Лига слаботочников

Сейчас налетят вОроны и начнут хаять описанный мною текст. А мне пофиг: я просто хочу донести возможные ошибки для других, чтобы они в это не вляпались. Ибо не у всех есть доступ к дорогому профессиональному оборудованию провайдерского уровня, где эту проблему можно решить (частично, но можно). У большинства техников оборудование будет класса SOHO, а оно ... работать не будет. И ниже я напишу, почему.

Текст будет написан простым русским языком с значительными упрощениями, т.к. термины здесь не нужны. Нужны факты.

Аксиома: Вайфай и видеонаблюдение на дешевом оборудовании не совместимы.

Исключения:

1. В Вашей системе видеонаблюдения 1-5 камер на вайфае (не 50). И Вы готовы к проблемам с изображением.

2. Вы получили задачу смонтировать временную линию связи с камерами на период запуска оптики

3. Вы работаете в зоне техногенной катастрофы, кабель тянуть запрещено

4. Вы ставите камеру за линией ЛЭП или за железной дорогой - согласование прокладки кабеля займет месяцы

5. Вы ставите камеру на работающем башенном кране или другом движущемся оборудовании.

6. Вы ставите камеры дома под свою ответственность и за проблемы с качеством не отвечаете.

7. Похожие ситуации...

А теперь я постараюсь рассказать, почему всё так плохо, основываясь на своем опыте и своих знаниях работы с компьютерными сетями, в т.ч. на вайфае. И что сделать, чтобы оно работало качественно для ситуаций 1-5 из списка.

Что такое потоковое видео в формате h.264-265? Это набор из 1 ключевого (полноценного кадра) и 10-500 кадров, включающих в себя только изменение относительно предыдущего. Для видеорегистратора с небольшим буфером входящих пакетов важно, чтобы кадры приходили последовательно (ну или хотя бы почти последовательно). Для видеосерверов это менее критично, т.к. там буфер побольше.

То есть, по порядку должны приходить кадры: 1,2,3,4,5,6,7,8,9....400 и т.д.

А если из-за потерь пакетов и повторной отправки будет приходить 1?2?//?5?6?7?3?4?8?9//400? то ничего не произойдет: пакеты накопятся в буфере видеорегистратора, он соберет последовательность и запишет на диск. Это нормальная ситуация для кабельных сетей - время прохождения пакетов измеряется в единицах или десятках миллисекунд, ответ о неполучении сформируется через несколько десятков миллисекунд, после чего придет повторный пакет.

Если Вы отправите командой "ping" опрос до устройства в проводной сети, то получите ответ с цифрами 1-50 миллисекунд. Например "ping 8.8.8.8 /l 1000 /t"

Выводы:

Запомним эту цифру: 1-50 мс. И то, что нам нужна четкая последовательность поступления кадров с небольшой задержкой по времени.

Что такое вайфай? Это интернет, да :) На самом деле по беспроводным каналам передаются не чистые TCP-пакеты. Они сначала копятся в буфере точки доступа, потом фасуются в ее контейнеры, которые весьма большие и медленные, а потом передаются с контролем качества.

И если мы пропингуем тяжело загруженную вайфай сеть командой  "ping 8.8.8.8 /l 1000 /t", то можем увидеть цифры в сотнях миллисекунд. Время ответа будет зависеть от нескольких факторов:

- уровень сигнала

- качество сигнала

- загруженность канала другими устройствами

- скорость, на которой установлено соединение

- и самое важное: нагрузка на беспроводную сеть.

И вот тут мы сталкиваемся с неприятностью: при тяжелой загрузке время прохождения пакетов уже сотни миллисекунд. В случае, если 1-2 контейнера потерялись, точка доступа отправит повтор. Но этот повтор физически поступит через полсекунды-секунду.

И получаем мы 1,2,3,4,...210,211,212,...5,6,7,8,  А это уже превышает емкость буфера видеорегистратора. Видеорегистратор отключает запись потока и ждет новый ключевой кадр (а он может и через 30 секунд поступить, если так настроена камера). Получаем пропуск в видеопотоке на записи и погасание изображения на экране.

Как работает сеть вайфай: дешевые точки доступа автоматически настраивают свою скорость исходя из параметров силы и качества сигнала до каждого устройства-клиента.

