Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии
В таблице, приведенной выше, указывается приблизительное время, необходимое для загрузки файлов разного размера в сетях с различной пропускной способностью.
С какой скоростью происходит обновление видеокадров, передаваемых по сети, или сколько времени требуется на загрузку того или иного фрагмента архива — это один из наиболее часто задаваемых вопросов в современном видеонаблюдении.
Для того чтобы читатели смогли понять и рассчитать эти показатели, необходимо напомнить, что существует разница между битами (в английском языке пишется со строчной буквы «b» (bits)) и байтами (пишутся с прописной буквой «В» (Bytes)). Один байт состоит из 8 битов. Поэтому, делая приближенный расчет времени, требующегося для загрузки файла по какому-либо определенному каналу передачи данных, скорость передачи данных в Мбит/с должна быть сначала переведена в Мбайт/с посредством деления на 8. Кроме того, необходимо принять в расчет потери вследствие конфликтов сетевого трафика и помех, а эти потери могут составлять от 10 до 50 %. Таким образом, при расчетах для большинства сценариев с наиболее неблагоприятными условиями, необходимо использовать величину в 50 % от значения скорости передачи данных.
Например, если у нас имеется коммутируемое соединение с Internet с использованием типового модема со скоростью соединения 56 кбит/с, то максимальная скорость передачи будет составлять примерно 6–7 кбайт/с при наиболее благоприятном сценарии и приблизительно 3 кбайт/с — при наихудшем сценарии. При подключении к сети с помощью модема по обычной коммутируемой телефонной линии связи (PSTN) мы все еще используем методы аналоговой модуляции, качество которой может колебаться в весьма значительных пределах в зависимости от помех на линии, расстояния и качества аппаратуры, поэтому возможно, что в случае наихудшего сценария скорость передачи может быть даже ниже, чем 3 кбайт/с. Таким образом, при использовании модема со скоростью передачи 56 кбит/с не может быть гарантии, что установленная связь будет обеспечивать скорость в 56 кбит/с, однако, эта цифра представляет максимально достижимую скорость передачи данных при идеальных условиях. Возвращаясь к нашему примеру, если нам необходимо загрузить, скажем, файл размером 1 Мбайт, то на это уйдет не менее 150 секунд (1024 килобайта делим на 7 кбайт/с) при условии наличия качественной связи по коммутируемой телефонной сети. Для передачи того же файла по Интернет-каналу ADSL, имеющему скорость соединения 512 кбит/с, понадобится гораздо меньше времени, но не менее 16 секунд (512 кбит/с = 64 кбайт/с; 1024 кбайт делим на 64 кбайт и получаем 16 секунд), а может, понадобится даже и 32 секунды, при плохом качестве аппаратуры или линии.
И тем не менее, это намного быстрее по сравнению с более чем 2.5 минутами при соединении через модем, рассчитанный на 56 кбит/с.
При расчетах, подобных приведенным выше, необходимо учитывать тот факт, что самая высокая скорость загрузки файла будет равна самой низкой скорости, обеспечиваемой конкретной линией.
Это означает, что если компьютер, с которого вы загружаете файл, имеет ограниченную скорость передачи, гораздо меньшую, чем скорость загрузки на вашем компьютере, то этим и будет определяться ваше время загрузки.
Те же принципы в расчетах скорости передачи данных применимы к различным устройствам сетевой связи и хранения данных. Каждый компонент компьютера и сети накладывает свои собственные ограничения на систему в целом.
Очень важно не забывать об этом, особенно при проектировании современных цифровых систем видеонаблюдения, предъявляющих растущие требования для более быстрой передачи данных, записи с большего количества телекамер, а также большего числа кадров в секунду.
Все компоненты в такой цепи потокового видео оказывают влияние на общую производительность сети. Проблема «узких мест» не всегда создается самой сетью. Если, допустим, у нас имеется сеть Gigabit Ethernet (с соответствующими сетевыми адаптерами, сетевыми коммутаторами и маршрутизаторами), то может оказаться, что компьютер, выполняющий роль цифрового видеорегистратора, использует интерфейс жесткого диска АТА66, максимальная скорость которого ограничена 520 Мбит/с, то есть он является более медленным, чем сама сеть, и сам уже становится «узким местом» при воспроизведении изображений с нескольких телекамер на нескольких операторских пультах.
