Campusvernetzung für IP-Videoüberwachung
Techniken geschickt kombiniert
Wer auf einem weiträumigen Campus IP-Videoüberwachung installieren will, benötigt dazu breitbandige Datenverbindungen. Zudem wirft die Stromversorgung der Kameras in der Regel Probleme auf. Der Beitrag diskutiert an einem fiktiven Beispiel, wie sich durch geschickte Wahl und Kombination unterschied-licher Techniken die spezifischen Anforderungen erfüllen lassen.
Aufgrund stetigen Wachstums erstellt ein Spielzeug-Hersteller einen neuen Campus, bestehend aus drei Gebäuden. Für die Vernetzung der Gebäude benötigt das Unternehmen Datenverbindungen mit hoher Bandbreite, da IP-Videokameras Teil der Infrastruktur sind. Kupfer-Ethernet-Kabel wird jedoch dem konkreten Bedarf nicht gerecht, da es auf etwa 100 Meter Länge beschränkt ist. Die Reichweite ließe sich zwar in solchen Fällen durch die Nutzung von Ethernet-Extendern und DSL-Technik auf rund 1.900 Meter erweitern, jedoch sinkt mit der steigenden Reichweite die Bandbreite.
Lösungen über Mobilfunk
Als Alternative bieten sich in einem solchen Fall prinzipiell mobile Datenverbindungen an, die für die erforderliche Reichweite und Bandbreite sorgen. Reichweite stellt bei Mobilfunk-Datennetzwerken kein Problem dar, da sich entsprechende Gateways an einem beliebigen Standort mit Mobilfunk-Abdeckung platzieren lassen. Auch für ausreichend Bandbreite ist gesorgt: Gateways für 3G-Mobilfunk-Netzwerke liefern genügend Bandbreite für einfache IP-Videoübertragungen, und mit Gateways für 4G-Mobilfunk-Netzwerke lässt sich bereits Video-Streaming in Echtzeit betreiben.
Mittels Mobilfunk lassen sich Netzwerke erweitern und auch Standorte einbeziehen, die sonst unerreichbar wären. Beispielsweise kommen Mobilfunk-Gateways und -Verbindungen oft bei Remote-Sensorsystemen wie etwa den Sensor-Gateway- und UMTS/LTE-Lösungen von B&B Electronics zur Anwendung. Mobilfunk erübrigt das Verlegen von Kabeln zu den entfernten Standorten sowie die Notwendigkeit, Wegerechte mit Eigentümern entlang der Strecke auszuhandeln.
Videoanwendungen haben jedoch eine hohe Anforderung an Bandbreite und sprengen daher oft den Datenmengenplan beziehungsweise die vereinbarten Tarife mit Mobilfunk-Providern. So kommt im Fall des Spielzeug-Herstellers, der lediglich seinen eigenen Campus vernetzen will und dort keine Probleme mit dem Verlegen von Kabeln hat, eine andere Alternative in Betracht: der Einsatz von Glasfaser, der allerdings mit deutlich höheren Installationskosten verbunden ist, als bei einer Mobilfunk-Lösung. Die niedrigeren Betriebskosten von Glasfaser im Vergleich zur Mobilfunk-Lösung machen diesen Ansatz aber auf längere Sicht dennoch rentabel.
Glasfaser als Alternative
Im konkreten Fall entscheidet sich der Spielzeug-Hersteller für Multimode-Glasfaser als Netzwerk-Backbone. Diese bietet zwar nicht die Reichweite und Bandbreite von Singlemode-Glasfaser, kann aber dennoch Daten über etliche Kilometer mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1 GBit/s transportieren. Außerdem hat Multimode den Vorteil, dass es billiger ist, da sich kostengünstige Elektronik wie beispielsweise LEDs und VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) verwenden lassen. Für das industrielle Umfeld zudem wichtig: Beide Glasfaser-Arten sind immun hinsichtlich elektromagnetischer Störungen sowie von Natur aus sicher. Da die Daten mittels Lichtstrahl übermittelt werden, erschwert dies den Zugang für Hacker beziehungsweise macht ihn unmöglich.
