Каталог охранных устройств
Контакты
СТАТЬИ

Передача по оптоволокну

 

Каналы связи между приемо-передающими станциями охранных сетей телевидения в настоящее время все чаще строятся на базе волоконно-оптических  линий  связи, которые выступают в данном случае, как разновидность систем, предназначенных для  обмена информацией,  в которой процесс обмена происходит в среде оптического диэлектрического волновода, называемого "оптическое волокно". Информационная сеть, элементами связи между источниками и приемниками информации в которой служат волоконно-оптические волноводы, работающие в диапазоне длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового участков спектра, сокращенно называется - ВОЛС.

Оптические линии связи все активнее внедряются в сети передачи видеоинформации охранных систем телевидения, что является  следствием  преимуществ,  вытекающих  из  особенностей  распространения  сигнала  в оптическом волокне.

Протяженные  телекоммуникационные  сети  с  коммутацией  каналов  при  разработке  оптимизировались  для  достижения  наилучших  характеристик  при  передаче  голоса,  и  подавляющая доля потока данных в этих сетях связывалась именно с голосовой передачей. Ключевая характеристика таких сетей в том,  что ресурсы внутри сети выделяются под определенные телефонные вызовы. Для голосового соединения это не плохо, поскольку один из абонентов  обычно  говорит,  и  канал  не  простаивает.  Можно  сказать,  что  дуплексный  канал  при телефонной связи используется на  50%. Полоса пропускания для канала также оптимизирована и установлена как раз такой, чтобы можно было обеспечить приемлемое качество передачи речи. Однако при использовании таких телекоммуникационных сетей для передачи данных между компьютерными системами, которыми, по сути, и являются современные комплексы охранного телевидения - появляются два очевидных недостатка. Эффективность  использования  линии  при  пакетной  коммутации  выше,  поскольку  один сегмент от узла к узлу может динамически распределять свои ресурсы между многими пакетами от разных приложений. Если на передающем узле пакетов, предназначенных для отправки по определенному каналу, собирается больше,  чем емкость этого канала, то пакеты помещаются в буфер, и устанавливается очередность передачи пакетов.

В  сетях  с  коммутацией  канала  время,  предназначенное  для  каждого  приложения, выделяется в виде определенного таймслота на основе синхронного временного мультиплексирования.  Максимальная  скорость  передачи  определяется  полосой  этого таймслота, а не всей полосой канала.

Сеть с пакетной коммутацией может осуществлять преобразование скорости передачи данных.  Так  способны  обмениваться  между  собою  пакетами  станции,  подключенные  к соответствующим узлам сети каналами разной полосы пропускания. Если станция передает  (ретранслирует) несколько кадров, следующих друг за другом, она  может  не  успевать  переводить  буфер  в  среднее  положение  до  обработки  следующего кадра.  В  этом  случае  процедура  установки  буфера  в  среднее  положение  сопровождается процессом увеличения или уменьшения длины преамбулы  (которая первоначально, в момент испускания кадра станцией-отправителем, составляет  16 или более символов). В  частности, если настроенная  частота  часов приемника меньше  частоты часов передатчика, то возможно увеличение длины преамбулы у последовательно принимаемых кадров, так чтобы выравнивалось среднее время приема и передачи. Таким образом, по мере продвижения кадра (маркера)  по  сети  длина  предшествующей  преамбулы  может  варьироваться  от  своего  начального значения, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения (начальное значение преамбулы маркера задается на этапе его инициализации). Кадры с длинной преамбулой снижают производительность сети, не внося других проблем. Но уменьшение длины преамбулы до нуля означало бы потерю информации в критической  ситуации.  Проблему  решает  специально  встроенный  в  PHY  элемент,  выполняющий функцию сглаживания. Этот элемент проверяет длину преамбулы у всех приходящих кадров и, в зависимости от обстановки, вставляет или удаляет символы преамбулы с целью уменьшения  разброса  в  длинах  преамбул  от  их  номинального  значения  в  16  символов.  Расчеты, представленные техническим комитетом ANSI X3T9.5 на этапе разработки FDDI, показали, что выбранный алгоритм функции сглаживания в самом худшем случае обеспечивает вероятность потери кадра меньше,  чем  10-12,  что в дальнейшем подтвердилось на практике при больших размерах сетей охранного телевидения.

Все вместе станции сети ведут непрерывный распределенный мониторинг работы кольца.  Три следующих процесса:

  • процесс заявлений по запуску маркера (claim token process);
  • процесс запуска маркера и инициализации кольца (initialization process);
  • процесс сигнализации, на основании которого происходит изоляция неисправного участка кабеля или исключение неисправной станции из кольца (beacon process), будут иметь место по команде от блока управления станцией SMT в следующих случаях. В случае обнаружения ошибок или попытки их коррекции. При включении новой станции в кольцо и при выходе станции из кольца. При обнаружении какой-либо станцией факта утери маркера  (маркер  считается  утерянным,  если  станция  не  получает  его  в  течение  удвоенного времени TTRT), при обнаружении длительного отсутствия активности в кольце, когда станция в  течение  определенного  времени  не  наблюдает  проходящих  через  нее  кадров  данных.

