การออกแบบเครือข่ายในระบบเฝ้าระวังด้วยไฟเบอร์ออปติก

0
17

ในเครือข่ายการเฝ้าระวังวิดีโอสายทองแดง (คู่บิด) ถูกใช้เพื่อเชื่อมต่อกล้อง IP กับศูนย์ควบคุมหรือหน่วยบันทึก ในการติดตั้งกล้องวงจรปิดระยะไกลรวมถึงภายในอาคารที่มีโครงสร้างท่อสายเคเบิลที่ไม่ดีอย่างไรก็ตามการเดินสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสามารถเป็นทางเลือกที่คุ้มค่ากว่า คุณสมบัติการส่งสัญญาณที่ยอดเยี่ยมของสายไฟเบอร์ออปติกช่วยลดความจำเป็นในการขยายสัญญาณหรืออุปกรณ์ขยายสัญญาณที่มีราคาแพงไปพร้อมกันทำให้การเดินสายเคเบิลเป็นไฟเบอร์ที่บางและยืดหยุ่นกว่าสาย UTP มันไม่ส่งกระแสไฟฟ้าดังนั้นจึงสามารถแบ่งปันท่อสายไฟเดียวกันและทำให้สามารถส่งข้อมูลได้มากขึ้นในแต่ละครั้ง

บทความนี้จะอธิบายว่าการสื่อสารใยแก้วนำแสงสามารถทดแทนสายทองแดงในเครือข่ายกล้องวงจรปิดได้อย่างไร

เทคโนโลยีกล้องวงจรปิดพัฒนาขึ้นแบบทวีคูณตั้งแต่การตรวจสอบวิดีโอฟุตเตจไปจนถึงระบบอัจฉริยะของวันนี้ที่สามารถระบุเหตุการณ์หรือพฤติกรรมที่ผิดปกติได้

เมื่อความฉลาดเพิ่มขึ้นในระบบกล้องวงจรปิดดังนั้นแอปพลิเคชันด้านเทคโนโลยี ยกตัวอย่างเช่นเทคโนโลยีการเฝ้าระวังสามารถนำมาใช้เพื่อสังเกตพฤติกรรมผู้บริโภคเพื่อช่วยให้องค์กรเพิ่มรายได้และผลกำไรและเพื่อตรวจสอบสภาพแวดล้อมการค้าปลีกเพื่อลดการหดตัว การวิเคราะห์การเฝ้าระวังด้วยวิดีโอในที่สุดก็รวมเข้ากับแพลตฟอร์ม Artificial Intelligent (AI) สามารถประเมินเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยโดยใช้ข้อมูลเกี่ยวกับการรับส่งข้อมูลเท้าการจดจำใบหน้าและการสร้างเหตุการณ์ขึ้นใหม่จากแหล่งกล้องต่างๆ

ทั้งหมดนี้และอื่น ๆ อีกมากมายเกิดขึ้นได้จากวิวัฒนาการของกล้องที่สร้างความละเอียดสูงแบบดิจิตอลบีบอัดหรือไม่บันทึกได้ วิดีโอดิจิทัลสามารถเก็บไว้ในสื่อที่หลากหลาย – ฮาร์ดไดรฟ์พีซีระบบ Network Attached Storage (NAS) หรือในที่เก็บข้อมูลบนคลาวด์

สถานการณ์แอปพลิเคชันการเฝ้าระวังวิดีโอ
ระบบเฝ้าระวังวิดีโอถือเป็นหนึ่งในวิธีที่เชื่อถือได้มากที่สุดในการปกป้องสถานที่ต่างๆ

ทุกวันนี้มีการติดตั้งกล้อง IP ไปยังหลายที่สำหรับการใช้งานใหม่ แอพพลิเคชั่นซอฟต์แวร์พิเศษที่มีประสิทธิภาพช่วยให้กล้อง IP สามารถปรับปรุงความปลอดภัยและทำการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องด้วยประสิทธิภาพอัตโนมัติ

สถานการณ์สมมติทั่วไปของแอปพลิเคชันหนึ่งในการเฝ้าระวังวิดีโออยู่ภายในอาคารสำนักงาน โดยทั่วไปแล้วแอปพลิเคชันนี้แสดงถึงความท้าทายบางประการในแง่ของการรวมเข้ากับเครือข่ายที่มีอยู่และการสร้างเครือข่ายที่คุ้มค่าที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างพื้นฐานสายเคเบิลรวมถึงประเภทของสวิตช์ที่ใช้