Der Glasfaser-Backbone sorgt damit im Fall des Spielzeug-Herstellers zwar für exzellente Reichweite, Bandbreite und Sicherheit - allerdings noch nicht für eine einfache Integration der verstreut installierten IP-Videokameras. Diese sind, wie es oft der Fall ist, an abgelegenen Standorten positioniert - beispielsweise auf Dächern oder Lichtmasten. Wo auch immer sie angebracht sind - eine Stromversorgung ist notwendig. Außerdem sind IP-Kameras im Normalfall mit 100-MBit/s-Kupfer-Schnittstellen ausgestattet, die eine Konvertierung erfordern, um mit der Glasfaser-Infrastruktur kommunizieren zu können. Übliche Kupfer-auf-Glasfaser-Konverter wandeln zwar das Signal der IP-Kameras um, lösen aber nicht das Problem der Stromversorgung. Aufgrund der Installation im Außenbereich benötigte das Unternehmen zudem Komponenten, die entsprechend temperaturbeständig sind.
PoE zur Stromversorgung
Da moderne IP-Kameras meist auch Power over Ethernet (PoE) zur Stromversorgung unterstützen, eignet sich ein PoE-Medienkonverter wie beispielsweise der PoE+ Giga-Minimc von B&B Electronics, um allen Anforderungen des Spielzeug-Herstellers gerecht zu werden. Ein solcher Konverter realisiert den Übergang von Glasfaser zu Kupfer und versorgt die PoE-Endgeräte auf den letzten Metern bis zum Installationsort über das Datenkabel gleichzeitig mit Strom.
Der ursprüngliche PoE-Standard IEEE 802.3af-2003 liefert allerdings nur bis zu 15,4 W Gleichstrom (mindestens 44 V DC und 350 mA) an jedes angeschlossene Gerät. Berücksichtigt man den Verlust durch das Kabel, stehen dem Endgerät schlussendlich noch 12,95 W zur Verfügung. Jedoch benötigen Geräte wie beispielsweise beheizbare, drehbare und zoomfähige Kameras mehr Strom. Der neue "IEEE 802.at"-PoE-Standard (2009; auch "PoE+" oder "PoE Plus") verdoppelt die verfügbare Leistung beinahe. Er liefert bis zu 25,5 W an angeschlossene Geräte, ist aber dennoch kompatibel mit dem älteren 802.3af-PoE-Standard.
Die PoE-Standards stellen zudem sicher, dass das PSE (Power Soucing Equipment) lediglich jenen Netzwerkgeräten Strom zur Verfügung stellt, die es als PoE-fähig identifiziert. PSEs sind ferner in der Lage, mehrere unerwünschte Lastbedingungen - einschließlich kurzgeschlossener Kommunikationskabel, abgeschalteter PDs und der Anbindung nicht PoE-fähiger Geräte - zu ermitteln.
Zukunftssicherheit und Finessen
Ein entsprechender PoE-Medienkonverter kann nicht nur den Betrieb der Kameras sicherstellen, sondern auch Flexibilität für die Zukunft. So bietet das genannte Modell neben den zwei 10/100/1.000-MBit/s-PoE-Kupfer-Ports auch einen SFP-Glasfaser-Port (Small Form Pluggable), der Verbindungen sowohl von 100 MBit/s, als auch von 1.000 MBit/s unterstützt. Um seinen aktuellen Bedürfnissen gerecht zu werden, benötigt der Spielzeug-Hersteller lediglich eine 100-MBit/s-Verbindung. Sollte das Unternehmen zu einem späteren Zeitpunkt eine Aufrüstung des Systems auf Gigabit wünschen, wäre ein Wechsel einfach durchzuführen: Es ist nicht nötig, den Medienkonverter zu ersetzen. Der einzige Bestandteil, der einen Austausch erfordert, ist der Hot-Swap-fähige SFP-Transceiver.
Zu weiteren nützlichen Features eines solchen PoE-Medienkonverters zählt auch die LFPT-Technik ("Link Fault Pass Through"). LFPT bedeutet, dass der Link-Zustand des 100Base-TX-Kupferempfängers an den 100Base-FX-Glasfaser-Sender weitergegeben wird. Wenn die Datenkommunikation des entfernten angeschlossenen Geräts aussetzt, wird ein Medienkonverter mit LFPT die fehlerhafte Kupferverbindung erkennen und den Netzwerk-Manager benachrichtigen. Dies ermöglicht dem Administrator gegebenenfalls, durch eine Link-Abschaltung einfach über die Ferne einen Restart des Endgeräts (IP-Kamera, Access Point etc.) zu bewirken.
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