ на камеру, а в населенных пунктах, особенно дороги воздушки по осветительным столбам), для компактных «кустов» камер применение Wi-Fi мостов оказывается экономически целесообразным.

5. Каналы связи по GSM

Канал передачи предоставляется оператором сотовой связи.

Вместо лицензии требуется покупка СИМ карты и оплата трафика. Главное отличие от Wi-Fi в том, что мы связываемся не через беспроводную локальную сеть, а через глобальную сеть Интернет.

Из этого вытекают как достоинства, так и недостатки.

1. Необходима связь с сотовой вышкой и зона покрытия сетью выбранного оператора.
2. Желательна прямая видимость и отсутствие стен для обеспечения максимальной дальности.
3. Необходимо оплачивать трафик оператору.
4. Низкая скорость передачи, которая зависит как от стандарта передачи в GSM, так и от дальности от сотовой вышки, прохождения сигнала и количества абонентов в сети.

Таблица 3. Стандарты сотовой связи, используемые для передачи видео по GSM

Источник