سیستم های نظارتی در مسافت های طولانی
ارتباطات فیبر نوری در سیستم های نظارت تصویری و شبکه های ویدیویی
فهرست مطالب
1-مقدمه
2-ارتباطات فیبر نوری چیست؟
1-2-انعکاس از طریق رشته های شیشه
2-2-فیبرهای تک حالته و چند حالته
3-2-انتقال ساده و دوگانه
1-مقدمه
2-ارتباطات فیبر نوری چیست؟
1-2-انعکاس از طریق رشته های شیشه
2-2-فیبرهای تک حالته و چند حالته
3-2-انتقال ساده و دوگانه
3-چرا از ارتباطات فیبر نوری استفاده کنیم؟
1-3-نصب در محدوده وسیع با قیمت ارزان
2-3-بدون تداخل الکتریکی
4-ارتباط فیبر نوری در ویدیوهای شبکه
1-4-مروری بر سیستم های ویدیویی تصویری بر اساس فیبر نوری
1-1-4-ارسال یک طرفه
2-1-4-کابل فیبر نوری
3-1-4-دریافت یک طرفه
2-4-تجهیزاتی که سیستم های ویدیویی شبکه بر اساس فیبر نوری را فعال می کنند
1-2-4-ماژول های SFP
2-2-4-مبدل های رسانه
3-2-4-دوربین های شبکه
4-2-4-رمزگذارهای ویدیویی
5-2-4-سوئیچ های شبکه
6-2-4-کابل های فیبر نوری
5-نتیجه گیری
1-مقدمه
در ویدیوی شبکه، کابل های مسی (جفت سیم پیچ خورده) به صورت قدیمی برای اتصال میان دوربین و مرکز کنترل یا واحدهای ثبت تصاویر مورد استفاده قرار می گرفتند. کابل های مبتنی بر فیبرهای نوری با نصب در مسافت های طولانی تر در سیستم های نظارتی بسیار مقرون به صرفه هستند. اگر چه قیمت هر یک متر کابل های فیبر نوری بسیار گران قیمت است اما ویژگی های انتقال یک کابل فیبر نوری موجب کاهش هزینه های خرید آمپلی فایرها یا تقویت کننده ها با قیمت بالاتر را در مسافت های طولانی، تا حد زیادی کاهش می دهند؛ در واقع کابل های فیبر نوری امکان انتقال داده های بیشتری را در یک زمان معین فراهم می سازند.
این مطلب ارتباط از طریق فیبرهای نوری را شرح می دهد و بیان می کند چگونه این فیبرها در سیستم های ویدیوی شبکه به کار می روند. همچنین بیان می کند محصول اکسیس (Axis) چگونه برای پشتیبانی از ارتباطات فیبر نوری طراحی شده است.
2-ارتباطات فیبر نوری چیست؟
در ارتباطات فیبر نوری، سیگنال های نوری از طریق فیبرهای شیشه انتقال می یابند.
1-2-انعکاس نور از طریق رشته های شیشه
فیبرهای درون کابل های فیبر نوری، رشته های شفاف متغیر و بسیار خالص شیشه یا پلاستیک هستند. هسته فیبر به صورت مرکزی توسط مواد شفاف با ویژگی های متفاوت روکش داده شده است. این ساختار فیبرهای نوری را به شکل لوله نور تبدیل می کند؛ به طوری که نور بتواند از یک جهت به درون هسته وارد شود و از سمت دیگر خارج گردد، حتی زمانی که فیبر نوری تاب خورده یا پیچ خورده است. برای محافظت بیشتر هسته و روکش ها، هسته و سایر مواد اطراف آن ها توسط پوشش های محافظ دیگری پوشانده می شوند. برای درک این مفهوم، شکل زیر را نگاه کنید.
