Equipos activos de red para videovigilancia, cuáles son y su uso en proyectos

La infraestructura de red activa es decir el hardware que sirve para interconectar los equipos de videovigilancia es crucial en el diseño de los proyectos y especificarlos según los requerimientos de tráfico de red, seguridad, y cantidad de procesamiento requerido es fundamental para el éxito, estabilidad y duración del sistema. 

En esta nota veremos cuales son los equipos críticos de red para el sistema y las características más importantes, y en qué situaciones se deben instalar, para ello revisaremos: 

• Velocidades típicas de los equipos de red
  • Fast Ethernet
  • Gigabit Ethernet
  • 10 Gigabit Ethernet +
  • Rendimiento (throughput) real
• Switches de red Ethernet
  • Switch PoE frente a no PoE
  • Switches administrables 
• Enrutadores
  • Uso de combinado de Router/Switch para cámaras IP
• Extensores Ethernet
• Conversores de Medios – cobre/fibra 
• Equipo Puente o bridge para comunicación en la nube

Velocidad típicas de los equipos de red

Hay tres clases de velocidad comunes en networking y que actualmente están vigentes, estas son:

• Fast Ethernet : 100 Mbps
• Gigabit Ethernet : 1.000 Mbps
• Velocidades más altas: 10 Gbps, 40 Gbps, 100 Gbps

Estas clasificaciones describen la capacidad de rendimiento, es decir, la cantidad de datos que puede manejar cada puerto de una interfaz de red. Hay otras variantes, como 10 o 40 Gigabit Ethernet, aunque por lo general no se usan en videovigilancia, con excepción de los enlaces de subida en aplicaciones de alto tráfico de subida o ascendentes.

Fast Ethernet

Fast Ethernet (100 Mb/seg) se utiliza para conexiones a dispositivos de campo, como cámaras, codificadores y módulos de E/S, en muy pocos casos de  dispositivos de videovigilancia tienen interfaces de velocidad en gigabits. Las cámaras multi-megapíxel y 4K son cada vez más comunes, algunas incluyen puertos gigabit, las transmisiones de la cámara suelen ser por mucho 15 Mbps o inferiores, no lo suficientemente grandes como para requerir el uso de Gigabit Ethernet.

Gigabit Ethernet

Por el contrario, los dispositivos Gigabit Ethernet (GbE) están clasificados para manejar 10 veces más datos por segundo que los dispositivos Fast Ethernet. Los dispositivos GbE son algo más costosos que sus contrapartes Fast Ethernet equivalentes. En videovigilancia, GbE se usa normalmente para conectar enlaces entre switches de red, estos enlaces principales se llaman enlaces troncales. Otro uso común de la interfaz de GbE es en la interconexión de servidores a dispositivos de almacenamiento masivo como NAS/SAN.

10 Gigabit Ethernet +

Las velocidades de 10 GbE y más rápidas son poco comunes en aplicaciones de videovigilancia. Generalmente se utiliza en aplicaciones de centros de datos que conectan grandes cantidades de switches de red y servidores que requieren un rendimiento superior al que pueden proporcionar los enlaces de 1000 Mb/s. 

Una explicación probable para 10 GbE en videovigilancia es conectar grandes cantidades de servidores a una red de almacenamiento (SAN), que normalmente solo se ve en sistemas muy grandes, como en aplicaciones de vigilancia ciudadana.

Rendimiento (throughput) real

Realmente la capacidad de rendimiento real total de todas estas opciones será menor en un porcentaje que puede estar entre el 20% al 30% y esto se debe a otros procesos internos de los equipos como firmware, tareas de diagnóstico, registro de eventos y gestión de alarmas. 

Estas subrutinas o tareas toman una parte del ancho de banda. De este modo, se puede esperar alrededor del 70-80 % de la velocidad nominal para el rendimiento real, lo que significa 70-80 Mb/s en un enlace Fast Ethernet, 700-800 Mb/s en GbE, etc.

Switches de red Ethernet

Fuente: engeniusnetworks.eu

El switch de red es un dispositivo de conexión clave dentro de las redes de datos para los sistemas de videovigilancia IP. La función principal de un switch de red es proporcionar distribución de datos dentro de una red, lo que en términos de videovigilancia implica la interconexión de las cámaras de red a los sistemas de grabación y/o de gestión de video, así como a los usuarios del sistema con estaciones cliente.