Во время процесса заявлений по запуску маркера вырабатывается единое для всех станций время TTRT, и определяется станция, которая будет запускать маркер. Обычно это право получает станция с меньшим значением выставляемого вначале времени TTRT. В течение этого процесса каждая станция непрерывно передает находящейся ниже по течению  станции  специальные  заявительные  кадры,  содержащие  адрес  источника  кадра  и заявленное значение TTRT, и одновременно прослушивает полученные от вышестоящей станции аналогичные кадры. При этом она либо ретранслирует полученные кадры, обновляя собственное значение параметра TTRT, либо продолжает передавать свои. Преимущество имеют кадры с меньшим значением TTRT. При равном значении TTRT преимущество имеют кадры с большим значением MAC-адреса. Процесс заявлений прекращается, когда станция получает свой собственный заявленный кадр  (заметим,  что к этому моменту время TTRT устанавливается на всех станциях одно и то же). Эта станция начинает процесс инициализации кольца. Синхронный трафик не удовлетворяет более жестким требованиям синхронной передачи, таким как: величина вариаций задержки или дрожание. Для этой цели было разработано расширение стандарта FDDI, которое получило название FDDI-II.

Дуплексный  канал  связи  в системах передачи данных охранного телевидения (также  используется  термин  полнодуплексный  канал  связи),  в отличие  от  полудуплексного,  позволяет  вести  передачу  в  двух  направлениях  одновременно. Необходимым условием дуплексной передачи является поддержка дуплексной связи на физическом уровне. Два основных типа среды  - оптическое волокно и витая пара  (за исключением интерфейса  100Base-T4)  - поддерживают дуплексную связь. Соответствующая логическая топология сети охранного видеонаблюдения должна быть "точка-точка". Наличие дуплексной среды  - не достаточное условие дуплексного канала. Повторитель Ethernet, имеющий внутри себя логическую топологию "шина", в принципе не может поддерживать дуплексный режим, даже если рабочие станции подключены по витой паре. В такой ситуации одновременная передача двух сигналов по одному сегменту приведет к коллизии, обнаруженной на уровне MAC. Дуплексный  канал  связи  может  устанавливаться между оконечным устройством  (камерой/регистратором) и коммутатором или между двумя коммутаторами. В редких случаях используется соединение двух оконечных устройств с дуплексной передачей. Порты соответствующих устройств и коммутаторов должны поддерживать дуплексный режим. При дуплексном режиме станция или коммутатор может передавать и принимать данные одновременно. Фактически на уровне MAC параллельно функционируют два устройства  - приемный и передающий  модули,  которые  также  в  дуплексном  режиме  взаимодействуют  с  более  высокими уровнями.   При   дуплексной   передаче   отпадает   необходимость   в   поддержке   механизма CSMA/CD,  что  делает  алгоритм  передачи  значительно  проще.  Приемный  модуль работает без изменений. Отсутствие специальных дополнительных требований к дуплексной передаче, более того, упрощение уровня MAC, привело к тому, что многие фирмы начали поставлять (с 1995 года) коммутаторы и сетевые карты, поддерживающие дуплексный режим  передачи,  которые  показывали  хорошую  совместимость  при  работе  друг  с  другом. Стандартизация  дуплексного  Ethernet  произошла  позже,  в  1997  году,  формально,  как  часть спецификаций стандарта IEEE  802.3x  - контроль потока, основанный на кадрах. Главное преимущество дуплексного канала  - отсутствие коллизий.

