Sử dụng Ethernet cho các hệ thống an ninh giám sát diện rộng với độ tin cậy cao.

eNgày càng có nhiều tổ chức đảm bảo an ninh cho chính mình bằng cách ứng dụng các hệ thống an ninh giám sát và hệ thống kiểm soát vào ra điện tử cho cơ sở vật chất, hạ tầng. Các hệ thống này, cả ở công cộng và tư gia, đã phát triển rầm rộ trong những năm gần đây.

Các hệ thống giám sát này có thể được sử dụng trong các cụm văn phòng, khu công nghiệp, trường đại học, các siêu thị bán lẻ, hệ thống giao thông công cộng, những nơi mà an ninh được đặt lên hàng đầu.

Cùng với sự hiện diện rộng rãi các sản phẩm an ninh, trong đó có camera, hệ thống thông tin liên lạc, các thiết bị kiểm soát vào ra, các hệ thống báo động và điều khiển là chúng ngày càng có kết cấu phức tạp. Thách thức đặt ra đầu tiên là để đảm bảo rằng tất cả các thiết bị sử dụng chung một nền tảng truyền thông. Ethernet là sự lựa chọn đương nhiên. Đây là một giao thức truyền thông được chứng minh có khả năng cung cấp dịch vụ nhanh đáng tin cậy. Để đảm bảo độ tin cậy tối đa, cần xem xét cẩn thận cấu trúc liên kết mạng, băng thông thích hợp và cả hệ thống dự phòng.

Cấu trúc liên kết hình sao

Cấu hình liên kết mạng sao luôn là phương pháp thiết kế một cấu trúc liên kết mạng bảo mật quy mô nhỏ với khả năng truy cập không dây hiệu quả nhất. Nó là một thiết kế rất đơn giản cho phép sử dụng các thiết bị chuyển mạch không quản lý tại hiện trường được gắn trực tiếp với chuyển mạch trung tâm với một bảng nổi đa năng. Cổng quang trong ví dụ này có thể được sử dụng để kết nối các chuyển mạch hiện trường với khoảng cách tới 80 KM kể từ trạm giám sát. Chuyển mạch cấp nguồn qua Ethernet (PoE) tại hiện trường sẽ cung cấp cả khả năng giao tiếp và nguồn cho các thiết bị có khả năng cấp nguồn PoE qua cáp CAT5.

Hình 2 mô tả một cấu trúc liên kết vòng dự phòng điển hình được sử dụng cho một hệ thống thông tin liên trường đại học. Hệ thống này bao gồm các điểm kiểm soát vào ra của tòa nhà, các điểm truy cập không dây đến các khu vực công cộng và tư nhân trên khắp khuôn viên trường và giám sát tài sản thông qua camera IP.

Cấu trúc liên kết vòng

Vòng liên kết quang gigabit đảm bảo sự cách điện giữa các tòa nhà đồng thời mang đến băng thông thích hợp để hỗ trợ camera và các điểm truy cập wireless. Cấu trúc liên kết vòng cũng cung cấp các cổng giao tiếp dự phòng trong trường hợp mất đường liên kết sợi quang.

Việc giám sát hệ thống được thực hiện thông qua chuyển mạch triển khai trong vòng. Các thiết bị này sử dụng hoặc giao thức hình cây mở rộng nhanh (RSTP) hoặc giao thức điều khiển vòng độc quyền tốc độ cao như N-Ring của N-TRON để gửi các gói heartbeat Ethernet tới các thiết bị quanh vòng. Công cụ quản lí vòng được chỉ định sẽ khóa một trong những cổng của liên kết này, do đó tất cả các dòng dữ liệu ngoại trừ gói heartbeat, sẽ được truyền qua cổng khác.

Các vòng không được kiểm tra sẽ tạo ra hiện tượng nhiễu mạng làm ngắt mọi kết nối. Các gói heartbeat được phép đi qua các cổng bị chặn và được định thời bởi công cụ quản lí vòng nhằm đảm bảo vòng liên kết không bị ảnh hưởng. Công cụ quản lí vòng phát hiện sự cố trong hệ thống nếu các gói heartbeat không được nhận đúng thời gian. Nó sẽ mở cổng bị chặn ngay tức thì.

Hình 3 cho thấy hình ảnh từ trình duyệt web N-TRON N-Ring ở chế độ bình thường và mặc định. Trạng thái lỗi được biểu thị bằng màu đỏ và sẽ xác định vị trí của sự cố liên kết. Trong trường hợp này, sự cố xuất hiện giữa chuyển mạch 1, cổng A2 và chuyển mạch 2, cổng A2.

