- برنامه ریزی برای یک سیستم قابل اعتماد
طراحی یک سیستم نظارت تصویری مناسب برای کنترل مناطق دور به معنای طراحی سیستمی برای کاربری فضای آزاد میباشد. در گذشته طراحان از تجهیزات مناسب برای فضای بسته استفاده کرده و آنها را به محفظهای با دمای کنترل شده منتقل میکردند تا آرام آرام به شرایط فضای آزاد عادت کنند.
این روش همواره با مشکلات زیادی همراه بود، کوچک‌ترین اشکال این سیستمها بالا رفتن هزینه عملیات به دلیل استفاده از سیستم گرمایشی و سرمایشی در محفظه های ذکر شده است. با این روش انرژی مورد نیاز بیشتر از مقدار پیشبینی شده است و ممکن است به منابع دیگری نظیر باتری و یا انرژی خورشیدی برای تأمین انرژی پیشبینی نشده نیاز باشد. از طرفی با اضافه شدن گرمکنها، بادزنها (فن) و دماسنج ها به سیستم، منابع بروز خطا افزایش مییابد و احتیاج به تعمیر و نگهداری شبکه به طور قابل توجهی بیشتر میشود، حال آنکه در نقاط دور از دسترس نیاز کمتر جهت تعمیر و نگهداری بسیار مطلوب بوده و توجه ویژهای در این زمینه وجود دارد. در این مناطق استفاده از تجهیزاتی که قابل نصب در فضای باز باشند، از اهمیت ویژهای برخوردار است.
بیشتر تجهیزات نظارتی فضای بسته با جریان متناوب کار میکنند چرا که همواره به منبع اصلی جریان متصل میگردند. حال آنکه در مناطق دور افتاده برقراری این شرایط ممکن نیست و همه تجهیزات از دوربینهای ویدیویی گرفته تا سیستمهای بیسیم باید با جریان مستقیم کار کنند تا امکان استفاده از منابع جایگزین در صورت نیاز وجود داشته باشد. در این شرایط باتریهای دارای طول عمر بالا منبع اصلی جریان هستند و در کنار آنها از انرژی بادی و خورشیدی بعنوان منابع جایگزین استفاده میشود.
انتخاب تجهیزات مناسب شبکه و همچنین انتخاب منبع انرژی متناسب با شرایط و نیازها، به محل استقرار سیستم نظارت تصویری و مدت زمان فعالیت این سیستم بستگی دارد. همچنین در مناطق دور افتاده، استفاده از شبکهای که امکان تأمین جریان تقریباً پیوسته و بدون توقفی را داشته باشند، مطلوب است.
انتخاب تجهیزاتی که قطعات متحرک کمتری دارند اولین اقدامی است که میتوان در این راستا (کاهش انرژی و به حداقل رساندن نیاز به تعمیر و نگهداری مورد نیاز برای برپا سازی شبکههای نظارت تصویری در مناطق دور) انجام داد. در جایی که استفاده از قطعات متحرک اجتناب ناپذیر است، نظیر دوربینهای PTZ، باید از مقاومت این تجهیزات در برابر گرما، شرایط مختلف آب و هوایی و زیست محیطی (ذرات ماسه و قطرات آب دریا)، اطمینان خاطر داشت. بطور مثال چنانچه از روانکننده ها[۱] برای قطعات چرخشی استفاده شود، باید از عدم انجماد و یا تبخیر این مواد، در شرایط مختلف آب و هوایی مطمئن بود.
استفاده از کابلهای مناسب برای فضای آزاد ضروری است چرا که پوشش کابلهای نصب شده در فضاهای بسته در طول زمان توسط بعضی عناصر زیست محیطی از بین میرود و با ورود آب و شن اختلالاتی در شبکه بوجود میآید.