شکل 1-رشته های فیبر نوری با یک پوشش محافظ بیرونی احاطه شده اند
هرگاه نور درون فیبر نوری به مرز بین هشته و پوشش برخورد می کند، نور طبق رفتار کنترل شده، پرش خواهد کرد و رو به جلو حرکت خواهد کرد؛ و به سمت جلو و عقب پرش داشته و با دیواره ها برخورد می کند (همانطور که در شکل مشاهده می کنید). این رفتار دقیقاً مشابه آنچه در آینه اتفاق می افتد، ثبت شده است. هر نوری به سختی توسط روکش ها جذب می شود؛ به همین دلیل فیبر می تواند نور را در فاصله طولانی منتقل کرده و به شدت محافظت کند.
شکل 2-نمایی از درون رشته های فیبر نوری شیشه یا پلاستیک؛ نور به دیواره ها پرش دارد، به دیواره ها برخورد می کند و مجدداً به سمت هسته باز می گردد.
2-2-فیبرهای تک حالته و چند حالته
فیبرها به دو دسته تقسیم بندی می شوند و برای منابع نوری متنوع و انتقال در مسیرهای مختلف مناسب هستند.
فیبرهای نوری تک حالته، هسته باریکی دارند؛ قطر هسته در این حالت حدود 8 میکرومتر است و نور لیزر مادون قرمز را انتقال می دهد (طول موج معادل 1300 تا 1550 نانومتر). این هسته ها معمولاً از شیشه ساخته می شوند. فیبرهای تک حالته، صرفاً انتشار در یک مسی را پوشش می دهند و برای معمولاً برای ارتباطات در مسیرهای طولانی تر از 1 کیلومتر مناسب هستند. این مدل فیبرهای نوری در اتصالات شبکه با ظرفیت 10/100 Mbit/s در فضای کار، گسترده می شوند.
فیبرهای نوری چند حالته، هسته بزرگ تری دارند؛ قسر هسته در این حالت معمولاً 50 تا 100 میکرومتر است و امواج مادون قرمز LED را منتقل می کنند (نشر نور دیود) و طول موج این امواج در حدود 850 تا 1300 نانومتر است. این هسته ها معمولاً از جنس سیلیکای پوشیده شده با پلاستیک یا پلاستیک ساخته شده اند. فیبرهای نوری چند حالته مسیرهای انتشار و موقعیت های مختلفی را تحت پوشش قرار می دهد. این مدل فیبرهای نوری برای نصب در مسافت های کوتاه تر ( معمولاً بیشتر از 5 کیلومتر) طراحی شده اند و بخصوص در مواردی کاربرد دارند که نشر نور با توان بیشتری نیاز است.
شکل 3-سمت راست، فیبر نوری چند حالته و سمت چپ، فیبر نوری تک حالته
3-2-انتقال ساده و دوگانه
انتقال دو سیگنال (فیبر نوری دوگانه) و یا انتقال یک سیگنال (فیبر نوری ساده) از طریق رشته های فیبر نوری امکان پذیر است.
با انتقال دوگانه، سیگنال منتقل شده و سیگنال دریافت شده، هر دو در یک رشته حرکت می کنند. این به معنای آن است که در هر رشته فیبر نوری، دو پرتوی نور وجود دارد که در جهت مخالف یکدیگر و در یک زمان معین، حرکت می کنند (شکل شماره 4، قسمت بالا را نگاه کنید). در انتقال یک جهته یا انتقال ساده، تنها یک پرتوی نور از رشته های فیبر عبور می کند. سیگنال دریافت شده باید از طریق رشته دوم انتقال یابد (شکل شماره 4، قسمت پایین را نگاه کنید). تعداد رشته های نوری در انتقال دوگانه، نصف تعداد رشته های نوری در انتقال داده ها در روش ساده است.
شکل 4-نمایشی از قواعد انتقال دوگانه (بالا) و انتقال ساده (پایین)
3-چرا از ارتباطات فیبر نوری استفاده کنیم؟
رایج ترین اهداف استفاده از ارتباطات فیبر نوری، استفاده در سیستم های روشنایی، ارتباطات، کاربردهای پزشک یا صنعتی هستند؛ کاربردهایی که تصاویر از طریق فیبرهای نوری منتقل می شوند.