Hình 3: Trạng thái vòng quản lí N-Ring qua trình duyệt WEB

Các ứng dụng giám sát mạng

Chuyển mạch có quản lí N-TRON cung cấp công cụ giám sát OPC-based (OLE cho điều khiển quá trình) sẽ thông báo có trên 40 thông số hoạt động khác nhau trên từng cổng và trên từng 10 cổng. Phần mềm OPC, N-View, có thể được sử dụng như một công cụ giám sát độc lập hoặc có thể tích hợp vào hầu hết các hệ thống HMI Windows-based và SCADA. Một ví vụ điển hình có thể được thấy trong hình 4.

Hình 4: Giám sát chuyển mạch SCADA sử dụng N-Tron, N-View OPC.

Thông số kỹ thuật chuyển mạch

Chuyển mạch trong các ứng dụng này được ưu tiên cho những yêu cầu về môi trường mà không thể có trong các thiết bị IT thông thường. Chúng thường tiếp xúc với điều kiện môi trường khắc nghiệt và phải cung cấp dịch vụ liên tục trong những khoảng thời gian dài. Chỉ có các thiết bị bền nhất, đã được chứng nhận mới được sử dụng cho trường hợp này. Các thông số kỹ thuật sau đây về môi trường và về độ tin cậy cần được xem xét:

1. Dải nhiệt độ hoạt động từ -40 ° đến 80 ° C.
2. 200g sốc
3. 50g rung
4. Chống quá áp ESD16 KV
5. Thời gian trung bình giữa 2 sự cố (MTBF) 1.000.000 giờ.

Ứng dụng cho trạm cấp cứu

Thiết bị chuyển mạch bền có vai trò rất quan trọng đối với các hệ thống báo động cấp cứu như ở đồn công an, trạm cứu hỏa và trạm y tế. Thiết bị này thường được sử dụng trong các trường đại học, các trung tâm thương mại, công viên và các khu vui chơi giải trí cũng như các khu đô thị khác. Hình 5 cung cấp hình ảnh của ứng dụng này. Trong trường hợp này, hệ thống sẽ sử dụng thiết bị có điện áp 24 VDC với thiết bị dự phòng là một UPS DC để dự phòng nguồn điện trong trường hợp cúp điện.

Các thành phần của một trạm cấp cứu:

1.  Chuyển mạch gigabit có quản lí với khả năng quản lí vòng và giám sát OPC tốc độ cao.

2.  Modun vào ra từ xa MODBUS TCP/IP với đồng hồ thời gian thực. Thành phần này cho phép nhân viên an ninh điều khiển còi báo đồng, ánh sáng hoạt nghiệm và đèn tại một ví trí ở xa. Modun này cũng gửi một tin nhắn tới trung tâm điều khiển khi nút cảnh báo được ấn hoặc khi bộ lưu điện UPS gặp sự cố.

3.  Máy liên lạc IP sử dụng cho giao tiếp 2 chiều khẩn cấp với nhân viên an ninh.

4.  Camera IP để giám sát khu vực.

5.  Truy cập không dây IEEE 802.11 a, b, d, n cung cấp dịch vụ không dây cho khu vực xung quanh.

6.  Đèn LED được sử dụng để làm sáng trạm cấp cứu.

7.  Đèn báo động sử dụng để cảnh báo khẩn cấp.

8.  Nút ấn báo động gửi tín hiệu tới nhân viên anh ninh khi có một ca cấp cứu đến.

9.  Nguồn cấp 24 VDC.

10. UPS DC và sạc pin 12 VDC (xem PULS UB10.241).

11. Pin sạc 12 VDC

Các trạm kết nối

Các trạm này thường được bảo mật và liên kết với nhau thông qua một cấu trúc liên kết sợi quang tốc độ cao. Các cáp quang và bộ biến năng trên mỗi chuyển mạch phải tương thích. Liên kết với khoảng cách nhỏ hơn 300 mét có thể sử dụng cáp sợi quang đa chế độ và bộ biến năng ở mỗi đầu của nút này.

Liên kết trên 300 mét nên sử dụng sợi cáp quang chế độ đơn và bộ chuyển đổi chế độ đơn. Lưu ý, hai sợi cáp quang không tương thích do đó mạng cần được thiết lập với lời khuyên này.

Việc lựa chọn cáp phải được thực hiện với sự tư vấn của nhà cung cấp với sự hiểu biết đầy đủ về cách thức cáp sẽ được triển khai và khoảng cách chính xác giữa mỗi liên kết. Các nhà cung cấp chuyển mạch nên biết chủng loại và độ dài của cáp để họ có thể cung cấp các biến năng thích hợp cho các ứng dụng.

Hình 6 là một ví dụ về việc triển khai trạm kết nối cấu trúc vòng đơn.