با وجود تمام نکات گفته شده نمیتوان از تعمیرات تجهیزات مناطق دور افتاده چشم پوشی کرد و تعمیرات دورهای در بازههای حداکثر ۱۲ ماهه لازم است. این درحالی است که سیستم برای شرایط سخت طراحی شده است و تجهیزات محکم و بادوامی که مصرف انرژی کمی دارند و نیاز به حداقل تعمیر و نگهداری دارند در ساخت این شبکهها به کار رفته است.
در پروتوکل جدید محدوده و ظرفیت شبکه های بیسیم افزایش یافته است. با طراحی شبکه به صورت مشبک شبکه نظارت تصویری قابلیت پوشش دهی به مناطق وسیع را دارد و بطور همزمان دسترسی به شبکه و اطمینان به آن افزایش قابل توجهی دارد. با پیکربندی مشبک در عین حال که بخشهای زائد به شبکه اضافه میشود اما با افزایش و یا خرابی یک رادیو مسیرهای جدید برای احتراز از ترافیک بطور خودکار مشخص میشوند. هنگام از کارافتادن یک و یا چند رادیو، سیستم با انتخاب خودکار یک مسیر جدید، با استفاده از گره های فعال، عملکرد شبکه را تقریباً بدون تغییر حفظ میکند.
تجهیزات شبکه های نظارت تصویری قابل نصب در فضای آزاد باید از قابلیتهای زیر برخوردار باشند:
- در برابر شوک و لرزش آزمایش شده باشند
- در محدوده دمایی بالایی کار کنند
- به حداقل گرمایش یا سرمایش نیاز داشته باشند
- از حداقل قطعات متحرک برخوردار باشند
- تحت جریان مستقیم کار کنند
- ضد آب و ضد غبار باشند
- قابلیت عملیات در محیطهای خورنده و محیطهایی که نمکپاشی میشود را داشته باشند
- طراحی برای بهبود عملکرد شبکه
عوامل بسیاری بر عملکرد بهینه سیستمهای نظارت تصویری تحت شبکه بیسیم، مؤثر است. برقراری تعادلی بین کیفیت تصویر و پهنای باند موجود لازمه هر شبکهای است بنابراین طراحی شبکهها باید در راستای این هدف باشد و نیازهای تجاری سازمان مربوطه را تأمین نماید.
- وضوح و فشرده سازی تصاویر
با وضوح بیشتر تصاویر، جزئیات تصاویر ویدیویی افزایش قابل توجهی خواهد داشت. دوربینهای تحت شبکه جدید، تصاویری با وضوح ۱۹۴۴*۲۵۹۲ و یا بیشتر انتقال میدهند و بدیهی است که هر چه وضوح تصویر بالاتر باشد حجم داده بیشتر میشود و پهنای باند بیشتری مورد نیاز است.
از طرفی کیفیت تصاویر بر اساس کاربرد آنها مشخص میشود، بطور مثال برای کنترل و نظارت فضاهای عمومی مانند پارکینگهای عمومی به تصاویری با کیفیت بالا نیازی نیست حال آنکه هنگام استفاده از برنامههای تشخیص چهره، کیفیت بالای تصاویر لازم و ضروری است.
در این شرایط استفاده از ابزارهای فشرده سازی برای کم کردن حجم دادهها و پهنای باند اهمیت بسیاری دارد. امروزه بر اساس استاندارد ۲۶۴٫H تعادل خوبی بین کیفیت و پهنای باند تعریف شده است. با کمک آن میتوان تصاویر MPEG-4 را، با حفظ کیفیت دو برابر فشردهتر کرد. در بعضی شبکههای نظارتی حفظ کیفیت تصاویر در حد MPEG-4 لازم است، چرا که این تصاویر مدارک و شواهدی ارزشمند به شمار میروند.
میزان تحرکات منطقه تحت نظارت، تأثیر بسزایی در فشردهسازی دادهها دارد. الگوریتم فشرده سازی بر پایه مقایسه تصاویر و مشاهده اختلافات عمل میکند، به این معنا که تحرکات بیشتر به پهنای باند بیشتری نیاز دارند و فرآیند فشرده سازی آهسته تر صورت میگیرد.
