Multicast en videovigilancia en red, qué es y aspectos a tener en cuenta en su implementación

En esta veremos:

• Transmisión unidifusión 
• Transmisión multidifusión 
• Diferencia entre multidifusión y difusión amplia
• Uso de multidifusión en sistemas de videovigilancia en red
• Combinación de unidifusión / multidifusión
• Direccionamiento de red para multidifusión 
• Retos en el uso de multidifusión en videovigilancia

En los sistemas de videovigilancia en red de muchas cámaras y múltiples receptores el consumo de ancho de banda de la red puede ser una preocupación, aunque en los últimos años se han dado importantes mejoras en formatos de compresión de video o códecs de video inteligentes mejorados a partir de H.264 y H.265, han permitido reducir significativamente las demandas de ancho de banda, los sistemas de múltiples puntos de video, como los casos de vigilancia ciudadana. 

Pero aún los integradores y clientes finales enfrentan retos importantes con las  grandes cantidades de datos de video por transmitir y múltiples receptores o clientes que deben recibir estos datos.

Por lo anterior es importante analizar los conceptos básicos de las redes de multicast o multidifusión, un modo de transmisión de datos mencionado con frecuencia para reducir el ancho de banda, saber dónde o en qué casos se ahorra ancho de banda y dónde no, es clave para decidir si aplicarlo o no.

Transmisión unidifusión 

El método de transmisión de datos unicast, también conocido como difusión única, o unidifusión es un tipo de transmisión en la que el envío de datos se produce desde un único emisor a un único receptor, independiente si la comunicación es bidireccional o unidireccional.

En la mayoría de las aplicaciones de red típicas se utiliza la transmisión unidifusión como en el caso del tráfico de datos en Internet, cuando un usuario quiere acceder a una página web se produce una conexión directa entre el cliente y el servidor al cual está consultando. 

En los sistemas de videovigilancia, el dispositivo de origen, como puede ser una cámara IP, transmite tantas tramas de flujos de video como solicitan los diferentes destinos, esto tiene un inconveniente y es la ineficiencia. 

Por ejemplo, si la cámara IP está configurada para un tamaño de transmisión de 4 Mbps, y tres clientes que requieran o soliciten los datos de video utilizarán 12 Mbps de ancho de banda. Como se ilustra en la siguiente imagen:

Transmisión multidifusión 

En la transmisión multicast o de multidifusión, el envío de los paquetes de datos se realiza de manera simultánea a los receptores que hacen parte de un grupo de interés para la información que se transmite. 

En este caso no hay una conexión directa entre el origen y el destino o los destinos. Los destinos, como los clientes en un sistema de videovigilancia, hacen parte de un grupo de multidifusión que recibe una sola copia del flujo de datos de video que se replica en cada cliente. 

Así para el ejemplo anterior, tres receptores que requieren la transmisión de información de 4 Mbps, solo usarán 4 Mbps de ancho de banda en lugar de los 12 Mbps que se usan en una red de unidifusión. La siguiente imagen ilustra la transmisión de multidifusión: 

Diferencia entre multidifusión y difusión amplia

Broadcast o difusión amplia es un modo de transmisión que permite enviar los datos a todos los usuarios que hay en la misma red local. Cuando se envían datos a la dirección IP de broadcast, que es la última dirección IP de una subred (255.255.255.255), automáticamente el resto de usuarios conectados recibirán esta comunicación.

En los sistemas de videovigilancia en red la transmisión usando broadcast caso no se usa, sin embargo es importante conocer el concepto. 

La diferencia importante, radica en el hecho de que en la difusión amplia o broadcast, el envío de información se direcciona siempre a los destinatarios finales de una red o subred, mientras que en el caso de multicast el flujo de datos, se transmiten únicamente al grupo de multidifusión, es decir, a ciertos destinatarios en donde incluso es posible no todos se encuentren dentro de la misma red.

Comparativo: unicast, multicast, broadcast

Uso de multidifusión en sistemas de videovigilancia en red

En muchos casos se cree que multicast siempre debe estar presente o aplicarse en los sistemas de videovigilancia en red, sin embargo esto no tiene que ser así y no en todos los casos aplica.

Esquema multicast video en red. Fuente: axis.com

En los sistemas de videovigilancia típicos los destinatarios de los datos de video son pocos, como servidor de grabación, clientes de monitoreo típicamente dos o tres y en ocasiones un supervisor o director de seguridad, en estos caso de limitados receptores el método multicast no genera una ahorro de ancho de banda considerable y con mayor razón en sistemas pequeños en donde no se presentan cuellos de botella en el flujo de datos.