อีกอันหนึ่งอยู่ภายในห้างสรรพสินค้า กล้อง IP ในแต่ละโซนสามารถดำเนินการเฝ้าระวังแบบบูรณาการโดยลดความจำเป็นในการลาดตระเวนรักษาความปลอดภัยและเพิ่มความปลอดภัยและความปลอดภัย ซอฟต์แวร์จดจำใบหน้านั้นมีประสิทธิภาพในการระบุตัวบุคคลที่น่าสงสัยและเจ้าของร้าน

แต่ยังสามารถใช้กล้อง IP เพื่อส่งวิดีโอไปยังหน้าจอเพื่อแสดงกิจกรรมสดเพื่อดึงดูดความสนใจของลูกค้า ในสถานการณ์แอปพลิเคชันนี้ปัญหาสำคัญเกี่ยวข้องกับการขยายเครือข่ายการเฝ้าระวังวิดีโอที่จะต้องครอบคลุมพื้นที่ที่แตกต่างกันไม่ได้อยู่ในมุมมองของกล้อง

ในฐานะที่เป็นโซลูชั่นรักษาความปลอดภัยการเฝ้าระวังวิดีโอจึงเหมาะสำหรับร้านค้าและสถานที่เปิดโล่งหลายแห่งเช่นที่จอดรถ ภาพความละเอียดสูงให้ประโยชน์ที่ชัดเจนเนื่องจากพื้นที่ขนาดใหญ่สามารถครอบคลุมด้วยกล้องน้อยลง การควบคุมกล้อง Pan, Tilt และ Zoom (PTZ) สามารถทำงานได้จากระยะไกลทำให้ครอบคลุมการเฝ้าระวังอย่างทั่วถึงจากจุดศูนย์กลาง ข้อเสียเปรียบที่สำคัญของสถานการณ์นี้เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าพื้นที่ที่ไม่ต่อเนื่องหลายแห่งต้องได้รับการคุ้มครองและเป็นไปไม่ได้ที่จะรวมศูนย์อุปกรณ์เครือข่ายที่ใช้งานอยู่ทั้งหมดไว้

ภายในโรงแรมและโอกาสในการเกิดอาชญากรรมจะลดลงอย่างมากโดยการติดตั้งกล้องเพื่อตรวจสอบทางเข้าลิฟต์ลิฟต์ที่จอดรถและอื่น ๆ การเฝ้าระวังสามารถใช้ร่วมกับการพิสูจน์ตัวตน ID เพื่อควบคุมการเข้าถึงพื้นที่ จำกัด

ในโรงพยาบาลสามารถใช้การเฝ้าระวังในการตรวจสอบสวัสดิการของผู้ป่วยที่รอการรักษาและเพื่อความปลอดภัยของพนักงานเช่นเดียวกับในโรงเรียนที่ผู้ปกครองสามารถตรวจสอบสวัสดิการของบุตรหลานของตนโดยเชื่อมต่อกับเครือข่ายเฝ้าระวังผ่านพีซีหรือสมาร์ทโฟน เข้าสู่ระบบที่ปลอดภัย

สถานที่ประเภทเหล่านี้ทั้งหมดอาจมีข้อ จำกัด หลายประการเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐานของสายเคเบิลสัญญาณรบกวนทางวิทยุความปลอดภัย ฯลฯ และทั้งหมดที่สามารถเพิ่มปัญหาหลายอย่างในการปรับใช้เครือข่าย

นอกจากนี้ยังมีสถานีขนส่งเช่นทางรถไฟและเมืองใหญ่รวมถึงสิ่งอำนวยความสะดวกเช่นสถานีย่อยอุโมงค์และอื่น ๆ สามารถตรวจสอบผ่านเครือข่ายเฝ้าระวังวิดีโอ IP ในกรณีนี้ระยะทางที่จะครอบคลุมโครงสร้างพื้นฐานการเดินสายและความปลอดภัยเนื่องจากการมีระบบไฟฟ้าแรงสูงอาจเป็นหัวข้อสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบเครือข่าย

