ДИПЛОМ. В общей части описаны такие вопросы, как назначение и характеристика проектируемой сети видеомониторинга анализ технической литературы и патентных исследований
 Скачать 1.68 Mb.
|
|
2.3.3 Выбор стандарта радиодоступа Существующие стандарты радиодоступа достаточно хорошо проработаны и существует множество фактических реализаций. В таблице 7 приведена сравнительная характеристика стандартов беспроводной связи 4 и 5 поколений. Таблица 7 - Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи 4 и 5 поколения
Продолжение таблицы 7
В нашем случае, при проектировании системы видеомониторинга целесообразнее всего использовать технологию bluetooth v 1.3., по следующим причинам: -высокая скорость развертывания; -возможность поэтапного развития сети, начиная с минимальной конфигурации; -низкие затраты на эксплуатацию; -высокая пропускная способность; -широкая инфраструктура, возможность масштабирования; -радиус действия до 100 м. Этого достаточно для организации радиодоступа на широких перекрестках, проспектах, кольцевых; -мощность приемо-передатчиков Bluetooth - маленькая, на сегодняшний день они совсем дешевы и встраиваются даже в беспроводные гарнитуры; -простота использования. Технология Bluetooth обеспечивает обмен информацией между любыми устройствами на надежной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга [5]. Каждое устройство Bluetooth имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот диапазон в большинстве стран отведен для промышленной, научной и медицинской аппаратуры и не требует лицензирования, что обеспечивает повсеместную применимость устройств. ISM-диапазон используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях. Для Bluetooth используются радиоканалы с дискретной (двоичной) частотной модуляцией, несущая частота каналов F = 2402+k (МГц), где k = 0-78. Кодирование простое - логической единице соответствует положительная девиация частоты, нулю - отрицательная. Передатчики могут быть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2, 5 и 100 МВт, причем должна быть возможность понижения мощности с целью экономии энергии. Передача ведется с перескоком несущей частоты с одного радиоканала на другой, что помогает в борьбе с интерференцией и замираниями сигнала. Физический канал связи представляется определенной псевдослучайной последовательностью используемых радиоканалов (79 или 23 возможных частот). Группа устройств, разделяющих один канал (то есть использующих одну и ту же последовательность перескоков), образует так называемую пикосеть (piconet), в которую может входить от 2 до 8 устройств. В каждой пикосети имеется одно ведущее устройство и до 7 активных ведомых. Кроме того, в зоне охвата ведущего устройства в его же пикосети могут находиться «припаркованные» ведомые устройства: они тоже «знают» последовательность перескоков и синхронизируются (по перескокам) с ведущим устройством, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока ведущее устройство не разрешит их активность. Каждое активное ведомое устройство пикосети имеет свой временный номер (1-7); когда ведомое устройство деактивируется (паркуется), оно отдает свой номер для использования другими. При последующей активизации оно уже может получить иной номер (потому он и временный). Пикосети могут перекрываться зонами охвата, образуя «разбросанную» сеть (scatternet). При этом в каждой пикосети ведущее устройство только одно, но ведомые устройства могут входить в несколько пикосетей, используя разделение времени (часть времени он работает в одной, часть - в другой пикосети). Более того, ведущее устройство одной пикосети может быть ведомым устройством другой пикосети. Эти пикосети никак не синхронизированы, каждая из них использует свой канал (последовательность перескоков). Канал делится на тайм-слоты длительностью 625 мкс., слоты последовательно нумеруются с цикличностью 227. Каждый тайм-слот соответствует одной частоте несущей в последовательности перескоков (соответственно 1600 перескоков в секунду). Последовательность частот определяется адресом ведущего устройства пикосети. Передачи ведутся пакетами, каждый пакет может занимать от 1 до 5 тайм-слотов. Ведущее и ведомые устройства ведут передачу поочередно: в четных слотах передачу ведет ведущее устройство, а в нечетных - адресованное им ведомое устройство. Радиолиния Bluetooth, использующая технологию расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты, устойчива к интерференции и замираниям. Расширение спектра является методом цифрового кодирования, в котором исходный сигнал преобразуется таким образом, что для случайного слушателя он становится больше похожим на шум. Операция кодирования увеличивает количество передаваемых битов и расширяет используемую полосу пропускания. Используя такой же расширяющий код как и в передатчике, приемник сжимает расширенный сигнал обратно к исходной форме. Сигнал, передаваемый в расширенной полосе частот, более устойчив к различным помехам, что повышает надежность передачи данных и голоса. При псевдослучайной скачкообразной перестройке частоты, т.