Inclusive, en los casos en que la grabación y la visualización utilicen transmisiones separadas, una para el servidor y otra para el cliente, tampoco se ahorrará ancho de banda, ya que cada transmisión solo se envía a un destino.

Sin embargo, en implementaciones más grandes, donde una gran cantidad de clientes ven una mayor cantidad de cámaras, la multidifusión puede ser crítica. 

Por ejemplo, en los centros de monitoreo y despacho de aplicaciones de monitoreo para sistemas de vigilancia ciudadana o en ambientes corporativos muy grandes, en donde hablamos de cientos o miles de cámaras, se pueden tener múltiples clientes las 24 horas del día, los 7 días de la semana, que en eventos críticos requieren información simultánea como policía, bomberos, paramédicos, tránsito etc, y con otros usuarios adicionales que se conectan de manera ocasional. 

Combinación de unidifusión/multidifusión

Generalmente las combinaciones de multidifusión y unidifusión en un mismo sistema se dan cuando el sistema es grande y hay un software VMS y varios medios de transmisión.

Por ejemplo, en algunos casos, los sistemas VMS pueden recibir un flujo de unidifusión y volver a transmitirlo como multidifusión a los receptores o clientes. Esto puede ser útil cuando se usan cámaras conectadas a través de medios que no admiten multidifusión, como algunos enlaces inalámbricos o conexiones VPN. 

En estos casos, en el servidor con el VMS se establece una única conexión con la cámara y envía la transmisión como multidifusión a uno o varios clientes, lo que reduce el consumo de ancho de banda. 

En otros casos, como un cliente que se conecta a través de una VPN que no admite multidifusión, el VMS puede transmitir video desde cámaras de multidifusión como una secuencia de unidifusión. Sin embargo, estas características generalmente se limitan a VMS de nivel empresarial o aplicaciones de vigilancia ciudadana.

Direccionamiento de red para multidifusión 

Las direcciones IP en el método de transmisión por multidifusión se designan como Clase D, con un rango de direcciones de 224.0.0.0 a 239.255.255.255. La siguiente imagen ilustra la configuración de multidifusión en una cámara IP, aunque las capacidades reales y las opciones de configuración pueden variar según el fabricante.

Interfaz de configuración cámara de red. Fuente: hikvision.com

Las redes de multidifusión requieren que todos los componentes admitan IGMP (Protocolo de administración de grupos de Internet), que administra la unión y salida de grupos de multidifusión. IGMP es compatible con la mayoría, si no con todos los conmutadores administrados en la actualidad.

Retos en el uso de multidifusión en videovigilancia

Muchos fabricantes tanto en hardware como en software de videovigilancia admiten la transmisión multidifusión, sin embargo, la compatibilidad con los VMS puede ser en algunos casos más limitada que en las cámaras de red, por lo que la principal recomendación cuando en el proyecto se implementa un VMS, es consultar y verificar la información técnica detallada sobre la compatibilidad y facilidad de implementar multidifusión.

Las redes en donde se aplica multidifusión pueden incrementar el nivel de complejidad de la instalación y también en la solución de problemas que se presenten después de la implementación del sistema.

Como la mayoría de las redes de los sistemas de videovigilancia se implementan con unidifusión, el personal técnico que ya tiene una experiencia básica en los sistemas en red pueden implementarse fácilmente, ya que el principal punto a tener en cuenta es el direccionamiento de red en el origen y en el destino.

La mayoría de los técnicos no tienen problemas con el direccionamiento IP de cámaras y equipos de gestión como sistemas de almacenamiento, servidores y estaciones cliente. Sin embargo, la configuración de IGMP, que se realiza en los switches de red puede no estar al alcance del instalador o que el personal técnico no tenga en conocimiento para ello.

Del mismo modo la solución de problemas en la postventa puede ser más compleja cuando se implementa multidifusión ya que en este caso no es tan simple como verificar una sola dirección de origen y dirección de destino, debido a la creación de grupos de multidifusión que se deben abordar por separado. 

Adicional a lo anterior, en un sistema de videovigilancia hay más variedad de hardware involucrado como cámaras, estaciones cliente, servidores y switches de red, etc., y cada uno con su propia implementación de multidifusión y posibles problemas, puede resultar mejor estrategia implementar, de ser necesario, multidifusión en conjunto con el personal experto de los procesos de TI del cliente final o de otro modo, es importante incluir presupuesto adicional en los procesos de mantenimiento y posventa para personal experto en TI en soluciones o proyectos de alta complejidad.