Mạng liên kết vòng lớn hoặc nhiều vòng

Những khu vực địa lý lớn hơn có thể yêu cầu một giải pháp liên kết nhiều vòng. Hình 7 mô tả bốn vòng liên kết N-Ring tốc độ cao được gắn vào một mạng trung tâm điều khiển tập trung chạy RSTP.

Hình 7.

Loại cấu trúc liên kết này phải được tính toán cẩn thận do toàn bộ các thiết bị liên quan tới một hệ thống. Hai yếu tố quan trọng cần thiết để hoàn thành hệ thống này là băng thông tương xứng và các địa chỉ IP đủ để điều khiển khối thiết bị.

Vấn đề băng thông có thể được giải quyết bằng cách hạn chế số lượng thiết bị trên mạng hoặc sử dụng các trạm giám sát riêng biệt cho mỗi vòng. Máy chủ có thể được cấu hình để cung cấp băng thông lớn hơn thông qua việc sử dụng nhiều card giao tiếp mạng (NIC), mỗi card sử dụng cho mỗi vòng. Các mạng lớn hơn có thể cần thêm các địa chỉ IP hơn là 254 địa chỉ có sẵn trong một mạng con.

Những hệ thống này cũng có thể cần phải phân đoạn các khu vực an nình vào các mạng riêng biệt sử dụng các mạng nội bộ ảo (VLAN) do đó các địa chỉ IP có thể được tái sử dụng trong từng khu vực. Chức năng N-Tron VLAN cho phép thiết lập từng cổng trong một chuyển mạch thành từng địa chỉ VLAN riêng. Chuyển mạch trong cấu trúc liên kết vòng điều khiển chính có thể được sử dụng để phân đoạn mạng thành các mạng VLAN. Cấu hình này cho phép sử dụng gấp đôi các địa chỉ IP trong từng mạng VLAN.

Các giao thức khác cần xem xét

Chất lượng dịch vụ (QoS) cho phép hội thoại qua IP và video thông qua việc ưu tiên gói IP. Các ứng dụng này yêu cầu QoS cung cấp lời thoại và video mà không có những khoảng trống trong cung cấp do sự chậm trễ đệm gói tin trên mạng. Hầu hết các camera IP và các hệ thống máy liên lạc sử dụng phương pháp gửi tin hàng loạt đòi hỏi mỗi chuyển mạch trong mạng có khả năng  truyền các tin này hợp lệ sử dụng giao thức quản lí nhóm internet (IGMP Snooping). Chuyển mạch có quản lí N-Tron tự động sử dụng IGMP Snooping để quản lý các nhóm tin nhắn được tạo ra từ thiết bị này.

Bởi vì các hệ thống này chạy phần mềm sử dụng các địa chỉ IP của thiết bị hiện trường để giao tiếp (ví dụ, để xem nguồn cấp dữ liệu máy ảnh, gọi máy liên lạc, vv), một sự thay đổi về địa chỉ có nghĩa là cập nhật cho phần mềm hệ thống. Vấn đề này có thể tránh được nếu chuyển mạch Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Option 82 Relay được sử dụng để tải địa chỉ gốc.

DHCP Server và các chuyển mạch Option 82 Relay có thể được cấu hình để cung cấp địa chỉ IP cụ thể cho thiết bị cụ thể được kết nối với một cổng của một chuyển mạch Option 82 Relay. Điều này cho phép thay thế các thiết bị IP như máy ảnh hoặc hệ thống liên lạc dễ dàng, bởi vì thiết bị mới này được tự động sử dụng địa chỉ IP giống như thiết bị trước đó.

Chú ý: Để sử dụng Option 82 Relay, các thiết bị hiện trường phải được thiết lập như các DHCP client.

Giới thiệu về N-Tron

N-Tron ® Corporation cung cấp chuyển mạch Ethernet, chuyển đổi phương tiện truyền thông, Power over Ethernet (PoE), và các thiết bị truy cập không dây cho các môi trường công nghiệp. Thiết kế để giải quyết những yêu cầu cao nhất các yêu cầu thông tin liên lạc, sản phẩm N-Tron được sử dụng trên toàn thế giới trong nhiều ứng dụng bao gồm các trang trại gió, năng lượng mặt trời, nhà máy điện hạt nhân, các cơ sở xử lý nước thải, hàng hải, vận chuyển, kiểm soát quá trình, và an ninh, giám sát.

N-Tron có trụ sở tại Mobile, Alabama, với các hoạt động nằm trên khắp nước Mỹ, Canada, EMEA, Ấn Độ và vành đai Thái Bình Dương. Sản phẩm N-Tron được phân phối tại hơn 75 quốc gia trên toàn thế giới.

Techpro

Related Posts by Categories