นี่เป็นเพียงตัวอย่างเล็ก ๆ น้อย ๆ ของการใช้กล้องวงจรปิดและข้อ จำกัด ที่สามารถเผชิญกับโซลูชันแบบดั้งเดิมที่ใช้ทองแดง แน่นอนว่าการใช้ระบบตรวจสอบวิดีโอขนาดใหญ่นี้มีความกังวลอย่างมากเกี่ยวกับความเป็นส่วนตัวดังนั้นความปลอดภัยของเครือข่ายเหล่านี้จึงไม่สามารถเป็นตัวเลือก

โครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายการเฝ้าระวังวิดีโอ

โดยทั่วไปแล้วกล้อง IP ที่มีอยู่ในตลาดรองรับมาตรฐาน Power over Ethernet (PoE) นั่นหมายความว่าสามารถจ่ายไฟให้กับกล้องผ่านสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตเดียวกันกับข้อมูลซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้สายไฟแยกต่างหาก กล้องต้องการเพียงสายเคเบิลอีเธอร์เน็ต UTP เดียวเท่านั้นที่วิ่งไปยังสวิตช์นั้น สิ่งนี้ต้องการสวิตช์ PoE ที่เหมาะสม

ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้นเทคโนโลยี PoE ช่วยให้การจ่ายไฟให้กล้องวงจรปิด IP ผ่านการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงพร้อมกับข้อมูลผ่านสายเคเบิลคู่บิด (UTP) แบบไม่มีโครงหุ้ม การเดินสายเคเบิลนี้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์เครือข่ายผ่านพอร์ต RJ-45 ที่ฉีดพลังงานจากอุปกรณ์จัดหาพลังงานเช่นสวิตช์ PoE หรือหัวฉีด PoE ขนาดกลาง

PoE จัดหาวิธีการที่ยืดหยุ่นและสะดวกในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่อยู่นอกสถานที่และประหยัดเงินด้วยการกำจัดค่าใช้จ่ายและความยุ่งยากในการเดินสายไฟฟ้าโดยตรง ความท้าทายของ PoE คือการเข้าถึงสถานที่ห่างไกลนอกขอบเขตระยะทางของการเดินสาย UTP ตามมาตรฐาน TIA / EIA 568-5-A สำหรับสายเคเบิลประเภท 5e ความยาวสูงสุดสำหรับส่วนสายเคเบิลคือ 100 เมตร (328 ฟุต) และหัวฉีดกำลังไฟฟ้า PoE หรือ midspans ไม่เพิ่มระยะห่างของดาต้าลิงค์

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเอาชนะข้อ จำกัด ระยะทางและแบนด์วิดท์ของ UTP และตัวแปลงสื่อเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการรวมอุปกรณ์เครือข่ายทองแดงและเส้นใย เนื่องจากไม่สามารถใช้พลังงาน DC ผ่านไฟเบอร์ตัวแปลงสื่อ PoE เป็นโซลูชันเพื่อขยายระยะทางเครือข่ายผ่านไฟเบอร์ไปยังกล้อง IP ระยะไกล ตัวแปลงสื่อ PoE แปลงไฟเบอร์เป็นทองแดงและส่งพลังงาน DC ไปยังกล้องผ่านสายเคเบิล UTP

ประโยชน์ที่ได้รับเกี่ยวกับไฟเบอร์ในเครือข่ายกล้องวงจรปิด
มีโซลูชั่นหลายตัวที่สามารถขยายระยะทางของลิงก์เครือข่าย PoE รวมถึงส่วนต่อขยาย PoE ส่วนต่อขยาย LAN ที่แปลง Ethernet เป็น DSL และ UTP เป็นตัวแปลง coax

การเคลื่อนย้ายในระยะไกลหรือในสภาพแวดล้อมที่มีความจุความพร้อมใช้งานโครงสร้างพื้นฐานการเดินสายความปลอดภัยและโครงสร้างเครือข่ายเป็นปัญหาอย่างไรก็ตามการเดินสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมีข้อดีหลายประการเหนือเทคโนโลยีเหล่านี้