Дальнейшее  наращивание  системы охранного телевидения на базе волоконно-оптической сети возможно  только  с  использованием  коммутаторов. Коммутатор обеспечивает микро-сегментацию сети, улучшая ее работу как при использовании  одноранговых  приложений,  так  и  при  использовании  приложений  клиент-сервер;  при  этом  скоростной  канал  Fast  Ethernet  с  сервером  имеет  преимущества  перед Ethernet, так как в приложениях клиент-сервер канал связи с видео-сервером, если он был бы низкоскоростной, мог оказаться "бутылочным горлышком" сети видеонаблюдения. Однако коммутатор может приводить к потере кадров в случае переполнения своих буферов. Потери кадров в небольших сетях не опасны (благодаря проколам уровня сессий повторная отправка кадра произойдет в короткие сроки) и маловероятны, поскольку контроль потока на основе протоколов более высокого уровня позволяет оптимизировать скорость передачи до того, как начнут переполняться  буферы  коммутатора.  Это  требует  достаточной  буферной  емкости.  В  крупных  сетях  охранного телевидения с большим  числом узлов и большие буферы могут не спасти. Потери кадров в протяженных и крупных сетях не желательны, поскольку на повторную отправку кадра уходит значительно больше времени, что приводит к замедлению работы сети охранного видеонаблюдения. Безусловно, лучшим решением  был  бы  контроль потока на канальном уровне, в пределах стандарта Ethernet, как это реализовано в сети с одним коллизионным доменом. Контроль потока был бы еще более эффективным, если бы он осуществлялся между соседними устройствами  (особенно в крупных корпоративных сетях). Именно для этой цели и был разработан механизм обратного давления. Но он требует полудуплексного режима передачи в сегментах своих портов, поскольку использует свойства протокола CSMA/CD, и не способен работать на дуплексных линиях связи. В то же время только дуплексный Ethernet позволяет увеличить пропускную способность и обеспечить протяженные сегменты сети охранного теленаблюдения на основе оптического волокна. Именно для дуплексных  каналов  "точка-точка"  был  разработан  основанный  на  кадрах  контроль  потока

В стандарте Gigabit Ethernet он  становится  неотъемлемой  чертой  выпускаемых  коммутаторов,  буферных  повторителей  и сетевых  карт.

Поддержка  стандарта  802.3x  становится  крайне  желательной  при  разработке новых магистральных коммутаторов с портами Fast Ethernet и Ethernet. Подключение видеокамер к выделенным портам коммутатора по дуплексным каналам, а не через повторитель, более эффективно для организации видеоконференций, компьютерной видео-телефонии и мультимедиа приложений.

В современных сетях роль приложений реального времени существенно возросла. Локальные сети, первоначально задумывающиеся исключительно для передачи данных,  сегодня  широко  используются  для  построения сетей охранного видеонаблюдения.  Набирают темпы компьютерная телефония и видеоконференцсвязь. В связи с этим более остро встает вопрос минимизации задержек и регуляризации трафика на узлах коммутации и маршрутизации сети Internet. Протокол RSVP (Resource ReserVation Protocol) призван обеспечить необходимое  качество  обслуживания  для  полноценной  эксплуатации  таких  приложений.  RSVP  разработан для работы с протоколом TCP/IP, который является основным для сети Internet. Оконечный узел на основе протокола RSVP запрашивает у сети определенное качество обслуживания QoS (Quality of Service), необходимое для данного приложения. С целью резервирования необходимых ресурсов, RSVP переносит запрос по сети, обращаясь к каждому узлу, через которые предполагается осуществлять передачу потока данных. Для  резервирования  на  отдельном  узле  коммутации/маршрутизации  специальная  программа - демон RSVP - обращается к двум модулям принятия решения: к модулю управления доступом и к административному модулю. Модуль управления доступом определяет, достаточно ли ресурсов на узле,  чтобы удовлетворить запрос QoS. Административный модуль выявляет, имеет ли пользователь административное разрешение выполнить резервирование.  Если  хотя  бы  одна  из  проверок  не  дает  положительного  результата,  программа RSVP  возвращает  на  запрашивающий  удаленный  узел  уведомление  об  ошибке,  тем  самым отвечая отказом. Если обе проверки положительные, то демон RSVP устанавливает в соответствие с запросом QoS параметры в классификаторе пакетов и планировщике пакетов. Классификатор пакетов определяет класс QoS для каждого пакета, а планировщик пакетов устанавливает  порядок  движения  пакетов,  чтобы  обеспечить  обещанную  полосу  пропускания  на узле.

Для передачи больших потоков видеоинформации  телевизионных систем охраны и наблюдения (1 Гбит/с и выше) по волокну на расстояния до сотен километров и выше требуется решение множества задач. Главными препятствиями  на  пути  построения  протяженных  сегментов  без  регенераторов  являются:  дисперсия распространяемого по волокну оптического сигнала, влияние нелинейных эффектов в мультиплексной оптической линии, вносимые шумы и помехи.

Создание качественно новых типов одномодовых волокон и более совершенных оптических усилителей в последние  десять лет, а также улучшение технических характеристик компонентной  базы  в  целом  позволило  увеличить  расстояние  и  пропускную  способность  волоконно-оптических линий связи. В системах охранного теленаблюдения это стало началом масштабного внедрения новых концепций и технологий построения волоконно-оптических сетей на локальном, региональном и глобальном уровнях.

В  качестве  источников  излучения  могут  использоваться  светодиоды и лазеры. Светодиоды рассчитаны на больший диаметр сердцевины волокна  (многомодовые волокна), а лазеры лучше подходят для передачи сигнала по одномодовому волокну.

