Система безопасности разрабатывается и создается как часть его информационной инфраструктуры, а следовательно, подчиняется тем же законам. Инвестиции в информационную инфраструктуру относятся к разряду долгосрочных, поэтому при ее проектировании выбираются наиболее передовые технологии, дающие экономический эффект в расчете на многолетнюю эксплуатацию. Наиболее долгоживущая часть такой инфраструктуры — кабельная система, и ее следует выбирать исходя из требований завтрашнего дня.
Системы видеонаблюдения и охранной сигнализации на волоконной оптике с каждым годом получают все более широкое распространение. Этому способствуют два обстоятельства. Во-первых, все большее число пользователей убеждаются в преимуществах оптических систем и справедливости известной поговорки: скупой платит дважды. Во-вторых, методы монтажа оптической кабельной системы постоянно совершенствуются, так что время, необходимое для ее установки, неуклонно сокращается (а значит, снижаются и расходы).
Системы видеонаблюдения и охранной сигнализации на волоконной оптике обладают несколькими преимуществами: при их применении расстояния между телекамерами и мониторами либо между датчиками и диспетчерским пунктом могут достигать десятков километров; в волоконно-оптических линиях связи отсутствуют перекрестные помехи между сигналами, передаваемыми по различным каналам в одном кабеле; такие каналы передачи данных могут размещаться в зоне мощных электромагнитных помех; наконец, оптика обеспечивает защиту передаваемых данных от несанкционированного доступа на физическом уровне.
Кабельная система охранной сигнализации должна подчиняться требованиям структурности, избыточности и наращиваемости, которые диктуются стремлением максимально упростить ее модернизацию и обслуживание. На практике их удается удовлетворить путем использования структурированной кабельной системы, аналогичной информационно-коммуникационной кабельной системе (локальной вычислительной сети и сети офисной телефонии или взаимоувязанной с ней). В то же время назначение систем безопасности предъявляет и ряд специфических требований к кабельной системе. По существующим в России стандартам передача данных охранных и противопожарных систем должна осуществляться по выделенному каналу. Физически такой канал может быть реализован на одном из волокон в многожильном кабеле либо представлять собой канал в составе кабельной системы, автономной относительно остальной информационной инфраструктуры. В любом случае кабельная система охранной сигнализации должна быть защищена от несанкционированного доступа. В первую очередь это относится к местам расположения активного оборудования и к узлам коммутации, поскольку подключение непосредственно к оптическому кабелю практически сразу же диагностируется на диспетчерском пункте.
Типовые схемы систем видеонаблюдения
Подавляющее большинство структурных схем волоконно-оптических систем видеонаблюдения и охранной сигнализации сводится к трем основным типам сетевой топологии: звезда, кольцо и шина.
Звезда является наиболее распространенной схемой и употребляется в больших строениях и в комплексах зданий. В диспетчерском пункте, где расположены мониторы и пульты сигнализации, производится прием оптических сигналов от телекамер и, если надо, их демультиплексирование. Отсюда же передаются сигналы включения и управления углом поворота телекамер. Лучи звезды заканчиваются в местах установки телекамер и датчиков охранной сигнализации. Для реализации звездной топологии требуется большее количество кабеля, чем для какой-либо другой схемы. С экономической точки зрения наиболее целесообразно применение иерархической схемы звезды, когда одножильные кабели от отдельных телекамер поэтапно коммутируются в кабели с большим числом волокон. Такой подход позволяет не только снизить стоимость самой кабельной системы, но и уменьшить расходы на ее обслуживание.
Схема шины реализуется при контроле протяженных объектов: плотин, мостов и т. д. По сути, шина — это частный вариант схемы звезды. Ее основное преимущество связано с возможностью коммутации оптических кабелей в точках расположения телекамер.
Кольцо применяется в случае расположения телекамер и датчиков по периметру охраняемого объекта. Структура оптической кабельной системы, обеспечивающей передачу сигналов от точек установки телекамер до диспетчерского пункта, допускает оптимизацию путем использования не только одножильных, но и многожильных кабелей, так что число волокон увеличивается по мере приближения к диспетчерскому пункту и в соответствии с общепринятыми стандартами. Диспетчерский пункт может размещаться в одной из точек кольца или внутри него. Иногда видеосигнал необходимо передавать на несколько диспетчерских пунктов. Замкнутое кольцо с двумя диспетчерскими пунктами обеспечивает надежное резервирование при разрыве кабеля. Экономически наиболее эффективным решением является установка волоконного ответвителя, позволяющего передавать видеосигнал от одного передатчика к двум или большему числу приемников. Однако в каждом конкретном случае перед выбором той или иной разновидности кольцевой схемы следует проанализировать энергетический потенциал волоконно-оптических передатчика и приемника, так как даже при делении видеосигнала на два канала максимально допустимая дальность передачи снижается вдвое.
Модемы для систем видеонаблюдения на волоконной оптике
Единых стандартов, регламентирующих архитектуру кабельных систем для охранной сигнализации и систем видеонаблюдения, сегодня не существует, поэтому при выборе оборудования необходимо убедиться в соответствии рабочих параметров модемов поставленной задаче.
