ДИПЛОМ. Пояснительная записка проекта включает общую часть, расчетнопроектную часть, конструкторскотехнологическую часть, организационноэкономическую часть, раздел безопасность и экологичность проекта, чертежи
 Скачать 1.68 Mb.
|
|
2.3 Подключение системы видеонаблюдения к сети провайдера При проектировании системы видеомониторинга возникает вопрос: как связать видеокамеры с сетью провайдера, то есть, какой канал связи между ними использовать. 2.3.1 Выбор и обоснование канала связи При реализации проектов систем видеонаблюдения особое внимание необходимо уделять качеству линий передачи телевизионного сигнала: от видеокамер до коммутаторов провайдера. От характеристик линий связи во многом зависит качество получаемого телевизионного изображения. Существуют несколько способов и средств передачи видеосигнала, среди которых: Коаксиальный кабель Достоинства: - кроме передачи сигнала оплетка выполняет функцию экрана. На ней индуцируются внешние помехи, которые в последующем заземляются; - он более устойчив к внешним помехам в полосе передачи ТВ сигнала (50 Гц - 6 МГц). Недостатки: - при прокладке коаксиального кабеля необходимо учитывать возможные наводки от кабелей электропитания, проходящих рядом, возможно появление паразитных земляных токов по экрану кабеля; - подвержен образованию на оплетке и центральной жиле статических зарядов при прохождении грозового фронта. - на протяженных коаксиальных видеолиниях неизбежно возникают амплитудно-частотные искажения видеосигнала, что приводит к потере качества телевизионного изображения в виде снижения контрастности и четкости. 2) Кабель медный, витая пара Достоинства: - зачастую в зданиях уже имеются свободные витые пары в существующих кабелях, которые можно использовать для передачи видеосигнала, т.е. экономия; - свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Недостатки: - применение экранированного кабеля приводит к снижению предельной дальности передачи ТВ сигнала приблизительно в 2 раза из-за влияния паразитной емкости экрана; - уменьшение разрешения передаваемого изображения; - витые пары подвержены грозовым импульсным наводкам, что может привести к выходу из строя выходного каскада передатчика и входного каскада приемника. 3) Волоконно-оптический кабель Достоинства: - пропускная способность ВОЛС многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и может измеряться терабитами в секунду; - малое затухание света в оптическом волокне обуславливает возможность применения волоконно-оптической связи на значительных расстояниях без использования усилителей; - волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и недоступна для несанкционированного использования; - отсутствие «земляных токовых петель»; - полная безопасность во взрывоопасных и пожароопасных помещениях. Недостатки: - дисперсия; - оптиковолокно не подлежит ремонту, в случае повреждения участок приходится прокладывать заново; - высокая стоимость прокладки. 4) Радиоканал Достоинства: - удобен и выгоден в местах, где обычные кабели прокладывать нецелесообразно (рвы, траншеи, горы, небольшие реки и т.п.), в местах где установка проводов неэффективна и невозможна; - экономически эффективны; - позволяет соединять между собой практически любые устройства; - технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно; - высокочастотный (2,4 - 2,48 ГГц) приемопередатчик. Для использования этих частот не требуется лицензия; - соединения типа точка-точка, точка-многоточка; - скорость выделенного доступа от 64 Кбит/с до 54 Мбит/с с гарантированной пропускной способностью; - мобильность - радиооборудование является мобильным, т.к. легко демонтируется и устанавливается на новом месте при переезде пользователя в другое помещение; - освобождение городской телефонной линии - данные передаются по радиоканалу и не занимают линию связи. Недостатки: - необходимость обеспечения прямой видимости объектов; - ограниченная дальность передачи: с ростом частоты падает дальность передачи; - воздействие помех. 5) Телефонные линии и линии общего пользования Достоинства: - легкость в управлении; - быстрота соединения с вызываемым абонентом; - устойчивость и бесперебойность соединения; - повсеместная распространенность телефонной сети обеспечивает универсальную доступность для передачи данных. Недостатки: - специальная приемо-передающая аппаратура; - узкополосный канал связи (3 кГц); - скорость обновления кадров на приемной стороне может достигать нескольких десятков секунд. Это не удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к системам видеонаблюдения, т. к. получаемое изображение не соответствует реальному масштабу времени; - организация выделенного канала. Вывод: Выбор передающей среды обусловлен требованиями предъявляемыми к системе передачи данных: - система должна быть недорогой; - система должна иметь широкую инфраструктуру; - иметь возможность к масштабированию. В дипломном проекте система передачи данных не может быть расширена за счет проводных сетей по ряду причин: - проблема прокладки кабеля к столбам, которая приводит к высокой стоимости сети; - высокая стоимость работ; - отсутствие телефонных линий. Поэтому задача может быть решена за счет использования систем радиодоступа. Передача данных по радиоканалу во многих случаях надежнее и дешевле, чем передача по коммутируемым или арендованным каналам, и особенно по каналам сотовых сетей связи. В ситуациях, в связи с отсутствием развитой инфраструктуры связи, использование радиосредств для передачи данных часто является единственно разумным вариантом организации связи. Система передачи с использованием радиопередатчиков и радиоприемников может быть развернута практически в любом географическом регионе. Все беспроводные сети поддерживают как режим инфраструктуры (подключение через приемник) так и режим «равный с равным» (без применения приемника). Можно добавлять новых пользователей и устанавливать новые узлы сети в любом месте. Беспроводные сети могут быть установлены для временного использования в помещениях, где нет инсталлированной кабельной сети или если прокладка сетевых кабелей затруднена [2, 11]. 2.3.2 Выбор системы радиодоступа К настоящему времени системы радиодоступа прошли несколько поколений и позволяют предоставлять услуги телефонной связи, передачи данных и телематических служб. Радиосвязь сегодня делает самый большой шаг вперед: переходит с аналоговых стандартов на цифровые [11]. Цифровые системы радиосвязи имеют множество преимуществ перед аналоговыми: повышенное качество передачи данных, большая дальность действия, улучшенная защита от прослушивания, возможность интеграции с системами передачи данных и так далее, эффективность использования частотного ресурса. Каналы, по которым ранее передавался один вызов в единицу времени, теперь разделяются для того, чтобы можно было одновременно передать два. Преимущества цифровых систем по отношению к аналоговым показаны на рисунке 8:  Рисунок 8 – Преимущество цифровых систем по отношению к аналоговым Аналоговые системы радиодоступа К аналоговым системам радиодоступа относятся системы 1 поколения (1960 гг.) на базе стандартов МРТ 1327, УТК, СТ0, СТ1: аналоговые средства доступа к аналоговым автоматическим телефонным станциям (АТС). В большинстве это узкополосные системы, позволяющие подключить до нескольких десятков или сотен телефонных каналов. Как правило, используются в качестве радиоудлинителей линии связи между АТС и телефонными аппаратами либо беспроводных телефонных аппаратов [8, 11]. Диапазон частот аналоговых радиоудлинителей до 1 ГГц. В настоящее время они используются в малонаселенных сельских местностях. Уже в 1960 гг. системы радиодоступа позволяли подключаться к сети общего пользования через одну базовую станцию или центральную станцию с возможностью нескольких независимых соединений. В России радиодоступ к АТС осуществлялся через систему «Алтай». В последнее время ей на смену приходит оборудование стандарта МРТ 1327. Кроме того, для подключения к сетям общего пользования чаще используются аналоговые стыки по двухпроводным абонентским линиям. В настоящее время в России производятся системы радиодоступа в диапазонах 30 – 57,5 МГц (Оборудование УТК-015), 300 МГц (оборудование «Алтай» и МРТ-1327), 450 МГц (оборудование УТК-01). К первому поколению систем радиодоступа относятся и беспроводные телефонные аппараты диапазонов 30-40 МГц и 900 МГц. Цифровые системы радиодоступа К цифровым системам радиодоступа относятся системы 2, 3, 4 и 5 поколения [5, 11]. Рассмотрим каждое из них: -2 поколение (на базе стандартов TDMA, CDMA, CT-2, DECT) TDMA (Time Division Multiple Access) - множественный доступ с разделением по времени. Способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находятся несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи. TDMA предоставляет каждому пользователю полный доступ к интервалу частоты в течение короткого периода времени. TDMA в настоящее время является доминирующей технологией для мобильных сотовых сетей и используется в стандартах GSM, TDMA (ANSI-136), PDC. CDMA (Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением. Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного числового кода, который распространяется по всей ширине полосы. Нет временного разделения, все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладывается друг на друга но, поскольку их коды отличаются, они могут быть дифференцированы. CТ-2цифровой стандарт, позволяющий обеспечивать конфиденциальность переговоров на высоком уровне. CT-2 использует временное разделение каналов (TDD), в результате чего обмен сообщениями происходит на одном частотном канале. Основные недостатки CT-2 - небольшая абонентская емкость и возможность прослушивания разговора. Применяемый в нем алгоритм защиты не представляет собой шифрование в полном смысле слова. На сигнал накладывается специальный шум, который снимается по определенному алгоритму в приемнике. После «подсадки» на радиолинию с помощью специальной аппаратуры избавиться от шума не составляет большого труда. Притом наложение шума не способствует улучшению качества связи. DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) - технология беспроводной связи на частотах 1880–1900 МГц с модуляцией GMSK. Цифровой стандарт DECT является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире благодаря простоте развертывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи. Стандарт DECT в России для домашнего пользования, не требует частотного разрешения. DECT основан на технологиях TDMA, FDMA, TDD. Это означает, что спектр радиоизлучения разделен как по времени, так и по частотам. Стандарт описывает взаимодействие базовой станции с мобильными терминалами (аппаратами) при этом может обеспечиваться как передача голоса, так и данных. Диапазон радиочастот, используемых для приема/передачи - 1880–1900 МГц в Европе, 1920–1930 МГц в США. Рабочий диапазон (20 МГц) разделен на 10 радиоканалов, каждый по 1728 КГц. Обмен информацией производится кадрами; с помощью временного разделения в каждом кадре создаются 24 временных слота; 24 слота обеспечивают 12 дуплексных каналов для приема/передачи голоса. При установлении соединения для разговора используются 2 из 24 временных слота в каждом кадре: один для передачи голоса, другой для приема. Максимальная мощность станции и телефонных трубок в соответствии со стандартом - 10 мВт. Основные достоинства DECT: хорошая (в сравнении с аналоговыми системами) помехоустойчивость канала связи, благодаря цифровой передаче сигнала; вследствие этого - отсутствие множества помех во время разговора, которые присутствовали в аналоговых системах; хорошая интеграция с системами стационарной корпоративной телефонии, меньшее по сравнению с мобильными телефонами облучение абонента - уровень сигнала радиотелефона в соответствии со стандартом составляет 10 мВт (из-за многократно меньшей мощности передатчика, как трубки, так и базы). Основные недостатки DECT: небольшая дальность связи (из-за ограничения мощности самим стандартом); недостаточная защищенность стандарта, позволяющая дистанционное прослушивание переговоров. Наличие возможности шифрования не спасает ситуацию, поскольку злоумышленник может его отключить, не взламывая сам шифр. -3 поколение (на базе стандартов FH CDMA, DS CDMA, 802.15.1, 802.11, 802.11b) TDMA, CDMA, используется частотное (FDD) и временное (TDD) уплотнение каналов. FDMA (Frequency Division Multiple Access) - множественный доступ с разделением каналов по частоте. Способ использования радиочастот, когда в одном частотном диапазоне находится только один абонент, разные абоненты используют разные частоты в пределах соты. Поэтому, пока начальный запрос не закончен, канал закрыт к другим сеансам связи. Полная дуплексная (Full-Duplex) FDMA передача требует двух каналов, один для передачи и другой для получения. FDMA использовался в первом поколении (1G) аналоговой связи. Bluetooth v 1.1. (IEEE 802.15.1).Стандарт обеспечивает обмен информацией между любыми устройствами на надежной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте 2,4 – 2,4835 ГГц для связи на расстоянии от 10 до 100 м. Пропускная способность до 2 Мбит/с. Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group. В нее вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стало частью стандарта IEEE 802.15.1. -4 поколение (на базе стандартов 802.16 MAN, 802.11a MAN/LAN, 802.11g LAN, 802.15.4, Zig Bee, IMT-2000) Стандарт IEEE 802.16 MAN. Стандарт IEEE 802.16 описывает беспроводные сети масштаба города. 802.16 - это так называемая технология «последней мили», которая использует диапазон частот от 10 до 66 ГГц. Предоставляет широкополосный доступ к сети через радиоканал. Возможна передача звука и видео. Стандарт определяет пропускную способность 120 Мбит/с на каждый канал в 25 МГц. IEEE 802.11- набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющемуся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. Получил широкое распространение благодаря развитию в мобильных электронно-вычислительных устройствах: КПК и ноутбуках. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 2 Мбит/с. IEEE 802.11a - стандарт сетей Wi-Fi. OFDM позволяет передавать данные параллельно на множественных подчастотах. Это позволяет повысить устойчивость к помехам и поскольку отправляется более одного потока данных, реализуется высокая пропускная способность. IEEE 802.11а может развивать скорость вплоть до 54 Мб/с в идеальных условиях. В менее идеальных условиях (или при чистом сигнале) устройства могут вести связь со скоростью 48 Мб/с, 36 Мб/с, 24 Мб/с, 18 Мб/с, 12 Мб/с и 6 Мб/с. Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц. Стандарт IEEE 802.11a несовместим с 802.11b и 802.11g IEEE 802.11g. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с и превосходя, таким образом, ныне действующий стандарт IEEE 802.11b, который обеспечивает скорость передачи 11 Мбит/с. Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом 802.11b. IEEE 802.15.4 - стандарт, который определяет физический слой и управление доступом к среде для беспроводных персональных сетей с низким уровнем скорости. Цель стандарта IEEE 802.15. – предложить нижние слои основания сети для сетей типа беспроводных персональных сетей, ориентированных на низкую стоимость, низкую скорость повсеместной связи между устройствами. Акцент делается на очень низкой стоимости связи с ближайшими устройствами, совсем без (или с небольшой) базовой структурой, с целью эксплуатации на доселе небывалом низком уровне энергии. Основной предел приема - 10-метровая область связи со скоростью передачи 250 кбит/с. Компромиссы возможны в пользу более радикально встраиваемых устройств с еще более низкой потребностью в энергии, путем определения не одного, а нескольких физических уровней. Первоначально были определены низкие скорости передачи в 20 и 40 кБит/с, скорость в 100 кБит/с была добавлена в текущем перевыпуске. ZigBee - название набора протоколов высокого сетевого уровня, использующих маленькие, маломощные радиопередатчики, основанные на стандарте IEEE 802.15.4. Этот стандарт описывает беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). ZigBee нацелена на приложения, которым требуется большее время автономной работы от батарей и большая безопасность, при меньших скоростях передачи данных. Основная особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при относительно невысоком энергопотреблении поддерживает не только простые топологии беспроводной связи («точка-точка» и «звезда»), но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений. Области применения данной технологии - это построение беспроводных сетей датчиков, автоматизация жилых и строящихся помещений, создание индивидуального диагностического медицинского оборудования, системы промышленного мониторинга и управления, а также при разработке бытовой электроники и персональных компьютеров. IMT-2000 представляет собой аббревиатуру от International Mobile Telecommunications 2000. Под этим названием объединены пять стандартов, которые относятся к мобильной связи третьего поколения или 3G. Согласно стандартам IMT-2000 под мобильной связью третьего поколения понимается интегрированная сеть, обеспечивающая скорости передачи данных: для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) - не менее 144 кб/с, для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) - 384 кб/с, для неподвижных объектов на коротких расстояниях - 2,048 Мб/с. -5 поколение (на базе стандартов 802.16а, е, d, 802.15.3, 802.15.3a) Стандарт IEEE 802.16а. Последовал за стандартом 802.16., использует диапазон частот от 2 до 11 ГГц. Стандарт поддерживает ячеистую топологию, не накладывает условие прямой видимости. WiMAX (IEEE 802.16е) (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16е, который также называют Wireless MAN. Bluetooth v 1.3. (IEEE 802.15.3). Пропускная способность от 11 до 55 Мбит/с. Дальность связи до 100 м. Повсеместно доступная радиочастота 2,4 – 2,4835 ГГц. IEEE 802.15.3а.Разработка принципов построения пикосети со скоростью обмена 110–480 Мбит/с и выше – до 1320 Мбит/с. Достичь таких высоких скоростей можно, только увеличивая спектральную ширину канала, переходя в область так называемой сверхширокополосной связи (СШП, UWB). Вывод: Анализ результатов развития технологий пользовательского доступа за последнее десятилетие показывает, что для предоставления услуг мультимедиа в настоящее время имеется широкий выбор беспроводных технологий пользовательского доступа, основные из которых сведены в таблицу 6. В дипломном проекте будем использовать цифровую систему радиодоступа 5 поколения по ряду причин: - наиболее современное и актуальное поколение радиодоступа; - оборудование 5 поколения радиодоступа в настоящее время доступно с экономической и технической точки зрения; - преимущества цифровой системы перед аналоговой; - высокая скорость передачи данных; - увеличение услуг связи; - дальность действия; - возможность применения в различных сетях. Таблица 6 - Характеристики оборудования пяти поколений сетей радиодоступа
Продолжение таблицы 6
|