تنظیم سرعت تصاویر[۲] ضبط شده از دیگر چالشهایی است که عملیات فشردهسازی را تحت الشعاع قرار میدهد. بطور مثال، برای تصاویری با سرعت ۳۰ تصویر در ثانیه، اگر چه حرکات بسیار کوچک قابل مشاهده است اما پهنای باند قابل توجهی نیز مورد نیاز است. در واقع پهنای باند در رابطه مستقیم با تعداد تصاویر ضبط شده در هر ثانیه قرار دارد و با کاهش یکی دیگری نیز کاهش مییابد. لذا سازمانها باید در تنظیم سرعت ضبط تصاویر نهایت دقت را بکار برند، برای ثبت تصویر فردی متحرک در یک مکان خاص، ضبط تصاویر با سرعتی حدود ۴ تصویر بر ثانیه با نتایج مطلوب همراه خواهد بود.
- مصرف کننده های همیشگی پهنای باند[۳]
با پیشرفتهای صورت گرفته در خصوص دوربینهای تحت شبکه، سیستمها تنها در شرایط معدودی نیاز به ضبط و ارسال مستمر تصاویر خواهد داشت و به جای ضبط شبانهروزی، سیستمها تنها در شرایط از پیش مشخص شده و یا مشاهده مجموعه رفتارهای خاص، شروع به ضبط تصاویر میکنند. بر این اساس حداقل تصاویر ویدیویی (تنها بخش مورد نیاز) با کیفیت مناسب در زمان واقعی ارسال میگردند.
این دستاورد با وجود مزایایی که دارد ممکن است به “بارش داده[۴]” منجر شود، چرا که ممکن است در یک زمان خاص تمام دوربینها شروع به کار کنند و سیلی از داده به راه افتد. برای پیشگیری از این پیش آمد طراحان کارآمد پهنای باند را حدود ۲۰ الی ۲۵ درصد بیشتر در نظر گرفتهاند تا بار ترافیکی را در این مواقع سبکتر سازند. در شبکههای بیسیم جدید، تجهیزاتی وجود دارد که در صورت نیاز به صورت هوشمند پهنای باند را براساس اولویت تخصیص میدهند و به این ترتیب ترافیک بوجود آمده را مدیریت میکنند و بر این اساس تمام سرویسهای نظارتی عملکرد مطلوبی خواهند داشت.
نتایج حاصل از پیشرفتهای حوزه دوربینهای تحت شبکه را میتوان در یک جمله بیان نمود: امروزه بجز در موارد خاص نیازی به ضبط و ارسال مستمر تصاویر نیست.
- ارتباط پهنای باند و تاخیر در انتقال تصاویر در شبکه
هنگام طراحی یک شبکه نظارت تصویری بیسیم، آگاهی دقیق از پهنای باند مورد نیاز شبکه در طول زمان لازم و ضروری است.
با یک حساب سرانگشتی میتوان گفت، هر چه پهنای باند مورد نیاز بیشتر باشد، رادیوهای بیشتری مورد نیاز است. رادیوهای نسل جدید ظرفیتی در حدود ۳۰۰ مگابایت در ثانیه دارند، البته نباید فراموش کرد که با ظهور پروتوکل در حوزه هایی که از چندین رادیوی بیسیم استفاده میشود عملیاتها موفقیت آمیز بوده است.
در سیستمی که تنها از یک رادیو تشکیل شده است انتقال و دریافت اطلاعات تنها از طریق همان یک دستگاه انجام میشود. در سیستم دو رادیویی، خدمات توسط یک رادیو و انتقال دادهها توسط دیگری انجام میگردد. سیستمهای بیسیم امروزه میتوانند با استفاده از چهار رادیو بهترین عملکرد را داشته باشند و از طرف دیگر چندین سیستم را میتوان بر روی یک زیر ساخت راه اندازی کرد.