Типичные значения спектральной полосы излучения составляют для светодиодов от 20 до 100 нм, для многомодовых лазерных диодов от  1 до  5 нм и для одномодовых лазерных диодов менее 0,1 нм. Потребляемая мощность для светодиодов - около 10 мВт, и порядка 1 мВт для лазерных диодов. Выпускаются как недорогие коммерческие pin-фотодиоды на основе InGaAsP, работающие на длине волны 1300 нм и обеспечивающие скорость передачи до 100 Мбит/с, так и специализированные лазеры с распределенной обратной связью  (DFB), предназначенные для работы в окне 1550 нм и обеспечивающие скорость передачи до 10 Гбит/с.

Наибольшее распространение получили три типа одномодового волокна: одномодовое волокно со ступенчатым профилем  (стандартное волокно, standard fiber, SF), волокно со смещенной дисперсией  (dispersion shifted fiber, DSF), волокно с ненулевой смещенной дисперсией (non-zero dispersion shifted fiber, NZDSF), а также два типа градиентного многомодового волокна стандартов  50/125 и  62,5/125.

В протяженных магистралях волоконно-оптических сетей охранного теленаблюдения применяются исключительно одномодовые волокна из-за лучших дисперсионных характеристик. Для многоканальной мультиплексной передачи лучше всего подходит волокно типа NZDSF, а наименее удачным оказалось одномодовое волокно DSF.

Использование многомодового волокна в распределенных сетях видеонаблюдения ограничено локальными сетями с характерными длинами сегментов до  2 км. В то же время в локальных сетях все  чаще начинает использоваться,  наряду  с  многомодовым,  и  одномодовое  волокно,  обеспечивающее  более  высокую полосу пропускания. Это связано с падением стоимости лазерных оптических передатчиков и возрастающим  числом сетевых приложений, требующих большой полосы пропускания, которую может обеспечить только одномодовое волокно.

Выпускаются   разнообразные   приемо-передающие   оптоэлектронные   модули,   предназначенные   для   сетей   FDDI,   Fast   Ethernet (скорость   передачи 100 Мбит/c, частота модуляции 125 МГц), ATM (STM-1 155Мбит/c, частота модуляции 194 МГц), более быстрые для сетей STM-4  622 Мбит/с  (частота модуляции  778 МГц) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с, частота модуляции 1250 МГц), и еще более быстрые, предназначенные для передачи каналов STM-16 (2,5 Гбит/с), и, наконец, STM-64 (10 Гбит/с).

В настоящее время выпускается огромное число устройств, от простых мультиплексоров и направленных ответвителей WDM, до сложных устройств, обеспечивающих плотное волновое мультиплексирование и демультиплексирование (DWDM) c числом каналов до 40 и более.

Оптический мультиплексор собирает несколько простых сигналов разных длин волн из нескольких волокон в мультиплексный сигнал, распространяющийся по одному волокну. Демультиплексор выполняет обратную функцию и обеспечивает выделение каналов в отдельные волокна из сложного мультиплексного сигнала, представленного множеством каналов и идущего по одному волокну.

Оптические коммутаторы выполняют в полностью оптических сетях ту же функцию,  что и обычные электронные коммутаторы в традиционных сетях, а именно обеспечивают  коммутацию  каналов.

Источник: портал о видеонаблюдении panasonicvideo.ru


Принципы обнаружения пожара
Жидкокристаллические мониторы систем видеонаблюдения
Антенны мобильных комплексов CCTV
Охрана периметра. Датчики положения
Охрана периметра. Радиолучевые двухпозиционные средства обнаружения
Охрана периметра. Радиолучевые однопозиционные средства обнаружения
Охрана периметра. Сейсмические средства обнаружения
Охрана периметра. Пассивные инфракрасные облучатели
Комбинированные извещатели (СВЧ+ИК)
Алгоритмы сжатия
Передача по оптоволокну
Кодеки, кодеры, декодеры
Мультиплексирование и демультиплексирование в сетях CCTV
Помехоустойчивость видеонаблюдения
Охрана периметра. Инфракрасные активные двухпозиционные камеры
Вариообъективы
Объективы
Мегапиксельные объективы
Вариообъективы "день/ночь"
Охрана периметра
Антивандальные видеокамеры
Web – видеокамеры
Сетевые видеокамеры
Скоростные купольные видеокамеры
Охрана периметра. Мобильные беспроводные комплексы
Видеокамеры
Миниатюрные видеокамеры
Черно-белые видеокамеры
Цветные видеокамеры
Тепловизионные видеокамеры

Страницы: 1 2 3 4

Все документы предоставлены для ознакомления!
Перепечатка материалов сайта возможна только с письменного разрешения администрации сайта!

Тел./Факс:
Рейтинг@Mail.ru  Яндекс цитирования 
Продвижение сайта - Synergy Alliance