تضمین پایداری بی‌وقفه نظارت IP با یک شبکه اترنت صنعتی بهینه‌سازی شده

مفهوم “Mission-critical infrastructure” به موارد حیاتی که برای عملکرد سیستم‌ها و امکانات زندگی ضروری هستند، اشاره دارد. این شامل صنایع نفت و گاز، ایستگاه‌های ریلی، نیروگاه‌های برق و سیستم‌های ترافیک بزرگ است. هرگونه اختلال در این شبکه‌ها می‌تواند به آسیب‌های جدی، از جمله از دست دادن زندگی، منجر شود. سیستم‌های نظارت تصویری، امنیت و اطمینان این زیرساخت‌های بحرانی را تضمین می‌کنند و در سال‌های اخیر نقش مهمی در این زمینه ایفا کرده‌اند.

 

نظارت تصویری اکنون به عنوان استاندارد برای زیرساخت‌های حیاتی صنعتی (mission-critical infrastructure) تلقی می‌شود!

 

استفاده از سیستم‌های نظارت تصویری به پرسنل حفاظتی، امکان مانیتور کردن اماکن به صورت ۲۴/۷ را فراهم می‌کند، جایگزین اجاره یک هیئت امنیتی می‌شود. در سال‌های اخیر، روش‌های تکمیل و اجرای این سیستم‌ها تغییر کرده است. سیستم‌های پیشرفته قابلیت‌هایی از جمله تشخیص تغییرات حساس در تصاویر را دارند، مانند تشخیص اشیاء خاص یا رفتارهای نامناسب. این سیستم‌ها باید استانداردهای بحرانی را برای نظارت همزمان و ارائه آرشیو تصاویر جهت تحلیل در آینده، رعایت کنند.

چالش های طراحی شبکه در سیستم های نظارت تصویری تحت IP:

کلاس تجاری سیستم‌های نظارت تصویری در بسیاری از موارد عمومی مانند سوپرمارکت‌ها، دفاتر، مدارس و … استفاده می‌شود. اما وقتی نیاز به نصب سیستم نظارت تصویری در محیط‌های صنعتی با ماموریت بحرانی (MISSION-CRITICAL) پیش می‌آید، باید به موارد زیر به خصوص توجه ویژه شود:

انتقال دیتا در قیاس با انتقال ویدئو:

انتقال داده در مقایسه با انتقال ویدئو چالش‌های خاصی دارد که در انتقال داده معمول نیاز به رسیدگی به آنها نیست. داده و ویدئو از تکنولوژی یکسان TCP/IP برای اطمینان از انتقال داده‌های سریعتر در شبکه‌های بزرگ استفاده می‌کنند. در لایه Application معمولاً سیستم نظارت تصویری درگیر برقراری و مدیریت دسترسی بین چندین دستگاه می‌شوند. یک NVR و یک VMS در اتاق‌های کنترل مختلف استفاده می‌شوند و ممکن است در همان زمان، یک جریان ویدئو را ذخیره یا نمایش دهند، یا زمانیکه یک CMS قصد نمایش تصاویر از یک جریان ویدئو یکسان روی یک LCD بزرگ را دارد. برای این سناریو‌ها دوربین‌های تحت شبکه معمولاً نیاز به ارسال جداگانه جریان‌های ویدئو دارند. همانطور که تعداد دوربین‌ها افزایش پیدا می‌کند، نیاز به انتقال جریان‌های ویدئو روی یک شبکه یکسان بالا می‌رود و یک مقدار عظیمی از پهنای باند شبکه Backbone را اشغال می‌کند. استفاده از پیکربندی Multicast می‌تواند مقدار تاثیر گذاری، از پهنای باند کل شبکه را ذخیره نماید.