Для потребителя наибольшее значение имеет дальность передачи видеосигнала. Она определяется двумя параметрами: типом источника оптического сигнала в передатчике и методом его модуляции. Для передачи сигналов на несколько километров используются модемы со светодиодными источниками, коммутируемые многомодовыми кабелями. Дальность передачи в десятки километров достигается при помощи модемов с лазерными источниками. Стоимость таких устройств существенно выше, тогда как выигрыш в цене за счет использования в этом случае одномодового кабеля незначителен. Одномодовое волокно позволяет увеличить дальность передачи за счет меньших потерь и меньшего дисперсионного размывания формы оптического сигнала по сравнению с многомодовым каналом. Качество передачи изображения зависит также от типа модуляции оптического сигнала. Наибольшую помехозащищенность, а следовательно, и дальность передачи обеспечивают модемы с частотной модуляцией оптического сигнала. Тем не менее при малой удаленности телекамер от диспетчерского пункта могут использоваться устройства с амплитудной модуляцией.
К числу основных рабочих параметров модема относится его энергетический потенциал. Приводимая в спецификациях к модемам дальность передачи видеосигнала относится к соединениям типа «точка—точка», когда сигнал транспортируется от передатчика к приемнику по стандартному кабелю. В реальной ситуации при монтаже кабельной системы приходится прибегать к сращиванию кабелей различной длины, использовать промежуточные узлы коммутации и т. д., что приводит к дополнительному ослаблению сигнала и снижению дальности передачи. Энергетический потенциал позволяет рассчитать допустимую дальность передачи сигнала в каждом конкретном случае с сохранением требуемого соотношения сигнал/шум на входе приемника. Это особенно важно при распределении сигнала по нескольким диспетчерским пунктам. Применение модемов с большим энергетическим потенциалом существенно упрощает задачу проектирования системы видеонаблюдения и охранной сигнализации, открывает возможности для резервирования и пассивного распределения сигнала на несколько пунктов с сохранением высокого качества изображения.
В зависимости от топологии системы видеонаблюдения применяются модемы, поддерживающие разное число каналов. На практике обычно решается задача организации видеонабления на большой территории при минимальном количестве телекамер, а следовательно, при значительном удалении телекамер друг от друга. В этой ситуации наиболее востребованными оказываются одно- и двухканальные модемы. Однако при необходимости возможно использование также 4-, 8- и даже 12-канальных модемов для объединения в один оптический канал сигналов от соответствующего числа близко расположенных телекамер. Для уплотнения сигналов от двух и четырех телекамер используются различные варианты частотной модуляции, тогда как в 8- и 12-канальных модемах применяется спектральное мультиплексирование. Правда, в последнем случае значительно усложняется задача деления оптического сигнала для его доставки на удаленные диспетчерские пункты, так как одномодовые волоконные ответвители спектрально зависимы. Рабочие характеристики видеомодемов, предлагаемых такими производителями, как Meridian, Fiber Options (обе — США) и «Перспективные Технологии» (Россия), приведены в таблице.
 |
| Оптические модемы для передачи видеосигнала: передатчик и приемник |
Длительное время применение оптических систем видеонаблюдения сдерживалось сравнительно высокой стоимостью аппаратных средств западного производства, причем фактор цены играл важную роль при выборе не только модемов, но и компонентов кабельной системы. К счастью, в последние годы у пользователя появилась возможность приобрести как активное оборудование (рис. 1), так и оптическую кабельную систему, выпускаемые в нашей стране.
Из экономических соображений в системах видеонаблюдения обычно применяют волоконно-оптические и коаксиальные кабели. Считается, что в зависимости от электромагнитной обстановки на объекте оптимальная длина коаксиального кабеля не должна превышать 150—350 м. Чаще всего такой кабель служит для подключения нескольких близкостоящих телекамер к одному многоканальному модему. Установка на диспетчерском пункте соответствующей демультиплексирующей аппаратуры позволяет вести наблюдение с каждой из камер в режиме реального времени.
Оптическая кабельная система
Выбирая ту или иную кабельную систему, следует учитывать метод монтажа, поскольку от него зависят как сроки и стоимость работ, так и удобство обслуживания системы в будущем. Монтаж оптической кабельной системы для видеонаблюдения и/или охранной сигнализации может осуществляться с использованием технологий, отработанных для систем информационно-коммуникационного назначения. Так, предложение фирмы «Перспективные Технологии», получившее название «оптический конструктор», позволяет произвести полный подбор компонентов (оптических кабельных сборок, телекоммуникационных шкафов и коробок, ответвителей, модемов, приборов для тестирования и т. д.) для монтажа кабельной системы с учетом ее топологии и условий эксплуатации. Монтаж кабельной системы в этом случае проводится на разъемных соединениях, что удобно с точки зрения как выполнения работ, так и дальнейшего обслуживания. Этот способ применяется при прокладке кабелей внутри зданий либо между близко расположенными зданиями и сооружениями, когда узлы коммутации могут быть размещены в самих зданиях.