برای ارتباطات مخابراتی نظیر ویدیوی شبکه، نور از طریق فیبر نوری منتقل می شود؛ البته این انتقال نور صرفاً تصادفی انجام نمی شود بلکه از طریق داده ها کدگذاری شده و به شکل سیگنال های نوری ثبت می شوند. اتصالات فیبر نوری از سال 1970 برای انتقال داده ها استفاده می شده است اما فناوری ها و تکنولوژی های انتقال داده و همچنین تجهیزات آن توسط بسیاری از تولید کنندگان این فیبرها در سال های اخیر ارتقا یافته است.
1-3-نصب در محدوده وسیع با قیمت ارزان
شاهد آن بوده این که فیبرهای نوری برای انتقال سیگنال در مسافت های طولانی نصب شده اند بدون آنکه اختلالی در عملکرد آن ها ثبت شود. برای یک رشته در هم پیچیده کابل مسی که در همین مسافت و برای انتقال سیگنال نصب می شود، استفاده از یک تقویت کننده سیگنال در نقاط مختلف مسیر، لازم است. این عامل دقیقاً علت آن است که استفاده از فیبرهای نوری در مسافت های طولانی تر، مقرون به صرفه است؛ البته اگر چه قیمت رشته های فیبر نوری در هر متر، گران تر می باشند.
حداکثر طول کابل فیبر نوری 10 تا 70 کیلومتر است که این عدد به نوع فیبر نوری بستگی دارد. حداکثر طول کابل مسی در هم پیچیده، 100 متر است. بسته به نوع فیبر نوری که در سیستم انتقال داده ها نصب می شود، سرعت انتقال تا بیش از 10000 Mbit/s نیز افزایش می یابد.
مقرون به صرفه بودن نصب فیبرهای نوری در مسافت های طولانی در نتیجه انعطاف پذیری آن ها است. این جمله به معنای آن است که فیبرهای بیشتری می توانند در یک کابل قرار گیرند. این ویژگی، انتقال داده های بیشتری را میسر می سازد و کابل های فیبر نوری را به عنوان ابزار ایده آل برای حمل داده های اطلاعاتی دیجیتال، معرفی می کند.
2-3-بدون تداخل الکتریکی
انتقال از طریق کابل های مسی در هم پیچ خورده به تداخل های الکترومغناطیسی، حساس است (EMI). این عامل زمانی رخ می دهد که یک میدان الکترومغناطیس خارجی بر روی جریان درون کابل مسی تأثیر بگذارد؛ به این ترتیب بسیاری از داده ها از بین می روند. کابل های فیبر نوری از تداخل ها در امان هستند. همچنین سیگنال درون یک فیبر نوری با سیگنال سایر فیبرهای نوری موجود در یک کابل، تداخلی ندارد.
به دلیل اینکه سیگنال یک فیبر نوری تحت تأثیر تداخل های میدان الکترومغناطیس خارجی قرار ندارد، افت سیگنال نیز برای آن ها رخ نمی دهد. این جمله به معنای آن است که انتقال، محدود نمی شود و یا توسط دستکاری های انسانی قابل دسترسی نیست.
4-ارتباط فیبر نوری در ویدیوهای شبکه
Axis طیف وسیعی از محصولات مرتبط با ویدیوی شبکه را ارائه می دهد که بر اساس ارتباطات فیبر نوری عمل می کنند. مفاهیم کلید در مورد سیستم های نظارتی با فیبر نوری، ماژول های SFP یا در عبارت کلی تر، Small Form Factor Pluggable، است. دیگر مفاهیم شامل مبدل های محیطی و دوربین های شبکه هستند که همه با این ماژول ها در ارتباط می باشند.