Например: Вы поставили вокруг своего дома 5 камер с вайфаем. 4 из них с хорошим сигналом, а пятая за 3 бетонными стенами. Сейчас всё работает: скорость точки доступа 50 мегабит, поток с камер по 4 мегабита, всё хорошо. Ночью накрыл сильный туман: качество сигнала сильно ухудшилось: точка доступа начинает терять связь с камерой 5, вследствие чего она снижает скорость до 2 мегабит и получает хороший уверенный сигнал от всех 5 камер. Вот только 2 мегабита не хватает для 5 камер и вся система ложится. Утром Вы приходите, перезагружаете точку доступа, она соединяется на скорости 50 мегабит и снова всё хорошо до нового тумана.

(в чуть более дорогих точках доступа можно настроить порог ниже которого скорость опускаться не будет, но камера 5 всё равно отвалится, зато останутся 1-4)

Еще есть проблема в реальной пропускной способности канала: в нормальных условиях промзоны или города, с высоким уровнем помех, с большим количеством оборудования, работающего на такой же частоте, с дешевыми точками доступа ширина канала для скорости 54 мегабита будет мегабит 20 (не 45-50, а именно 20). Конечно, на оборудовании 5ГГЦ, провайдерского класса можно получить больше. Но если у Вас на крыше висит TPLINK за 2000р., то надо закладывать именно такую скорость.

Важно: при снижении уровня сигнала (дождь, снег, туман) реальная ширина канала уменьшается. А вот поток с камер увеличивается, т.к. при наличии в кадре снега или тумана, каждый кадр занимает больше байт, чем при статичной картинке. И в какой -то момент Ваш поток данных перестает влезать в уменьшившийся канал точки доступа. Камеры начинают мигать и отваливаться.

А еще, есть проблема с лицензированием радиочастотного диапазона: вайфай всё еще работает в запрещенном диапазоне частот, на него надо получать разрешение (штрафы на юрлицо начинаются от 400 т.р., если что).

Если Вы всё еще хотите использовать видеонаблюдение на вайфае, то дальше я напишу несколько слов, которые Вам помогут. Ценовой диапазон оборудования самый дешевый.

- Используйте отдельную пару передатчиков на каждое направление, не ставьте всенаправленные антенны.

- нельзя связывать 2 удаленных точки на одну центральную: работать не будет.

- Используйте только режим беспроводного моста (WDS) в настройках точки доступа: при этом сеть не используется никакими другими устройствами, это сказывается на надежности связи

- По возможности ставьте нижнюю границу скорости: при плохой погоде камера будет моргать, но при восстановлении сигнала всё восстановится само.

- Учитывайте ширину канала беспроводной сети: на 1 паре передатчиков не должно висеть более 3-4 камер.

- Настраивайте параметры потока камеры: ключевой кадр как можно чаще! Это приведет к сильному увеличению потока, но при потере последовательности кадров видеопоток восстановится быстрее.

- Снижайте битрейт, не забывайте про суб-поток.

- Если клиент хочет вайфай на своей территории - пусть сначала получит разрешение на использование частоты в связьнадзоре. Если уже получил - пусть распишется в том, что система будет ненадежной.

И пара историй из практики: год 2015 примерно (микротики и убикьюти еще не зашли в наш регион)

Объект 1. Большая территория, камер немного. Рвется оптика при проведении масштабных раскопок: ремонт оптики временно невозможен - надо делать растяжку в 300 метров, но нет подходящих опор. На отвалившемся сегменте 5 видеокамер по 4 МП, поток был 8 мегабит с камеры. Мы ставим заранее настроенный комплект уличных точек доступа TPLink 5210W (или похожие), который хранится на случай подобных аварий на моем складе. Комплект настроен в режим WDS, скорость 54 мегабита, реальный канал считаю как 20. (не забываем, что это стройка с помехами и т.д.). На камерах снижаем поток до 2 мегабит с каждой, прописываем ключевой кадр вместо 20 секунд на 1 секунду. Получаем ровное видео без потерь (канал 20+, нагрузка 10) с резервом на случай ухудшения погодных условий. Успешно переживаем стройку и восстанавливаем оптику.

Объект 2: промбаза с оптикой по периметру. Один сегмент оптики демонтируется для выполнения строительных работ. Так же ставим вместо него беспроводной мост в виде пары уже настроенных точек доступа. В итоге получаем стабильный канал, так же перенастраиваем камеры. Период строительства успешно переживаем на вайфай канале. Но в условиях сильного дождя были заметны мигания камер: уровень сигнала падал, поток с камер рос. Клиента устраивало, т.к. альтернативы "задаром" не было.