با این دست آورد تغییرات در اندازه شبکه به راحتی انجام میگردد. با پیکربندیهای مختلف رادیوها میتوان تعداد نامحدودی از دوربینهای نظارت تصویری را تحت شبکه درآورد و افزودن تعداد بیشتری دوربین در عملکرد شبکه و یا عملکرد دوربینهای موجود خللی ایجاد نمیکند.
- راهکارهای مقابله با تأخیر در ارسال تصاویر
تأخیر در ارسال تصاویر از مهمترین چالشهایی است که شبکههای بیسیم را درگیر کرده است و در دوربینهای نظارتی منجر به کیفیت پایین تصاویر میشود. هر چه تأخیر در انتثال تصاویر بیشتر باشد کارآیی دوربینهای مداربسته PTZ کمتر میگردد.
تجهیزات پیشرفته مدیریت ترافیک شبکه های بیسیم، میتوانند بین ظرفیت تصاویر و انتقال آنها حد بهینه ای را مشخص کنند. بنابراین طراحان شبکه امکان عملکرد مستمر و بهینهای را با حداقل تأخیر در انتقال تصاویر فراهم مینمایند. پروتوکل n11/802 بیسیم، امکان ارسال تصاویر زمان واقعی را، به کاربران ثابت و یا متحرک، همزمان با ارسال صدا و دادههای حاصل از سایر برنامهها، فراهم میکند.
در نسل جدید سیستمهای بیسیم با استفاده از چهار رادیو عملکرد سیستم بهبود قابل توجهی خواهد داشت و در عین حال چندین سیستم میتوانند بر روی یک زیرساخت فعالیت نمایند.
ملاحظات کلیدی در طراحی شبکه:
- مدیریت پروتوکل
- پهنای باند مطمئن و مدیریت ترافیک براساس اولویت
- روشها و شیوه های تغییر مسیر ترافیک
- شیوه های عملکرد دوربینها و روشهای امنیتی
- تعادل در ظرفیت ورودی و میزان بار تجمع کرده در هر درگاه (پورت)
- انرژی سیستم و فراوانی آن
- معرفی اس‌ون، شبکه های بی سیم امن[۵]
با ادغام آخرین نوآوریهای فنآوری بیسیم و شبکه های پیشرفته هوشمند، سیستم اس‌ون سطح بالایی از مدیریت ترافیک و کنترل سرعت را فراهم آورده است تا به راحتی چالشهای سرویسهای نظارت تصویری، پشت سر گذاشته شوند.
با مدیریت گرانولی[۶] شبکه، امکان تخصیص پهنای باند و ترافیک به صورت هوشمند فراهم میآید. ویژگیهای کلیدی این شبکهها عبارتند از:
- مدیریت هوشمند ترافیک:
سیستم عامل اس‌ون بر مبنای مدیریت لایه های هیبریدی است تا امکان کنترل گرانولی (دانهای یا لانه زنبوری) بیشتر بخشهای شبکه بیسیم وجود داشته باشد. علاوه بر این تعیین اولویت در تخصیص ترافیک بخوبی انجام میشود و محدودیت‌های سرعت اعمال شده دقیق محاسبه میگردد. بهبود مدیریت مصرف از دیگر نکات ارزنده این شبکه به حساب میآید به این ترتیب امکان خرابی و پایین آمدن شبکه به خاطر ظرفیت بالای داده، به حداقل میرسد.
- قابلیت انطباق و یکپارچه‌سازی
در این سیستم اضافه و کم کردن دستگاههای بیسیم به راحتی انجام میشود و سیستم در عرض چند ساعت بزرگ و یا کوچک میگردد. در طراحی شبکه میتوان از بهترین تجهیزات استفاده کرد و همچنین امکان تعریف شبکه بیسیم جدید بر روی ریزساخت موجود، وجود دارد.
- مدیریت پیشرفته شبکه
نظارت بر همه بخشهای شبکه ممکن است و هرگونه تغییر در محدوده رادیویی بطور هوشمند قابل تشخیص میباشد. پهنای باند بر حسب اولویت و زمان ارسال بطور پویا تخصیص داده میشود. علاوه بر این مدیریت کامل شبکه از راه دور به عنوان بخشی از خدمات این سیستم ممکن است.
