QoS en videovigilancia en red, qué es y cuándo aplicarlo

Calidad de Servicio o QoS por sus siglas en inglés es bastante usado en proyectos de videovigilancia en red junto con otros acrónimos del mundo del networking, como VPN, VLAN, NTP, etc., sin embargo su comprensión dentro el mundo de la seguridad no es muy amplio o a veces se presentan confusiones. En esta nota revisaremos el concepto y la utilidad de QoS teniendo en cuenta estos puntos:

• ¿Qué es Calidad de Servicio en redes?
• Por qué se requiere QoS
• Aplicación de QoS en videovigilancia en red
• Tipos de QoS 
• ¿Qué método se debe usar?
• QoS en redes VLAN
• QoS en redes dedicadas Vs compartidas
• Configuración de QoS
• QoS Vs CBR y VBR

¿Qué es Calidad de Servicio en redes?

La calidad de servicio (QoS) se refiere a las estrategias utilizadas para brindar un mejor servicio en la transmisión de datos entre diferentes dispositivos conectados dentro de redes específicas. QoS está estrechamente relacionado con la administración del ancho de banda disponible dentro de la red para aplicaciones puntuales, es bastante usado en aplicaciones de video en red y VoIP o incluso cuando dentro la misma red hay más servicios como transferencia de archivos, uso de Internet, etc. 

El enfoque de QoS se aplica como una herramienta que ayuda a la estabilidad de la red priorizando el tráfico de datos entre dispositivos, cumple funciones orientadas a mitigar problemas como el retraso, pérdida de tramas o paquetes de datos  y el bloqueo o congestión de la red. Cuando la red está sobrecargada o congestionada, QoS asegura que los servicios críticos no se retrasen ni descarten y que la red funcione de manera eficiente.

¿Por qué se requiere QoS?

Principalmente para administrar el ancho de banda disponible en aplicaciones específicas. Por lo general, se aplica cuando los servicios de videovigilancia en red o servicios de voz sobre redes IP (VoIP) más otros servicios como transferencias de archivos, uso de Internet, etc., están presentes en la misma red que el tráfico de datos. El video y la voz son muy sensibles a la latencia, a diferencia de los otros servicios, y pueden verse afectados negativamente si no se administra el ancho de banda, lo que resulta en la pérdida de paquetes y una alta latencia. Estos problemas pueden dar como resultado cuadros de imágenes perdidos, secuencias degradadas, desconexiones de la cámara u otros efectos no deseados o impredecibles.

Aplicación de QoS en videovigilancia en red

En proyectos de videovigilancia en red se debe tener cuidado con el uso de QoS , no siempre hay que habilitarlo o implementarlo en el sistema, especialmente si todos los flujos de video que provienen de las cámaras están en una única red diseñada exclusivamente para el sistema de videovigilancia y monitoreo. Si todos son iguales y tienen el mismo nivel de prioridad, no es necesario habilitar QoS porque hará que los dispositivos de red, como switches y routers, utilicen más potencia de procesamiento sin ser requerido.

Al aplicar o habilitar QoS en la cámara, está marcará con la prioridad respectiva  los paquetes que salen a la red. Los switches y routers que se encuentren en el camino deben comprender esta marca y verificar la prioridad de los paquetes para reenviarlos correctamente. Si uno de los switches de red o routers que se encuentran en el camino entre la cámara y el sistema de grabación o VMS no tiene capacidad de trabajar con QoS, no habrá efecto y la configuración en la cámara no hará ninguna diferencia, por lo que desde la especificación y diseño del sistema es importante tenerlo en cuenta.

Interfaz de configuración para QoS en switch Cisco SG200. Fuente: focusritepro.zendesk.com

Tipos de QoS 

Los dos métodos más comunes para QoS son DiffServ e IntServ. El primero significa prioridad para diferentes tipos de servicios, por lo que el DiffServ se usaría para que los dispositivos marquen los paquetes para hacerlos "especiales" para que puedan viajar a través de la red y todo el proceso de verificación por parte de los switches de red y routers procedan como se explicó anteriormente. 

El segundo proceso es decir IntServ hace una reserva de recursos desde el principio hasta el final de la ruta, así siempre habrá una cantidad disponible de ancho de banda en la ruta de la cámara hacia el sistema de grabación o VMS, sin importar si lo está usando o no, este ancho de banda estará reservado para la cámara.

Podemos decir que el uso de DiffServ es el medio más común actualmente para etiquetar el tráfico con base en aplicaciones, una de las ventajas de este método es que permite clasificar y asignar el ancho de banda según el tipo de aplicación que se requiera. Por ejemplo, al tráfico FTP se le puede asignar una prioridad más baja que la transmisión de video, para mantener velocidades de cuadro de imagen y calidad más altas., el medio más común hoy en día para etiquetar el tráfico por su aplicación.

¿Qué método se debe usar?

Lamentablemente no hay una respuesta directa a esta pregunta, todo dependerá del tipo de aplicación y de los recursos disponibles en la red.

Sin embargo, como lo mencionamos en el punto anterior, en la mayoría de los casos se utiliza DiffServ porque de esta manera es posible utilizar todo el ancho de banda disponible para otras aplicaciones y cuando aparece el tráfico con la etiqueta QoS, el dispositivo le da prioridad en la red.

Dado que IntServ siempre tiene un buffer disponible para el tipo de servicio en cuestión, incluso si no está siendo utilizado, entonces los otros servicios de las demás aplicaciones nunca utilizan el ancho de banda que puede estar reservado y disponible, lo que finalmente es una pérdida de recursos. Haciendo una analogía con las vías para el tráfico de vehículos es como tener un carril reservado para vehículos de carga pesada pero que por ese carril no pasa ninguno entonces es una vía con una disponibilidad sub utilizada. 

