Radioenlaces para CCTV IP: las soluciones más comunes punto a punto y punto multipunto

Este artículo no pretende cubrir conceptos técnicos o avanzados en términos de comunicaciones vía radio sin embargo mencionaremos algunas definiciones y parámetros propios de estos sistemas que se deben tener en cuenta para estas implementaciones.

Los enlaces vía radio para CCTV son especialmente útiles en aplicaciones de video vigilancia para proyectos de seguridad ciudadana, aplicaciones industriales en sitios remotos como instalaciones petroleras, monitoreo de estaciones de energía, comunicaciones, etc. En donde resulta difícil o inviable sistemas de comunicación cableados ya sea por cobre o fibra óptica. 

Básicamente los tipos de soluciones de radioenlace para videovigilancia IP se pueden enmarcar en dos tipos: enlaces punto a punto (PtP) o punto multipunto (PtMP). También se suele considerar un tercer tipo de aplicaciones cuando se trata de comunicación masiva de señales conocidos como sistemas a gran escala o BackHaul pero realmente se traduce en la adición de múltiples enlaces ya sea PtP o PtMP a un centro en común o central que reúne todas las señales.

Así lo que vamos a describir es cuales son las características de cada tipo de enlace, sus ventajas y desventajas, teniendo en cuenta que las señales a transmitir son señales de video de cámaras IP. 

Terminología

Frecuencia

Es el número de ciclos de una señal sinusoidal en un segundo, cuya unidad de medida es Hz. Un ciclo hace referencia al recorrido positivo y negativo de una onda sinusoidal. 

Banda

Es un rango de frecuencia sobre la cual se transporta la señal deseada, hay bandas de uso libre y bandas con licencia. La banda libre más usada para radio enlaces de CCTV IP es la de 5 GHz. 

Canal

Hace referencia a la división de las bandas, por ejemplo la banda de 2,4 GHz tiene 14 canales a diferencia de la banda de 5GHz la cual ofrece muchas más posibilidades de uso de canales (23).

Ancho de banda del canal

Es la diferencia entre la frecuencia más alta y más baja del canal medido en Hz los más usados son 20 MHz y 40 MHz.

Interferencia

Se produce cuando varios equipos están en la misma banda y usan la misma frecuencia, las señales se traslapan.

Imagen fuente: https://radioslibres.net

Línea de vista (LoS)

Uno de los primeros criterios a tener en cuenta a la hora de la implementación de un radioenlace para video IP es que haya línea de vista o (LoS) por su siglas en inglés, esto significa que entre el equipo transmisor el cual comúnmente se conoce como suscriptor o (SM) y el equipo receptor o access point (AP) se vean entre sí en una línea recta imaginaria y que no haya bloqueo de la misma, algunos fabricantes proveen con sus sistemas un software que ayuda a determinar la calidad del parámetro (LoS) y del espectro de radiofrecuencia teniendo en cuenta la distancia entre el SM y AP. 

Imagen software AirLink para análisis de (LoS). Fuente: UBIQUITI 

Cuando no hay línea de vista hay dos opciones: una opción es ganar altura en el AP, por lo general en antenas tipo torre y la otra es hacer una triangulación para lograr llevar la señal del punto a A al punto B que no es más que añadir un enlace al sistema en un punto C con el fin de retransmitir la señal, muy común en ambiente de ciudades implantando torres de retransmisión en techos de edificios.  

Imagen torre de comunicación para radioenlaces 

 Imagen triangulación para enlaces entre dos puntos con obstáculo. Fuente: TECNOSeguro

También debemos tener en cuenta la frecuencia y para aplicaciones como la de transmisión de video en las bandas libres es común trabajar en frecuencias altas  que están en el orden los 5 GHz esto favorece estabilidad, capacidad de transmisión y bajas latencias, del mismo modo debemos tener presente el ancho del canal los más comunes son de 20 MHz y 40 MHz si usamos de 20MHz tendremos mayor estabilidad en el enlace en espectros con alta interferencia pero, disminuye el caudal de velocidad de transmisión de información, por el contrario si usamos un canal de 40MHz aumentamos el caudal de velocidad es decir podemos transmitir señales con mayor información, por ejemplo, cámaras con mayor resolución de imagen, sin embargo hay más posibilidades de tener interferencia por lo que se recomienda aplicarlo en áreas o zonas con espectro más limpios, es decir no muy saturados.