е. перескоках сигнала с одной частоты на другую по закону псевдошумовой последовательности, беспроводные системы становятся более конфиденциальными, т.е. защищенными от подслушивания Между ведущим и ведомыми устройствами могут устанавливаться физические связи двух типов: синхронные и асинхронные. Синхронные связи (они же изохронные) с установлением соединения, SCO link (Synchronous Connection-Oriented), используются для передачи изохронного трафика (например, оцифрованного звука). Эти связи типа «точка-точка» предварительно устанавливает ведущее устройство с выбранными ведомыми устройствами, и для каждой связи определяется период (в слотах), через который для нее резервируются слоты. Связи получаются симметричные двусторонние. Повторные передачи пакетов в случае ошибок приема не используются. По сетевой классификации связи SCO относятся к коммутации цепей [5]. Асинхронные связи без установления соединения, ACL link (Asynchronous Connection-Less), реализуют коммутацию пакетов по схеме «точка-множество точек» между ведущим устройством и всеми ведомыми устройствами пикосети. Ведущее устройство может связываться с любым из ведомых устройств пикосети в слотах, не занятых под SCO, послав ему пакет и потребовав ответа. Ведомое устройство имеет право на передачу, только получив обращенный к нему запрос ведущего устройства (безошибочно декодировав свой адрес). Для большинства типов пакетов предусматривается повторная передача в случае обнаружения ошибки приема. Ведущее устройство может посылать и безадресные широковещательные пакеты для всех ведомых устройств своей пикосети. При создании системы цифровой связи ограничение потенциально возможных преднамеренных помех (ПРП) каким-либо одним или несколькими типами создает условия, при которых возможен отказ системы при воздействии непредвиденного типа ПРП. Поэтому целесообразно рассчитывать на максимальное возможное разнообразие ПРП в пределах заданных ограничений на системе. Основные типы ПРП: узкополосные, шумовые, импульсные, ретранслированные, прицельные. С ПРП борьба ведется сменой структуры сигнала в частотно-временной области, либо программным (псевдослучайным) переключением рабочих (радио) частот, либо передачей широкополосными (шумоподобными) сигналами (ШПС) [8]. В физической среде bluetooth распространяется с помощью маломощного шумоподобного сигнала. Использование шумоподобных сигналов (ШПС) обеспечивает безопасность передачи конфиденциальной информации ввиду невозможности приема сигналов без знания структуры псевдослучайных последовательностей, используемых при генерации шумоподобных сигналов. 2.3.4 Выбор оборудования подключения к сети провайдера Анализ коммутаторов провайдера Сеть Metro Ethernet ОАО «Башинформсвязь» построена на базе коммутаторов Cisco ME 3400. Коммутаторы Cisco решают две основные задачи: во-первых, это доставка Ethernet- пакетов непосредственно в помещения, а во-вторых, передача трафика от граничных устройств доступа в сеть оператора связи. Коммутаторы Cisco ME 3400 представляют собой 24-портовые устройства, которые спроектированы для размещения в служебных помещениях, предназначенных для обслуживания многоквартирных домов, офисных зданий и небольших районов. Коммутаторы комплектуются двумя оптоволоконными портами, подключенными к инфраструктуре оператора связи. Технические данные коммутатора Cisco ME 3400 представлены в приложении Д. Анализ мультиплексора провайдера Аппаратура синхронной цифровой иерархии (SDH) всех видов должна соответствовать стандартам международного союза Электросвязи (МСЭ). Волоконно оптическая магистраль Башинформсвязь построена на базе мультиплексоров OptiX OSN 3500 уровня STM-16 от фирмы «Huawei Technologies». Возможно использование данного оборудования в режимах мультиплексора ввода/вывода для добавления в сеть или изъятия