Четкое представление о цифровой сетевой системе в целом и о каждом ее отдельном компоненте является ключевым условием для успешной реализации этой новой технологии в области видеонаблюдения.
Рис. 11.7. График иллюстрирует пропускную способность в отношении различных типовых устройств и стандартов
Сети Ethernet на базе коаксиального кабеля и неэкранированной витой пары
В сетях Ethernet используется тонкий коаксиальный кабель (RG-58) с волновым сопротивлением 50 Ом в противоположность кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом, используемому в аналоговых системах (RG-59). Так как эти две разновидности кабеля почти одинаковы по размеру и используют сходные разъемы BNC, то необходимо соблюдать осторожность, чтобы их не перепутать. При использовании коаксиальных кабелей Ethernet концевая заделка правильными типами разъемов является настолько же важной, если не более важной, как и заделка кабеля в аналоговых видеосистемах. Если сеть конфигурирована по шинной топологии с использованием коаксиального кабеля, то оба конца такой шины должны иметь терминаторы на 50 Ом. Построение сети на основе коаксиального кабеля подразумевает несимметричную передачу, как это имеет место при передаче видеосигналов в аналоговых системах видеонаблюдения, в то время как неэкранированная витая пара (UTP) обеспечивает симметричную передачу. При построении сетей с коаксиальным кабелем обеспечивается передача на большие расстояния без использования повторителей, однако, симметричные линии обладают другими важными преимуществами в отличие от несимметричных, главным образом, за счет устранения внешних электромагнитных помех посредством применения тех же принципов, что и при передаче видеосигнала по витой паре.
Понятие «симметричный» характеризует физическую конфигурацию и диэлектрические свойства витой пары проводников. Если два изолированных провода физически идентичны друг другу по диаметру, концентричности (жила и оболочка) и диэлектрическим свойствам изолирующей оболочки, а также равномерно скручены на определенной длине, то пара является электрически симметричной (сбалансированной) по отношению к окружающей ее среде. Степень симметричности зависит от конструктивной схемы и чистоты технологических процессов при производстве. Для обеспечения симметричной передачи сигнала напряжения, прикладываемые к каждому проводу пары, должны быть равны по абсолютному значению и отличаться полярностью. Электромагнитное поле, создаваемое одним проводником, подавляет электромагнитное поле второго проводника и наоборот, что приводит к очень малому уровню излучения линии передачи на базе симметричной витой пары.
В отношении внешних помех, мы считаем, что они наводятся одинаково на обоих проводах. Поэтому разность напряжений, наведенных внешними помехами, будет равна нулю. Так как полезным является дифференциальный (разностный) сигнал, то синфазная помеха никак не повлияет на симметричную передачу. Степень симметричности оценивается соотношением напряжения дифференциального (разностного) сигнала к напряжению синфазного сигнала, выраженным в децибелах (дБ). Использование высококачественных сетевых интерфейсных устройств, кабелей, а также качественных концевых кабельных разъемов всегда облегчает подготовку кабельных систем категории 5 и 6 и обеспечивает хорошее качество построения сети. Именно поэтому большинство локальных сетей в настоящее время строится на основе категорированных кабельных систем.
Термин «категория», используемый при классификации кабелей с неэкранированной витой парой (UTP). Различия при определении категории кабелей основываются, главным образом, на полосе пропускания, типе медной проволоки, размере и электрических характеристиках. В настоящее время наиболее популярными категориями кабельных систем являются 3, 4, 5, 5е и 6, каждая из которых определена рекомендациями Ассоциации электронной промышленности (EIA) и Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA) США.
Рис. 11.8. Локальная сеть Ethernet на коаксиальном кабеле
EIA/TIA определяют следующие пять категорий кабеля витой пары:
— Категория 1 — традиционный телефонный кабель
— Категория 2 — кабель, сертифицированный для передачи данных со скоростью до 4 Мбит/с