 

فقدان افزونگی (Redundancy) برای انتقال دیتا:

 

بیشتر شبکه‌های نظارتی دوربین مداربسته از توپولوژی‌های Star و Daisy-Chain برای اتصال دوربین‌های تحت شبکه استفاده می‌کنند. توپولوژی Star برای بازیابی نقاط آسیب‌دیده طراحی نشده است و اگر یک کابل شبکه قطع شود یا دستگاهی از بین برود، ممکن است اختلالات زیادی در جریان‌های ویدئو ایجاد شود. برخی از طراحان به استفاده از تکنولوژی Trunking برای یکپارچگی چندین پورت اترنت و کابل در یک مسیر انتقال توصیه می‌کنند تا در صورت قطع یک کابل، ارسال داده‌های ویدئو از طریق پورت‌ها و کابل‌های دیگر ادامه یابد. این طراحی نمی‌تواند به صورت کامل از وقفه در انتقال داده به دلیل خرابی یک دستگاه جلوگیری کند، مانند وقوع قطعی برق در یک سوئیچ اترنت.

با گسترش شبکه‌ها، استفاده از نرم‌افزارهای مدیریت شبکه برای نظارت و مدیریت وضعیت و تجهیزات شبکه اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. اگر بیش از 50 سوئیچ اترنت در شبکه‌ی خود دارید، حتماً باید از یک سیستم مدیریت شبکه (NMS) استفاده کنید، زیرا این کار می‌تواند زمان زیادی را در انجام وظایف مدیریت شبکه صرفه‌جویی کند. در انتخاب یک نرم‌افزار NMS برای شبکه‌های نظارت تصویری، باید سه ویژگی را در نظر بگیرید:

1– نظارت در زمان واقعی(Real-time monitoring):

بسیاری از NMSها از روش Pull استفاده می‌کنند که زمان بیشتری برای تشخیص رخدادها نیاز دارد، اما نرم‌افزارهای NMS با درجه بندی صنعتی از روش‌های Push یا Active استفاده می‌کنند که اطمینان می‌دهد هشدارها به موقع به پرسنل امنیتی ارسال شود.

2- بصری‌سازی(Visualization):

در هنگام ظاهر شدن هشدارها، چگونه می‌توان ریشه‌یابی کرد؟ برای مثال، آیا NMS می‌تواند تشخیص دهد که مشکل از دوربین‌های تحت شبکه است یا از تجهیزات دیگر؟ بصورت گرافیکی نشان دادن وضعیت شبکه توسط NMS می‌تواند به اپراتورها و مهندسین در رفع مشکلات کمک کند.

3- یکپارچگی(Integration):

در نسل‌های گذشته از NMS، تمرکز نرم‌افزار بر روی تجهیزات خود بود و قابلیت پشتیبانی از برندهای مختلف را نداشتند، اما در سیستم‌های هوشمند، یکپارچگی و قابلیت مبادله پیام بین انواع مختلف تجهیزات امری بسیار حیاتی است که نرم‌افزارهای NMS با درجه صنعتی می‌توانند ارائه دهند.

 

بیشتر بخوانیم: نقش اساسی سوئیچ‌های صنعتی در ارتقاء راه‌حل‌های ترافیک هوشمند آینده

قدرت نفوذ تکنولوژی شبکه‌های صنعتی:

در کاربردهای حیاتی ماموریتی (Mission-critical )، می‌توانید بهترین استفاده را از شبکه‌هایی با استانداردهای صنعتی در نظر بگیرید تا با چالش‌های مطرح شده مواجه شده و آن‌ها را پیش بگیرید. در مقایسه با راهکارهای تجاری، راهکارهای صنعتی بیشتر بر روی اعتماد پذیری سخت‌افزار، زنجیره تامین (ردوندانسی) در شبکه، و مدیریت آسان تجهیزات و زیرساخت‌های شبکه در محیط مورد نظر تمرکز دارند. به عنوان مثال، سخت‌افزار برای کار در شرایط سختی که شامل تغییرات میدان الکترومغناطیسی و آلودگی‌های رادیویی است ،باید طراحی شود. به علاوه، به غیر از اعتمادپذیری سخت‌افزار، سه فناوری شبکه با استانداردهای صنعتی می‌توانند در بهینه‌سازی شبکه‌های نظارتی ماموریتی کمک کنند که در ادامه به ارزش‌های آن‌ها اشاره خواهیم کرد.