из нее цифровых потоков, или транспортных единиц и групп со скоростями 2, 34, 140 или 155 Мбит/с. OptiX OSN 3500 представляет собой построенный на единой платформе мультиплексор SDH с функцией ввода/вывода и гибкой архитектурой. Главными достоинствами сетей реализованных на оборудовании «Huawei Technologies» являются: - высокая надежность, за счет использования современных методов защиты, как оборудования так и трафика; - простота обслуживания и развитие сети, модульный принцип построения оборудования и программного обеспечения; - полное соответствие рекомендациям МСЭ; - удобство обслуживания, наличие сервисных центров фирмы на территории России. Оборудование OptiX OSN 3500 компании «Huawei Technologies» предназначено для организации по одному линейному тракту 30240 каналов ТЧ или ОЦК (основной цифровой канал) с тактовой частотой 2488 МГц. Мультиплексор обеспечивает транспортировку голосового и информационного трафика с высокой пропускной способностью и применяется в транспортных и магистральных сетях. Особенностью OptiX OSN 3500 является то, что функции линейного блока, блока кросс-коммутации, блока синхронизации, блока SCC (System Control and Connection) интегрированы на одной плате, что высвобождает ресурсы слотов. В «корзине» 15 слотов для плат обработки, 16 слотов для плат интерфейсов, 1 слот для платы вспомогательного интерфейса и три модуля вентиляторов. Технические данные мультиплексора OptiX OSN 3500 приведены в приложении Е. Выбор оборудования технологии bluetooth v 1.3. Анализ и обоснование выбора приемо-передатчика Каждое устройство Bluetooth имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. В пункте 2.2.4 была выбрана камера D-Link 8906F. Она имеет встроенный передатчик bluetooth, мощность передатчика 20 dBm. Рынок приемников bluetooth представлен огромным количеством фирм - производителей, таких, как: Nokia (Финляндия), Hicom (Россия), GlobalSAT (Корея), eXtreme, Cellink (Китай и Европа), Guidetek GSpace, D-Link (Тайвань) и многие другие. Чаще всего приемники bluetooth используются для предоставления доступа устройствам (ноутбуки, принтеры, камеры и т.д.) к стационарной локальной сети. Конструктивно приемник bluetooth может быть выполнен как для наружного использования (защищенный от воздействий внешней среды вариант), так и для использования внутри помещений. Также существуют устройства, предназначенные для промышленного использования, учитывающие специфику производства. Что касается функциональности, у различных приемников bluetooth она может существенно разниться, иногда предоставляя средства диагностики и контроля сети, удаленной настройки и устранения неисправностей. Приемники bluetooth призваны выполнять самые разнообразные функции, как для подключения группы устройств (каждый с беспроводным сетевым адаптером) в самостоятельные сети (режим Ad-hoc), так и для выполнения функции моста между беспроводными и кабельными участками сети (режим Infrastructure). Для режима Ad-hoc максимально возможное количество станций - 256. В Infrastructure-режиме допустимо до 2048 беспроводных узлов. На практике, один приемник bluetooth может обслуживать не более 15 клиентов одновременно. Следует учитывать, что приемник bluetooth - это обычный концентратор. При нескольких подключениях к одному приемнику полоса пропускания делится на количество подключенных пользователей. Теоретически ограничений на количество подключений нет, но на практике стоит ограничиться, исходя из минимально необходимой скорости передачи данных для каждого пользователя. Для сравнения представлены 3 приемника bluetooth: Bluetooth-to-LAN D-Link DBT-900AP, GlobalSAT 3405, Cellink Bluetooth F8T030. Таблица 8 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам радиоприемников
Продолжение таблицы 8
Как видно из таблицы 8 радиоприемник Cellink Bluetooth F8T030 отличается большим количеством каналов приема, меньшими габаритными размерами, низкой стоимостью, широким диапазоном рабочих температур и лучшей чувствительностью. Следовательно, выбираем радиоприемник Cellink Bluetooth F8T030 уличного исполнения. Высота подвеса радиоприемника, исходя из условия обеспечения прямой видимости между приемо-передающим оборудованием, берется 4,5 м. Технические данные радиоприемника приведены в приложении Ж. Подключение приемника bluetooth к сети провайдера В пункте 2.3.4 был выбран радиоприемник Cellink Bluetooth F8T030. Комплектация радиоприемника: - устройство; - блок питания; - кабель питания; - кабель F/UTP4-Cat5e, 50 метров; - компакт-диск с драйверами и документация. Конструктивные параметры кабеля F/UTP4-Cat5e представлены в таблице 9. Электрические характеристики для F/UTP4 cat 5e представлены в таблице 10. Таблица 9 - Конструктивные параметры кабеля F/UTP4-Cat5e