ไฟเบอร์จะขยายระยะทางของเครือข่ายจนถึง 120 กิโลเมตรที่ 1Gbps ต่อลิงก์โดยที่ไม่มีการเสื่อมสภาพของข้อมูลในระยะไกล (คาดว่าจะมีการเสื่อมสภาพของสัญญาณในสายเคเบิลทองแดง) ตัวขยาย LAN สามารถขยายระยะทางเครือข่ายได้เพียงประมาณ 1 กม. แต่อัตราข้อมูล 100 Mbps สามารถลดลง 70 เปอร์เซ็นต์ในระยะทางที่ไกลขึ้น

สายเคเบิลไฟเบอร์ให้ประโยชน์ด้านความปลอดภัยเช่นกัน มันเป็นสื่อที่ปลอดภัยที่ไม่สร้างการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (สิ่งนี้อนุญาตให้ส่งผ่านเส้นใยภายในท่อที่มีสายไฟ) และยากต่อการแตะโดยการเพิ่มความปลอดภัยของเครือข่าย

ไฟเบอร์ยังมีความน่าเชื่อถือมากเพราะไม่ไวต่อสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าหรือข้อมูลสูญหายเนื่องจากอุณหภูมิหรือสภาพบรรยากาศ

ตัวเลือกสถาปัตยกรรมเครือข่ายด้วยตัวแปลงสื่อ PoE
ทุกวันนี้จำนวนกล้อง IP ที่ผลิตที่รองรับอินเตอร์เฟส SFP แบบออปติคัลค่อนข้าง จำกัด เหตุผลไม่ประหยัด แต่เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่ามีคนดีกว่าที่จะมีระบบรวมศูนย์ (เช่นสวิตช์ PoE) ที่ฟีดกล้อง IP ทั้งหมด วิธีการนี้อนุญาตให้มีสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหมดสำหรับการสำรอง / คืนพลังงานในสถานที่เดียวในกรณีที่ไฟฟ้าดับ

ในทางตรงกันข้ามการปฏิบัตินี้ก่อให้เกิดข้อ จำกัด หลายประการเกี่ยวกับระยะทางความจุความปลอดภัยและอื่น ๆ ที่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อต้นทุนเครือข่ายการดำเนินงานและการบำรุงรักษา

สำหรับแอปพลิเคชันในร่มปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการขาดแคลนพลังงานนั้นเล็กน้อยเนื่องจากโดยทั่วไปแล้วการป้องกันพลังงานจากระบบสำรองไฟแบตเตอรี่สำรอง (UPS) จะพร้อมใช้งานสำหรับโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญเช่นแพลตฟอร์มไอที

สำหรับคนที่อยู่กลางแจ้งข้อ จำกัด ของระยะทางประมาณ 100 เมตรของกล้อง IP จากสวิตช์ PoE นำเสนอข้อ จำกัด ที่สำคัญในการออกแบบเครือข่ายที่ต้องการเช่นอุปกรณ์เพิ่มเติมเช่นตัวขยายที่มีการเติบโตของต้นทุน

ไม่เพียงแค่. การใช้สวิตช์ PoE ในห้องควบคุมสำหรับกล้อง IP ทั้งหมดไม่อนุญาตให้ใช้โทโพโลยีเครือข่ายอื่น ๆ นอกเหนือจากดาว (หรือฮับและก้าน) เนื่องจากมีการติดตั้งกล้องในสถานที่ต่าง ๆ เพื่อให้ครอบคลุมพื้นที่ที่อยู่ภายใต้การเฝ้าระวังได้ดีที่สุดทำให้การเดินสายเคเบิลนั้นไม่ง่ายและซับซ้อนกว่าสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วยสวิตช์ PoE ระยะไกล

รูปที่ 2 แสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปได้อย่างไรที่จะหลีกเลี่ยงปัญหาทั้งหมดที่เกิดขึ้นในการออกแบบเครือข่ายกล้องวงจรปิด เครือข่ายประเภทนี้สามารถปรับใช้และปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมต่างๆ

กล้อง IP ทั้งหมดเข้าถึงได้ด้วยสายเคเบิลคู่หรือสายเดี่ยว OPNET Solutions ได้พัฒนา IP66 แบบรวมกล่องที่มี PoE media converter และ CWDM OADM mux ตัวแปลงสื่อ PoE พร้อมพอร์ต SFP สนับสนุนสถาปัตยกรรมเครือข่ายประเภทต่างๆเช่นโซ่เดซี่เชิงเส้น, แหวนและซ้ำซ้อนโดยให้ความน่าเชื่อถือสูงกว่าโซลูชันเดิม