Dependiendo del tamaño y número de puertos los switch de red pueden instalarse en bastidores dentro de racks o cuando son unidades pequeñas con accesorios de instalación horizontal o sobre bandejas. 

También hay equipos especiales para instalaciones externas, comúnmente catalogados para aplicaciones industriales, estos equipos son muy usados en aplicaciones de videovigilancia en especial en proyectos de vigilancia ciudadana. Su propia estructura cumple la función de disipar el calor y se instalan dentro de gabinetes ventilados, generalmente sobre rieles tipo DIN. 

Switch industrial con instalación sobre riel DIN. Fuente: trendnet.com

Los switches de red que generalmente aplican para videovigilancia van desde 8 puertos, 16, 24, y 48 puertos. Estos equipos pueden unirse en una configuración llamada Stacking o de apilamiento con lo cual el ancho de banda se optimiza y el conjunto de switches configurados de esta forma se ven dentro de la red como una sola unidad. 

Conexión stacking. Fuente: dell.com

Los modelos Fast Ethernet pueden estar equipados con dos o cuatro puertos GbE, que para aplicaciones de videovigilancia es útil para conectar varios switches que conducen el tráfico de datos de video a un servidor o NVR de grabación central. 

Como otra alternativa, los switches pueden venir equipados con uno o varios puertos SFP (Factor de forma pequeño y conectable), estos elementos se usan para conectar el switch a cables de fibra óptica u otro formato de cableado de gran ancho de banda.

Switch PoE frente a no PoE

Actualmente muchas de las implementaciones de proyectos en videovigilancia en red utilizan switches con puertos PoE. Básicamente en estos equipos por los puertos de datos también pueden suministrar el voltaje y la corriente requeridas por las cámaras IP que se conectan a ellos. 

Lo importante a tener en cuenta sobre los switches PoE es cuánta energía total pueden proporcionar de acuerdo al estándar sobre el que estén diseñados. Este debe coincidir con el tipo o estándar PoE de la cámara, en el caso de conectar una cámara con un requerimiento de potencia mayor a la que el switch pueda suministrar la cámara no encenderá o funcionará mal.

Adicional a lo anterior, hay modelos de switches que tienen varios puertos PoE y otros no, por lo que es importante validar las fichas técnicas de los fabricantes del total de los puertos cuantos son compatibles PoE y cuántos no.  

Switches administrables 

Los switches administrables además de la función de conmutación y transmisión, tienen una interfaz web de usuario en la cual se pueden hacer tareas de monitoreo de tráfico y administración, las opciones de administración o de configuración dependen en gran parte del fabricante y modelo, pero una de las funciones más comunes que identifican este tipo de equipos es la configuración de redes virtuales o VLAN para segmentar el tráfico de datos. 

En videovigilancia este tipo de switches son ampliamente usados, aparte de la posibilidad de crear y gestionar VLAN’s pueden tomar control sobre el entrega de energía por los puertos PoE,  así como configurar el monitoreo de la red a través del protocolo SNMP (Protocolo de Gestión de Redes Simple), la duplicación de puertos para solucionar problemas, configurar tráfico de red multicast o multidifusión entre otras funciones. 

Fuente: tp-link.com

Los switches administrables también permiten a los usuarios etiquetar lo que está conectado a cada puerto para facilitar la resolución de problemas. 

Switches no administrados

Fuente: tp-link.com

A diferencia de los conmutadores administrados, los conmutadores no administrados no ofrecen capacidades de configuración o monitoreo, simplemente conectan dispositivos en una sola LAN física. Por lo general, son los modelos de menor costo disponibles, pero deben usarse sólo en sistemas muy pequeños, generalmente de 8 cámaras o menos, donde no se requiere monitoreo ni configuración avanzada.

Sin embargo, en la medida en que los pequeños sistemas de videovigilancia se vayan ampliando o creciendo será recomendable cambiar los switches de red básicos por administrables por si surgen problemas de servicio que pueden solucionarse con las capacidades de administración local o remota.

Enrutadores

Fuente: alliedtelesis.com

Mientras que los switches de red se utilizan para conectar dispositivos en una red local, los enrutadores se utilizan para conectar múltiples redes. Los enrutadores inspeccionan el tráfico de la red, y segmentan el tráfico de red local y el envío de paquetes dirigidos fuera de la red local a través de su puerto WAN conectado a un equipo terminal de datos o modem que a su vez está conectado a Internet. 