Таблица 10 - Электрические характеристики для F/UTP4 cat 5e
Затухание (ослабление) оказывает наиболее существенное влияние на передачу данных. Затухание - отношение мощности сигнала на выходе из передатчика (приемник bluetooth) к мощности сигнала на входе в приемник (коммутатор провайдера) той же линии. Обуславливает постепенную потерю энергии сигнала в среде передачи, в результате которой мощность полезного сигнала уменьшается, определяется по формуле (10).  дБ (10)Для оценки качества кабеля часто используется коэффициент затухания α, который отражает ослабление сигнала на единицу длины и определяется выражением (11):  дБ/м (11)Спектр передаваемого с видеокамеры изображения имеет полосу до 6-8 МГц. Согласно таблице 9 в этой полосе частот кабель имеет коэффициент затухания α≈0,05 дБ/м (5дб/100м). При установке приемника bluetooth на расстояние 20 метров от коммутатора провайдера, расход кабеля составит ориентировочно L = 25 метров. Следовательно, вносимые кабелем затухания в передаваемый видеосигнал составят:  дБЭто значит, что передаваемый от радиопередатчика до коммутатора сигнал по своей мощности уменьшится на 1,25 дБ. Выбор системы сбора и обработки информации В данном подпункте необходимо осуществить выбор и обоснование системы сбора и обработки информации: видеосервера. Роль сервера играет компьютер с платой видеозахвата, расположенный в полке ГАИ, через который в дальнейшем организовывается доступ в сеть. Выбор компьютера При выборе компьютера внимание следует обратить не только на единовременные затраты, но и на возможность сэкономить в будущем в процессе эксплуатации. Таким образом, важнейшим критерием выбора оборудования становится его надежность. Отвечающий высоким требования надежности компьютер прослужит дольше даже при максимальной загрузке, не потребует частого ремонта, который во время гарантийного обслуживания пусть и не будет стоить больших денег, зато сможет значительно притормозить работу. Кроме того, вероятность случайной потери важных данных в случае частой поломки компьютерного оборудования создает трудности. Так как компьютер будет работать с большим объемом информации, поступающей от камер, то при его выборе следует обратить внимание на: мощность видеокарты и объем оперативной памяти. Важно, чтобы подобранное аппаратное средство наиболее полно соответствовало той задаче, которая будет на нем решаться. Видеомониторы предназначены для отображения информации непосредственно с видеокамер или с устройств обработки видеоизображения, таких как видеорегистраторы, квадраторы, мультиплексоры, матричные коммутаторы, компьютеры. В связи со спецификой работы оборудования системы охраны (круглосуточная работа, частое переключение кадров и повышенные требования по защите информации), видеомониторы не могут быть заменены обычными телевизионными приемниками. Кроме этого, во многие видеомониторы встроены коммутаторы, позволяющие принимать видеосигналы от нескольких видеокамер. Для защиты от внешних электромагнитных полей и уменьшения пожароопасности, видеомониторы, в отличие от телевизоров, выпускаются в металлических корпусах. Внимание должно быть уделено эргономичности и комфортности работы за компьютером. Операторам придется провести за компьютером большую часть дня, так что неправильно подобранные или некачественные видеомонитор, клавиатура не только причинят неудобство, но и вызовут раздражение и повышенную утомляемость, что скажется на эффективности работы сотрудника. Лидерами по производству компьютеров являются следующие фирмы-производители: Acer, Toshiba, Apple, Samsung, Xerox, NEC, Dell, DEPO и т.д. Для сравнения представлены 3 компьютера различных производителей: DEPO Ego 8751is, Samsung Core 2 Quad Q9500 (2,83GHz), Dell OptiPlex. Таблица 11 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам компьютеров
Продолжение таблицы 11