Tipos de radioenlace

Radio enlaces punto a punto 

Los enlaces punto a punto tienen una mayor capacidad por enlace, son muy usados en videovigilancia ciudadana, utilizando una torre de acopio o base en donde se aloja el AP o receptor, permite el uso de antenas direccionadas con alto aislamiento lo que ayuda a evitar el ruido e interferencias, en caso de fallos de un enlace por interferencias o redireccionamiento de la antena en el SM este no afecta los demás enlaces.

Esquema enlaces punto a punto. Fuente: Ubiquiti

Dado que hay un equipo receptor por cada suscriptor esto puede aumentar el costo de la solución contrario al caso de PtMP en los cuales un AP puede recibir la señal de varios SM, mayor número de equipos, más gestión de soporte y mantenimiento, así como mayor congestión de equipos en la torre del punto de base o de acopio. También se pueden presentar saturaciones de frecuencias en caso de múltiples enlaces por número de cámaras.  

Radio enlaces punto multipunto

Los enlaces punto multipunto usualmente suelen ser más fáciles y rápidos de implementar dado que hay solo un equipo de radio receptor o AP con una antena que se denomina antena sectorial en esta configuración existe un ángulo de cobertura entre los SM y el AP que usualmente es de 90° o 120° lo que determinará en parte el número de cámaras teniendo en cuenta la cobertura de la antena. Así, es importante a la hora del diseño tener en cuenta la ubicación geográfica de los SM así como la del AP. Aplicaciones básicas de georreferenciación como Google Earth resultan útiles en esta etapa del diseño. 

Radio enlaces punto multipunto. Fuente: Ubiquiti

Los costos de implementación pueden ser menores al caso de PtP dado que solo hay un AP por varios SM. Los costos de soporte y mantenimiento también se reducen. Así como se maximiza el uso de frecuencias del espectro. 

En este tipo de soluciones un aspecto a tener en cuenta es que, si un radio SM del sistema presenta interferencia o está mal conectado puede afectar el desempeño del sector completo, es decir de los demás enlaces, esto también puede ocurrir con señales con ruido eléctrico (o lluvia) el cual se presenta especialmente en las noches en condiciones de poca luz, aspecto a evitar desde la configuración de las cámaras, correcta iluminación e infraestructura física de la implementación. También es importante el ancho del canal, dado que si hay muchas cámaras en un solo enlace este se puede saturar y reducir su desempeño o presentar desconexiones por lo que es importante revisar el consumo total esperado por el número de cámaras que el enlace deberá soportar, dada la capacidad de transmisión de los equipos de transmisión y recepción.

Según el fabricante y las capacidades de los equipos de transmisión en soluciones PtMP recomendamos verificar el número de SM’s que pueden transmitir señales de video IP en función de: 

• Imágenes por segundo o FPS
• Resolución o calidad de imagen 
• Througthput en Mbps requerido para la transmisión de video útil
• Canal de trasmisión 

Imagen de referencia tipos de enlaces combinados PtP y PtMP. Fuente: Ubiquiti

En aplicaciones de alto tráfico como puede ser el caso de proyectos de videovigilancia ciudadana, al tener múltiples cámaras para enlazar se emplean los dos tipos de enlaces tanto PtP como PtMP y para el acopio de las señales en un sitio que generalmente es el centro de control o monitoreo, para ello se usa en el punto central enlaces troncalizados (BackHaul ) de alta capacidad con equipos bastante robustos que deben tener la capacidad de procesamiento, transmisión, filtrado de ruido e interferencia para que sea posible contar con video fluido y constante. 

Imagen de referencia implementaciones a gran escala combinación de enlaces PtP y PtMP. Fuente Ubiquiti

Fabricantes reconocidos en aplicaciones de radioenlaces para CCTV IP

Algunas de las marcas más usadas en sistemas de transmisión inalámbrica para videovigilancia por enlaces de radio son:

• UBIQUITI
• CAMBIUM NETWOKS
• FLUIDMESH
• REDLINE

Conclusión 

Los radioenlaces para comunicación de video IP han demostrado ser una solución costo eficiente para casos en donde la transmisión alámbrica es más costosa o simplemente no es viable. Sin embargo, para una correcta y exitosa implementación se requiere tener conocimientos en el campo de radiofrecuencia y transmisión vía radio con el fin de determinar la mejor implementación en enlaces PtP y PtMP así como los equipos idóneos según el caso, por lo que siempre se requiere hacer un buen diseño previo. Seguro valdrá la pena tomarse el tiempo y los recursos necesarios para ello y no tener que corregir el proyecto después o peor aún, que la solución no funcione.