- افزایش پهنای باند[۷]
قابلیت مدیریت هوشمند ترافیک سیستم اس‌ون، از اختلالات و مشکلات محتمل در این زمینه پیشگیری میکند. بر اساس نتایج آزمایشهای صورت گرفته، هرگونه بهینه سازی در شبکه که به انتقال صحیح تصاویر ویدیویی و صدا منجرگردد، پهنای باند را به طور قابل توجهی افزایش میدهد.
- ارتباط مؤثر با مرکز کنترل مخابراتی[۸]
یکی دیگر از نکات چالش برانگیز در طراحی شبکه بیسیم، سازماندهی مؤثر ارتباطات در قالب زیرساختهای سیمی مخابراتی است. با کمک سیستم عامل اس‌ون ارتباطات به روشهای مختلف نظیر خطوط ثابت تلفنی و یا ارتباطات ماهوارهای امکانپذیر است.
- مدیریت شبکه
اگرچه ابزار مدیریتی سیستمهای بیسیم با سیستمهای سیمی مشابه است، اما در سیستمهای بیسیم این امر پیچیدگی سیستمهای سیمی را ندارد.
امروزه مدیریت پیشرفته سیستمهای بیسیم در لایه سوم پروتوکل آیپی/ تیسیپی که از سیستم گرانولی پشتیبانی میکند، در شرایط زیر امکانپذیر است:
- اختصاص خودکار پهنای باند
- کنترل هوشمند ترافیک
- محدود کردن سرعت و کاهش اختلالات
- مدیریت سیستمهای فردی، برنامهها، کاربر و گروهی از کاربران
به این ترتیب قراردادهای سختگیرانهای که درباره عملکرد شبکههای بیسیم وجود دارد تسهیل میگردد. بر اساس مدیریت هوشمند لایه سوم، کیفیت خدمات ارائه شده بر روی زیرساختهای شبکه بیسیم به همه کاربران در همه سطوح به خوبی مدیریت میگردد.
تفاوت مهم دیگری که بین مدیریت به صورت سیمی و بیسیم وجود دارد این است که شبکههای بیسیم بیشتر برای استفاده در مناطق دور طراحی میشوند لذا توجه به این امر در انتخاب ابزار مدیریتی اهمیت بالایی دارد. مدیریت این شبکه ها از طریق بروز رسانی بیسیم[۹]و به کمک میزهای فرمانی که تحت شبکه کار میکنند ممکن است. به این ترتیب بروزرسانی برنامه های نصب شده بر روی شبکه، تنظیمات شبکه و کنترل آن به راحتی از راه دور ممکن میگردد. قابلیت بروز رسانی و نصب برنامه ها از راه دور عملکرد شبکه را بهبود بخشیده و در عین حال هزینه های پشتیبانی را کاهش میدهد.
دستیابی به قابلیت بروز رسانی بیسیم در حوزه مدیریت این امکان را به مدیران میدهد که شبکه را از هر نقطهای که هستند کنترل و مدیریت نمایند. در این شرایط پشتیبانی و ارائه خدمات نیز از راه دور ممکن است و بنابراین کاربران همواره به سطح خوبی از خدمات دسترسی خواهند داشت.
- اطمینان از امنیت شبکه
امنیت تمام شبکهها مهم است اما در مورد شبکههای بیسیم ایمن بودن دو برابر اهمیت دارد.
دادهها را همواره نمیتوان پشت دیوارهای فایروال نگهداری کرد و انتقال داده اجتناب ناپذیر است، با توجه به این که امروزه تجهیزات خاصی برای هک کردن شبکههای بیسیم طراحی شده است، هک شدن دادهها هنگام انتقال بین تجهیزات شبکه بسیار محتمل است.
با توجه به اینکه استفاده از طول موجهای آزاد (بین ۴/۲ تا ۵ مگاهرتز) بیشتر شده، پروتوکل ۱۱/۸۰۲ تأکید و فشار خاصی بر افزایش امنیت شبکه دارد.