1-4-مروری بر سیستم های ویدیویی تصویری بر اساس فیبر نوری
شکل شماره 5، نمونه ای از سیستم نظارتی تصویری را که بر اساس اتصالات کابل فیبر نوری و در حالت دریافت یک جهته، ارسال یک جهته عمل می کند، نشان می دهد.
شکل شماره 5-یک سیستم ویدیوی شبکه با کابل فیبر نوری، ارسال یک جهته (در بالا) و دریافت یک جهته (در پایین).
1-1-4-ارسال یک طرفه
سیستم ارسال یک طرفه، دوربین اکسیس (دوربین Axis) شبکه است که انتقال داده های ویدیویی را میسر می سازد (در این مورد، دوربین شبکه Axis مدل Q3615-VE مورد نظر است). دوربین به سوئیچ های مبدل مدیا متصل می شود (سوئیچ مبدل مدیا Axis مدل T8604) که یک شکاف SFP دارد. یک ماژول SFP اکسیس (Axis SFP)، (ماژول Axis T8612 SFP، LC.SX) به درون شکاف قرار داده می شود و سیگنال داده های الکتریکی از طریق دوربین به یک سیگنال نوری تبدیل می گردد.
2-1-4-کابل فیبر نوری
به دلیل ویژگی های منحصر به فرد و ویژه نور، کابل های فیبر نوری می توانند سیگنال ها را در مسافت های طولانی انتقال دهند بدون آنکه کاهش قابل توجهی در شدت نور ایجاد شود.
3-1-4-دریافت یک طرفه
سمت دیگر کابل فیبر نوری، ماژول دیگری از Axis SFP وجود دارد که می تواند سیگنال نوری را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کند. ماژول SFP درون شکاف SFP یک سوئیچ شبکه Axis قرار داده می شود (سوئیچ شبکه Axis T8516 PoE+)؛ این سوئیچ، اتصال سیگنال به ثبت کننده ویدیویی Axis (واحد ذخیره سازی) و مرکز کنترل سِرور محلی را ممکن می سازد.
2-4-تجهیزاتی که سیستم های ویدیویی شبکه بر اساس فیبر نوری را فعال می کنند
Axis طیف وسیعی از محصولات را معرفی می کند که برای کاربرد در حوزه فیبرهای نوری مناسب هستند. فاصله یا مسافتی که شما برای انتقال سیگنال با فیبر نوری در نظر دارید به عواملی مانند ماژول SFP، نوع کابل فیبر نوری و تجهیزات LAN بستگی دارد.
1-2-4-ماژول های SFP
یک ماژول SFP (مانند آنچه در شکل 6 مشاهده می کنید) یک فرستنده – گیرنده است؛ به آن معنا که یک فرستنده و یک گیرنده با هم در یک ماژول تنظیم شده اند. همچنین این ماژول به عنوان یک آداپتور کابل عمل می کند؛ ماژول SFP یک جزء کلیدی در برقراری ارتباط میان کابل های فیبر نوری و کابل های مسی در هم پیچیده است. ماژول SFP در شکاف SFP دوربین شبکه، سوئیچ مبدل مدیا (رسانه)، سوئیچ شبکه یا کدگذار ویدیویی قرار می گیرد.
شکل 6- ماژول Axis T8612 SFP / LC.SX
ماژول های SFP اکسیس، انتقال پیچیده را پشتیبانی می کنند؛ به آن معنا که این ماژول ها برای شبیه سازی و انتقال دو جهته داده، بهینه سازی شده اند. Axis، ماژول های SFP را برای کابل های فیبر نوری تک حالته و چند حالته معرفی می کند. ماژول های متفاوت SFP، پهنای باند مختلفی را حمل می کنند؛ پهنای باند از حدود 100 Mbit/s تا 10 Gbit/s. Axis این مقدار را در حدود 1 Gbit/s برای بسیاری از کاربردها معرفی می کند.