Примеры систем видеонаблюдения на волоконной оптике
Схема «звезда» была применена при сборе видеоинформации от телекамер, распределенных по площади объекта прямоугольной формы (рис. 2).
 |
| Система видеонаблюдения прямоугольного объекта c равномерным распределением телекамер, построенная по схеме «звезда»: ЦП — центральный диспетчерский пункт; ? — телекамеры; М1:2 — двухканальный модем; М1:4 — четырехканальный модем; К — соединительная коробка; - коаксиальный кабель; - одножильный оптический кабель; - многожильный оптический кабель |
 |
| Система видеонаблюдения протяженного замкнутого объекта, построенная по схеме «кольцо» (см. обозначения к рис. 2) |
Следующий пример — система, построенная по схеме «кольцо» с одновременным применением коаксиального и волоконно-оптического кабелей (рис. 3). В ней использована симметричная схема, состоящая из двух идентичных полуколец. Телекамеры расположены по периметру объекта на расстоянии 150 м друг от друга. Соединительные коробки обслуживают группы из четырех телекамер, видеосигналы от которых поступают по коаксиальному кабелю. В каждой соединительной коробке смонтирован четырехканальный модем-передатчик и коммутационная панель с оптическими розетками для подключения оптического кабеля. Видеосигналы от ближайших четырех телекамер передаются на центральный пункт непосредственно по коаксиальному кабелю. На центральном пункте установлен 19-дюймовый телекоммуникационный шкаф c четырехканальными волоконно-оптическими модемами-приемниками, монтируемыми в 19-дюймовые субблоки. Если возникнет необходимость в организации второго диспетчерского пункта, например между первой и 52-й телекамерами, в соединительных коробках можно будет установить волоконные ответвители 1:2. Тогда электрические сигналы от телекамер 25—28 будут преобразованы в оптические (с помощью дополнительного модема на первом центральном пункте), количество волокон в кабеле увеличится и система замкнется в кольцо.
 |
| Центральный диспетчерский пункт объекта с системой видеонаблюдения |
На центральном пункте приемные модемы подключаются к мониторам наблюдения. В зависимости от поставленной задачи сигналы от нескольких модемов выводятся на один монитор с сегментированным экраном либо каждая видеокамера подключается к отдельному монитору с дублированием тревожного объекта на дополнительном сигнальном мониторе (рис. 4). Включение на сигнальном мониторе изображения с тревожного объекта задается программным способом, как правило, по изменению видеосигнала.
Приведенные системы иллюстрируют применение базовых топологических схем. На практике зачастую реализуются гибридные системы, отдельные сегменты которых строятся по рассмотренным базовым схемам. Рассмотренные системы предполагают монтаж по принципу «оптического конструктора» с коммутацией кабелей на разъемных соединениях. Этот принцип применим также при развертывании кабельных систем, используемых для передачи данных, автоматизации производственных процессов и жизнеобеспечения.
***
Информационные потоки растут с пугающей скоростью. Линии связи то и дело становятся узким местом вычислительных, телефонных и специализированных сетей. Волоконная оптика имеет огромные потенциальные возможности для расширения их пропускной способности. Нужно только отнести затраты на волоконно-оптическую кабельную систему к разряду долговременных капитальных вложений и предусмотреть возможности для ее расширения. Тогда в течение длительного времени неизбежная модернизация сети будет затрагивать только активное оборудование.
ОБ АВТОРАХ
Елена Андреева и Леонид Пономарев — менеджеры компании «Перспективные Технологии». С ними можно связаться по электронной почте andreeva@peterlink.ru и ponomarev@ptfiber.com. Владимир Валюхов — доцент, Владимир Купцов — ассистент СПбГТУ.
| Произ- водитель | Модель (передатчик + приемник) | Число каналов | Тип кабеля | Даль- ность передачи, км | Тип моду- ляции сигнала | Стои- мость, долл. |
| Meridian (США) | 1 | SM | 80 | ЧМ | 2260 | |
| 2 | SM | 80 | ЧМ | 4800 | ||
| 4 | SM | 25 | ЧМ | 7650 | ||
| 8 | SM | 25 | ЧМ | 18150 | ||
| 1 | ММ | 4 | ЧМ | 1860 | ||
| 2 | ММ | 4 | ЧМ | 3150 | ||
| PT-4000iR-OH + PR-4000iR-0 | 4 | ММ | 4 | ЧМ | 5100 | |
| PT-8000iR-0 + PR-8000iR-0 | 8 | ММ | 4 | ЧМ | 10800 | |
| Fiber Optics (США) | 123V-T + 123VR | 1 | SM | 20 | АМ | 3580 |
| 121V-T + 121V-R | 1 | ММ | 1,2 | ЧМ | 2150 | |
| 142V-T + 142-V-R | 2 | ММ | 1,2 | АM | 2900 | |
| 140V-T + 140-V-R | 4 | ММ | 1,2 | AM | 5970 | |
| «Перспек- тивные Технологии» (СПб) | ПТ-ТМ-02 | 1 | SM | 40 | ЧМ | 1200 |
| ПТ-ТМ-01 | 1 | ММ | 6 | ЧМ | 800 |