CWDM mux ณ จุดรวมช่วยให้มัลติเพล็กซ์ของทราฟฟิกของกล้อง IP ทั้งหมดผ่านสายไฟเบอร์เดี่ยว กล้อง IP ทุกตัวเชื่อมต่อกับตัวแปลงสื่อ PoE ของตัวเองส่งกระแสข้อมูลบนแลมบ์ดาที่เฉพาะเจาะจงด้วยอัตราบิต 1Gbps (แต่โซลูชันที่ 10Gbps ต่อกล้อง IP ที่มีความละเอียด 4K หรือ 8K หรือสตรีมหลายรายการ)

โดยทั่วไปด้วยสายเคเบิลใยคู่เป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่อจนถึงกล้อง IP 16 ตัวที่อยู่ในระยะหลายกิโลเมตรขึ้นอยู่กับงบประมาณพลังงานของตัวรับส่งสัญญาณแต่ละตัวและการสูญเสียการแทรกของ mux แบบพาสซีฟ วิธีการแก้ปัญหาที่เหมือนกันของรูปที่ 2 สามารถนำมาใช้กับเส้นใยเดี่ยวโดยใช้ตัวรับส่งสัญญาณ Bi-Di CWDM ที่จัดสรรวงดนตรีย่อย TX และ RX ภายในวง CWDM เดียวกัน

การออกแบบแสดงในรูปที่ 2 ค่อนข้างยืดหยุ่นและมีการพิสูจน์ในอนาคตช่วยให้การขยายเครือข่ายด้วยกล้องใหม่เพียงแค่เพิ่มใหม่เข้าไปในโครงสร้างพื้นฐานหากงบประมาณพลังงานเพียงพอ

สถาปัตยกรรมของรูปที่ 2 สามารถกำหนดค่าเป็นแหวนได้โดยอนุญาตให้เครือข่ายยอมรับความผิดที่ดีขึ้นในกรณีที่ลิงค์หรือพอร์ตล้มเหลว

โทโพโลยีเพิ่มเติมที่ต้องพิจารณาสำหรับเครือข่ายประเภทนี้คือโครงสร้างแบบทรีที่ยึดตาม CWDM mux-splitter แตกต่างกันสำหรับ mux CWDM ทั่วไปตัวแยกแบนด์จะแยกสเปกตรัม CWDM ทั้งหมดออกเป็นกลุ่ม: แต่ละเอาต์พุตไม่ใช่แลมบ์ดา CWDM เดียว แต่จาก 3 ถึง 4 แถบ CWDM ที่ต่อเนื่องกัน

วิธีแก้ปัญหานี้ค่อนข้างน่าสนใจเมื่อพื้นที่ทั้งหมดที่เครือข่ายเฝ้าระวังวิดีโอครอบคลุมมี “เกาะ” หลายแห่งตั้งอยู่ในพื้นที่ไม่ต่อเนื่องและแต่ละพื้นที่ต้องการกล้องเพียงไม่กี่ตัว

ด้วยการใช้สถาปัตยกรรมแบบต้นไม้พร้อมตัวแยกความถี่ CWDM แต่ละพื้นที่สามารถให้บริการโดยกลุ่มของ lambdas ซึ่งแต่ละชิ้นจะใช้กับกล้อง IP เดียว

ตัวอย่างทั้งหมดที่นำเสนอข้างต้นแสดงให้เห็นว่าเครือข่ายที่ใช้ไฟเบอร์สำหรับระบบกล้องวงจรปิดมีความยืดหยุ่นมากขึ้นอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันดั้งเดิมที่ใช้สายเคเบิลทองแดง

ด้านบนของสิ่งนี้และตามที่เราคาดไว้ก่อนหน้านี้วิธีการนี้ช่วยให้ความจุความน่าเชื่อถือการใช้พลังงานที่ลดลงและการบำรุงรักษา (เช่น OPEX ที่ต่ำกว่า) และความยืดหยุ่น (ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนการเดินสายเคเบิลจาก 1G เป็น 10G ) กว่าโซลูชันที่ใช้ทองแดงแบบดั้งเดิม