عامل تشکیل و تداخل الکتریکی ماژول های SFP، استانداردسازی نشده اند اما طبق توافقی که میان چند سازنده ثبت شده، ویژگی هایی برای آن ها بیان شده است. شما باید ماژول هایی را انتخاب کنید که مطابق با پیشنهادات سازنده باشند. محصولات اکسیس که اتصالات فیبر نوری را پشتیبانی می کنند توسط شکاف های SFP مجهز شده اند و با ماژول های SFP فوق، تطابق دارند.
2-2-4-مبدل های رسانه
یک مبدل رسانه مانند سوئیچ مبدل رسانه Axis T8604 (همانطور که در شکل 7 مشاهده می کنید)، قادر هستند هر دوربین ویدیویی شبکه اکسیس (دوربین اکسیس) را به یک کابل فیبر نوری متصل کنند. مبدل های رسانه دارای شکاف هایی هستند که زوج کابل های پیچیده مسی از دوربین و شکاف به ماژول های SFP و به فیبر نوری متصل می کنند.
چند دوربین با یک مبدل رسانه برای هر کدام، می توانند به صورت زنجیره ای در یک شبکه متصل شوند.
شکل شماره 7- سوئیچ مبدل رسانه Axis T8604
3-2-4-دوربین های شبکه
یک دوربین ویدیویی شبکه اکسیس می تواند از طریق سوئیچ مبدل رسانه با شکاف SFP به کابل فیبر نوری متصل شود. حتی دوربین های آنالوگ هم می توانند به کابل فیبر نوری متصل شوند؛ این کار با استفاده از کدگذار ویدیوی اکسیس مدل Q7424-R میسر است. Axis همچنین دوربین های تحت شبکه را با شکاف های یکپارچه تولید کرده است؛ به این معنا که به استفاده از مبدل های رسانه نیازی نمی باشد. یک مثال برای این نمونه کاربردی، دوربین شبکه اکسیس مدل Q1659 است که در شکل شماره 8 نشان داده شده است.
شکل شماره 8- سیستم ویدیویی شبکه با استفاده از دوربین شبکه اکسیس مدل Q1659 و ماژول SFP در ارسال یک طرفه. سوئیچ مبدل رسانه استفاده نشده است زیرا دوربین به شکاف یکپارچه SFP مجهز است.
4-2-4-رمزگذارهای ویدیویی
رمز گذار ویدیوی اکسیس مدل Q7424-R، دارای یک شکاف SFP است؛ به آن معناا که می تواند رمزگذاری دوربین های آنالوگ در مسافت های دور را از طریق فیبرهای نوری انجام دهد.
5-2-4-سوئیچ های شبکه
سوئیچ های شبکه Axis T8516 PoE+ قادر هستند تجهیزات مبتنی بر شبکه را با هدف مدیریت سیستم های نظارتی به یکدیگر متصل کنند. شکاف های SFP، کاربرد کابل های فیبر نوری با سوئیچ ها را هماهنگ می سازد.
6-2-4-کابل های فیبر نوری
انواع مختلفی از کابل های فیبر نوری برای مسافت های مختلف و سرعت های متفاوت انتقال داده مناسب هستند. کابل های فیبر نوری معمولاً کدهای رنگی دارند که ویژگی هایی نظیر تک حالته یا چند حالته بودن آن ها و سایر خصوصیات آن ها را بیان می کنند.
5-نتیجه گیری
ارتباطات فیبر نوری یک تکنیک است و انتقال داده را با کدگذاری سیگنال های نوری و انتقال آن ها در مسیرهای متفاوت از طریق فیبرهای شیشه یا پلاستیک مقدور می سازد. برای انتقال در مسافت های طولانی، کابل های فیبر نوری در مقایسه با کابل های در هم پیچیده مسی مقرون به صرفه تر هستند. Axis طیف وسیعی از محصولات را معرفی می کند که برای ویدیوی شبکه مبتنی برا فیبرهای نوری و ماژول های SFP مناسب هستند و به عنوان مفاهیم کلیدی محسوب می شوند.