Además de  enrutar el tráfico de red, los enrutadores comúnmente incluyen funciones de firewall. Esto permite que según las reglas establecidas por el usuario o administrador de la red,  sólo el tráfico específico de dispositivos puntuales fluyan hacia el exterior a través del enrutador. 

En los proyectos de videovigilancia, los enrutadores se usan con mayor frecuencia para configuración y administración de VLAN’s y conectar la red de vigilancia a otras redes, actuando como un firewall físico. Esto permite que la red de vigilancia permanezca inaccesible excepto para aquellos hosts o equipos cliente que se permita por el proceso o el administrador de red.

Uso de combinado de Router/Switch para cámaras IP

Algunos enrutadores pueden incluir puertos de uso común como en los switches de red en especial para aplicaciones pequeñas o incluso residenciales, si bien esto supone el no tener que utilizar un switch de red adicional es importante tener en cuenta que rara vez los enrutadores incluyen puertos PoE por lo que no se podrá alimentar las cámaras desde el enrutador y hará necesarios utilizar inyectores PoE o midspan PoE. 

Midspan PoE. Fuente: axis.com

Desde el otro lado hay switches de red que incluyen funciones de enrutamiento. Sin embargo, estos dispositivos generalmente son costosos y se usan en redes de área local para conectar múltiples VLAN de manera más eficiente que los enrutadores tradicionales, enfocando así los enrutadores para aplicaciones de mayor seguridad como la conexión a Internet.

Extensores Ethernet

Fuente: perlesystems.es

También es posible superar las limitaciones de distancia en el cableado UTP típico mucho más allá de los 100 m mediante el uso de extensores Ethernet, que se conectan en línea en tramos largos de cable regenerando la señal de datos y PoE.

Básicamente, estos dispositivos eliminan la necesidad de instalar un equipo intermedio de distribución (IDF) o incluso switches de red adicionales en una aplicación determinada donde no se justifica el costo de instalar un switch adicional más un gabinete, más una fuente de energía y la infraestructura que esto supone,  de modo que sea más fácil y práctico mantener el cableado UTP que cumpla con los estándares de redes y con el uso de estos extensores con lo que se alcanzará una mayor distancia de transmisión.

Conversores de Medios – cobre/fibra 

Los convertidores de medios adaptan el medio físico de transmisión en las redes Ethernet generalmente de cables de cobre/UTP a fibra óptica. Los cables de fibra óptica admiten un mayor ancho de banda a distancias más largas y son inmunes a los tipos comunes de interferencia que afectan a los cables Ethernet de cobre.

Conversores de medios externos. Fuente: phoenixcontact.com

En proyectos de videovigilancia, los convertidores de medios de fibra se usan más comúnmente para conectar cámaras de seguridad que estén instaladas a más de 100 m de distancia de un switch de red en una red estándar, como cámaras instaladas en postes, en aplicaciones externas o de vigilancia ciudadana 

Equipo Puente o bridge para comunicación en la nube

Las aplicaciones VSaaS siguen creciendo, muchos proveedores ofrecen un dispositivo híbrido con funciones de switch, servidor, y en ocasiones almacenamiento, comúnmente conocido como "equipo puente". 

Si bien las funciones exactas varían, según el fabricante o proveedor del servicio el equipo puente generalmente incluye puertos de switch PoE para cámaras de seguridad y los datos de video se reenvían a la interfaz de usuario de la nube VSaaS. 

El equipo puente también puede incluir almacenamiento local generalmente de corta duración para fines de no perder video cuando la hay desconexiones a la red, este video también puede ser consultado por el usuario de manera local y en la nube en donde se localiza el almacenamiento masivo.  

Muchos equipos de este tipo también ofrecen opciones de análisis de video y permiten la integración de cámaras de terceros, mientras que la mayoría de los sistemas VSaaS de tipo alojado solo admiten cámaras del mismo fabricante o cámaras con funciones especiales y/o que requieren licenciamiento. Estos dispositivos pueden variar en tamaño y factor de forma según el número de cámaras, las características y el proveedor. 

Conclusión

Los equipos activos de red si bien son mucho más conocidos y explorados en el mundo de TI, conocer sobre su funcionamiento y cómo aplican en videovigilancia en red es crucial desde el diseño. Especificar los equipos con las capacidades de velocidad y procesamiento soportará todo el tráfico de datos del proyecto y siempre debe considerarse la seguridad de la información y posible crecimiento del sistema con el fin de garantizar una estabilidad a largo plazo.