Как видно из таблицы 11 компьютер Dell OptiPlex отличается большим объемом жесткого диска и оперативной памяти, приемлемой стоимостью, комплектующими: мышь, клавиатура, современная видеокарта на базе лидера в производстве графических решений. Технические данные компьютера Dell OptiPlex приведены в приложении И. Выбор видеомониторов требует не меньше внимания, чем выбор остальных компонентов системы охранного видеонаблюдения. В случае если качество видеомонитора не будет соответствовать качеству видеокамер, то и вся система видеонаблюдения будет функционировать не на должном уровне. При выборе видеомонитора нужно учесть следующие факторы: тип монитора (аналоговый или цифровой), размер экрана, размер зерна экрана, разрешающую способность, частоту кадровой развертки, объем памяти видеоадаптера, уровень радиации. Разрешающая способность видеомонитора должна соответствовать разрешающей способности видеокамеры. Для сравнения представлены 3 видеомонитора: TM-A170G компании JVC Professional, LCD-видеомонитор Smartec STM-260W и STM-200. Таблица 12 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам видеомониторов
Продолжение таблицы 12
Наиболее подходящим вариантом по ряду причин является видеомонитор Smartec STM-260W. Его основные преимущества: высокое разрешение, оптимальная цена, оптимальный размер экрана для осуществления видеомониторинга, небольшое время отклика. Технические данные видеомонитора приведены в приложении К. Выбор и обоснование платы видеозахвата Плата видеозахвата это устройство, позволяющее обрабатывать информацию, поступающую с видеокамер. В зависимости от характера и сложности решаемых системой задач могут применяться разные типы плат видеозахвата. Их внешний вид, функции и настройки могут сильно отличаться. Видеосервер на базе компьютера состоит из материнской платы, процессора, видеокарты, оперативной памяти, винчестера и платы видеозахвата. Эти устройства соединены между собой и функционируют как единый комплекс. При выборе платы видеозахвата для проектируемой системы следует обратить внимание на: 1) Разрешение записи платы видеозахвата. Для большинства качественных плат максимальным разрешением будет 720х576, 640x480 пикселей. Запись с меньшим разрешением может быть оправдана, но рассмотреть детали на такой картинке будет очень сложно; 2) Скорость записи платы видеозахвата – количество кадров в секунду на 1 канал. Запись в реальном времени (25 кадров/сек) может быть оправдана там, где много быстро движущихся объектов. В большинстве случаев достаточно скорости записи 10 кадров/сек; 3) Варианты записи плат видеозахвата – по детектору движения, по расписанию, по тревожным входам. У большинства плат присутствуют эти варианты записи. Особое внимание следует уделить качеству и настройкам детектора движения; 4) Удаленный доступ плат видеозахвата к системе видеонаблюдения с разграничением прав доступа. Доступ может осуществляться как по локальной сети, так и из любой точки мира через Интернет; 5) Совместимость платы видеозахвата с компонентами компьютера. Многие производители предъявляют специфические требования к компьютеру, что создает определенные трудности; 6) Поиск и просмотр записанных видеофайлов. Очень важно чтобы поиск был удобен и не занимал много времени. Некоторые платы позволяют одновременно просмотреть сразу несколько камер, что экономит время на поиск и выявление необходимых фрагментов видео; 7) Возможность расширения плат видеозахвата количества видео каналов путем добавления дополнительной платы видеозахвата. Данная возможность позволяет легко и при минимальных затратах расширить систему видеонаблюдения. Платы видеозахвата производят следующие фирмы-производители: Hicap, Comart, Digi-it, ADVANTECH, CANON, Hawell и т.д. Для сравнения представлены 3 платы видеозахвата различных фирм-производителей: Hicap 50 Comart, DIGI-IT DIT-9600, Hawell HW-9104V1. Таблица 13 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам плат видеозахвата
Продолжение таблицы 13
Наиболее подходящим вариантом является плата видеозахвата Hawell HW-9104V1. Она совместима с компьютером, выбранном в пункте 2.3.4, приемлема по цене, имеет необходимое количество каналов видео, достаточную скорость записи, поддерживает методы компрессии MJPEG/MPEG4. Технические данные платы видеозахвата приведены в приложении Л. Функции записи и просмотра выполняет специализированное ПО, поставляемое вместе с платой. Длительность записи видеоданных определяется объемом жесткого диска компьютера. Для нормального функционирования сервера производят его настройку, для этого устанавливают ПО видеокамер, ПО платы видеозахвата, настраивают конфигурацию сетевых карт и при помощи патч-корда соединяют локальную сетевую карту с коммутатором. |