La conclusión en este punto es que el integrador junto con el proceso de TI se defina el método a utilizar y realizar la configuración adecuada en los equipos del sistema de videovigilancia y dispositivos de red.

QoS en redes VLAN

Se pueden asignar diferentes QoS a diferentes VLAN, lo que permite que una VLAN de seguridad tenga mayor prioridad que la LAN de aplicaciones de oficina, por lo que las cámaras, los servidores y los clientes de visualización reciben una mayor parte del ancho de banda . La configuración de QoS por VLAN requiere que todos los dispositivos admitan el etiquetado de VLAN, pero QoS se establece en el switch de red (debe ser de tipo administrable), por lo que no requiere nada más en los dispositivos finales.

QoS en redes dedicadas Vs compartidas

Para instalaciones que usan una red de seguridad dedicada generalmente en videovigilancia en red , QoS tendrá poco efecto práctico. En parte porque la red tendrá todo el ancho de banda disponible para el sistema y por lo tanto, es probable que no se beneficien de QoS en proyectos que pueden estar del orden de 80 a 100 cámaras en donde la mayoría son fijas y en una red LAN con capacidad de Gbps. 

Ahora bien, puede haber ganancias potenciales si se utilizan varios sistemas, es decir, videovigilancia, control de acceso e intercomunicación IP en la misma red, pero de otro modo probablemente no sea necesario.

En redes compartidas, QoS puede ser vital para sistemas de cualquier tamaño. En un sistema de cuatro u ocho cámaras que comparten un conmutador en una pequeña aplicación comercial o de oficina, es probable que el ancho de banda disponible sin QoS sea suficiente. Sin embargo, en sistemas más grandes, como colegios, hospitales, oficinas medianas, entornos de campus, etc., QoS es más que deseable y necesario, ya que estas redes pueden congestionarse fácilmente.

Configuración de QoS

Utilizando el etiquetado DiffServ para priorizar las aplicaciones en una red compartida, por ejemplo, en una red empresarial, donde están el sistema de videovigilancia IP, VoIP y los datos de aplicaciones, QoS generalmente se configura en primera instancia priorizando la voz es decir VoIP, seguida del sistema de videovigilancia, luego la transferencia de archivos, los datos de Internet y otros usos generales. 

Para el usuario final la degradación de la voz es más notoria, mientras que el video puede manejar mejor la latencia por ejemplo con los cambios de iluminación, lo que hace que la voz sea la prioridad más alta. 

Cuando se utiliza DiffServ, la QoS debe configurarse en cada cámara, generalmente ingresando un punto de código de DiffServ (DSCP), que se correlaciona con el nivel de prioridad asignado en el switch de red. En algunas cámaras, se pueden configurar diferentes DSCP para servicios como video en vivo, eventos de alarma, administración, metadatos, audio (si la cámara lo incluye), por lo que estas funciones se priorizan por separado. La mayoría de las cámaras IP, pero no todas, son compatibles con DiffServ, por lo tanto, es importante verificar si se va usar QoS. A continuación se muestra la configuración de DiffServ para una cámara Axis:

Configuración de QoS en cámara Axis F34. Fuente: axis.com

La configuración de QoS varía entre cámaras, dependiendo del modelo y fabricante.

Configuración de QoS en cámara Dahua. Fuente: dahua.com

En el caso en que se configure redes de tipo VLAN, se asignaría QoS a toda la VLAN de voz, seguida por la de seguridad y finalmente por la de transferencia de archivos y de datos de Internet. En su mayor parte, esto es en términos prácticos lo mismo que QoS por aplicación, pero se prioriza todo el tráfico en la VLAN, lo que significa que las tareas de administración, el audio, los datos de E/S y otras funciones del sistema que no son de video reciben la misma prioridad.

QoS Vs CBR y VBR

Recordemos que CBR significa tasa de bits constante y VBR tasa de bits variable ambos por sus siglas en inglés. Cuando se tiene una red en donde no se puede habilitar QoS, se puede configurar las transmisiones de los diferentes flujos de video de las cámaras para mejorar la calidad del servicio. Para hacer esto usualmente se usa VBR/CBR estableciendo límites de velocidad de bits, con ello se limitará la sobrecarga de cámaras en su red utilizando o mejor asignando parte de la capacidad de ancho de banda disponible.

La combinación de los dos proporcionará los resultados esperados aunque no de manera exacta pero sí muy cerca de lo deseado. El uso de límites de tasa de bits o CBR proporciona un objetivo de ancho de banda fijo, lo que permite una estimación más sencilla del rendimiento, mientras que con la aplicación de QoS se genera la priorización del tráfico, lo que reduce la latencia y la pérdida de paquetes. A continuación, se muestran las opciones de tasa de bits para una cámara Dahua tanto para stream o flujo principal como para el secundario.

Configuración de CBR/VBR en cámara Dahua. Fuente: dahua.com

Conclusión

Cómo revisamos y teniendo en cuenta que la mayoría de los integradores y procesos de TI prefieren implementar los sistemas de videovigilancia IP en una red dedicada, generalmente no se necesita QoS hasta cierto número de cámaras en donde las relevancias de unas con otras no son tan marcadas. Sin embargo, en redes compartidas más grandes, o implementaciones de muchas cámaras y con alta prioridad entre ellas, QoS se vuelve vital para evitar una degradación inesperada del rendimiento, pérdida de información, video no útil y subestimación del ancho de banda.