- فراتر از وپ[۱۰]
امنیت شبکه های بیسیم با الگوریتم امنیتی وپ (محرمانگی معادل بیسیم) تأمین میگردد اما این الگوریتم هنگامی که برای کنترل چندین شبکه با هم به کار میرود نقاط ضعف بسیاری از خود نشان میدهد. راه کار دیگر محدود کردن دسترسی به شبکه است، به این صورت که تنها کاربرانی که مجاز هستند، بتوانند به شبکه متصل گردند. اشکال اصلی این روش هزینه بالا در کنار اداره سخت آن است، از طرف دیگر این روش از نظر امنیتی بسیار قوی نیست چرا که گمراه کردن این سیستم با استفاده از یک مک آدرس تقلبی به راحتی ممکن است.
استاندارد x1/802 مخصوص امنیت شبکه است که مورد قبول عام بوده و به طور گسترده به کار برده میشود. به کمک این استاندارد سطح خوبی از امنیت برقرار میگردد. در این روش هر دستگاه هر کاربر تنها با یک شناسه و گذر واژه منحصر به فرد به شبکه متصل
میشوند و به محض اتصال به شبکه امنیت شبکه با دقت پشتیبانی میشود.
- حرف آخر
با وجود اینکه همچنان استفاده از شبکه سیمی نظارت تصویری در شرایطی خاص بهترین راه حل به شمار میرود، اجرای نظارت تصویری با شبکه بیسیم مقرون به صرفه تر و انعطافپذیرتر است. از طرفی برپایی و استقرار این سیستمها سریعتر صورت میگیرد لذا با توجه به رشد چشمگیر استفاده از برنامههای نظارت تصویری توسط شرکتهای خصوصی و عمومی، اقبال عمومی به سمت استفاده از این سیستم میباشد.
برخلاف دوربینهای مداربسته سنتی که تنها به یک منظور مورد استفاده قرار میگرفتند و مایملک یک سازمان به شمار میرفتند، سیستمهای نظارت تصویری جدید از اینکه بر روی شبکه های آی پی سازمانهای مختلف قراردارند، بهره بسیاری میبرند.
امکان استفاده از دوربینهای فوق پیشرفته و هوشمند در کنار نسل جدید ویدئو آنالیتیک و ابزارهای ذخیره‌سازی و مدیریت تنها مزیت این شبکه ها نیست، بلکه منجر به کاهش هزینه و پرسنل مورد نیاز میشود. از طرفی امکان دسترسی به سیستمهای نظارت تصویری از طریق طیف گستردهای از شبکهها و دستگاهها وجود دارد.
لازم به ذکر است با توسعه پروتوکل n11/802 به کمک دستگاههای بیسیم چند رادیویی میتوان یک شبکه وایفای با عملکرد بسیار عالی را ایجاد کرد، شبکهای که ظرفیت خوبی دارد و حجم قابل توجهی داده را در محدودهای وسیع منتقل کند. نکته دیگر، امکان استقرار سیستم نظارت تصویری بر روی زیر ساختهایی که برای انتقال صوت و داده طراحی شده اند، است.
سازمانهایی که شبکه نظارت تصویری خود را به صورت تلفیقی از فنآوریهای بیسیم و آی پی اجرا میکنند، به برنامه های عالی و کاربردی امنیتی دسترسی خواهند داشت و امکان ارتقا و تطبیق پذیری بالای این سیستمها برای هماهنگی با پیشرفتهای بدست آمده در حوزه تجارت و فنآوری از دیگر مزایای این شبکه ها میباشد.
[۱] Lubricants
[۲] Frame Rate
[۳] Bandwidth Hungry
[۴] Data showering
[۵] Secure Wireless Anywhere Networks (SWAN)
[۶] Granular network management
[۷] GoodPut
[۸] POP (point of presence)
[۹] Over The Air
[۱۰] WEP (wireless equivalency protocol)
منبع: سیبا شهر