1- بازیابی سریع شبکه Ring :

همانطور که قبلاً به آن اشاره کردیم توپولوژی های Star و Tree در زمانیکه حتی یکی از کابل های ارتباطی یا تجهیز خراب شود مستعد فروپاشی سیستم از نقطه مرکزی می باشد. حال آنکه در شبکه های صنعتی Ring و پروتکل های Redundancy بطور عادی استفاده شده است. در تصویر زیر یک نمونه از شبکه Ring در سیستم های نظارت تصویری در مقایسه با تکنولوژی RSTP نمایش داده شده است. همانطور که مشاهده می کنید سوئیچ های شبکه می توانند بصورت RSTP پیکر بندی شوند و در این حالت چند مسیر دسترسی به تجهیزات وجود دارد که خود سوئیچ برای جلوگیری از ایجاد LOOP بصورت اتوماتیک آنها را Block می نماید تا در صورت قطع ارتباط مسیر های block را فعال می کند و این زمان بازیابی بین 2 تا 5 ثانیه می باشد. این زمان بازیابی به معنی از دست دادن بین 60 تا 150 فریم از تصاویر می باشد. اگرچه که برخی از صاحبان تجهیزات شبکه های صنعتی پروتکل های بازیابی اختصاصی بصورت Ring را که قابلیت بازیابی اطلاعات در زمانی بین 20 تا 50 میلی ثانیه می باشد را توسعه داده اند.

2- بهینه سازی شبکه‌ها برای انتقال جریان های ویدئو :

اگر سیستم CCTV از انتقال بصورت Multicast روی یک توپولوژی Ring استفاده کند، حتی اگر پروتکل افزونگی Ring مسیر‌های پشتیبان را در هنگام خرابی و زمانیکه یک قطعی رخ می‌دهد در کسری از ثانیه فعال کند، بازیابی جریان‌های ویدئو Multicast حدود ۲ دقیقه زمان می‌گیرد و دلیل آن وجود چندین پروتکل شامل IGMP ( internet Group Management Protocol ) و PIM-DM ( protocol Independent Multicast – Dense Mode ) که برای انتقال دیتا‌های ویدئو در شبکه اجرا شده‌اند ، این پروتکل‌های استاندارد یرای کاربرد‌های mission-critical طراحی نشده‌اند. به عنوان مثال زمانیکه پروتکل IGMP هر ۱۲۵ ثانیه جدول گروه Multicast را بروزرسانی می‌کند، اگر در این زمان یکی از کابل‌های شبکه قطع باشد یا یکی از سوئیچ‌های شبکه بدون برق باشد، جریان‌های ویدئو Multicast فوراً از طریق مسیر‌های پشتیبان هدایت نمی‌گردد. لذا “بهینه‌سازی شبکه‌ها برای انتقال جریان‌های ویدئو ” به معنای اجراکردن یک پروتکل اختصاصی غیر استاندارد که کندی پروتکل IGMP را جبران می‌کند بوده است. در تصویر زیر نشان داده می‌شود که چطور بدون بهینه‌سازی، جریان‌های ویدئویی multicast در یک دوره زمانی غیر قابل پذیرش، تا زمانیکه مسیر پشتیبان بعدی multicast بین سوئیچ شبکه به گفتگو بپردازد می‌تواند مختل گردد.

 

استفاده از سامانه مدیریت شبکه (NMS):

با افزایش اندازه شبکه‌ها، نیاز به مدیریت بیشتر و بیشتر شبکه‌ها اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. برای نگه‌داری بی‌نقص و بهینه شبکه، انتخاب یک NMS مناسب بسیار حیاتی است. در این راستا، به سه توصیه برای انتخاب NMS مناسب می‌پردازیم:

1- تصویرسازی(Visualization):

استفاده از نرم‌افزار NMS که به وضوح به توپولوژی و تصویر تجهیزات متصل به شبکه دسترسی دارد و امکانات پیکربندی، رفع اشکال و پشتیبانی از تجهیزات سایر سازندگان را فراهم می‌کند.

2- هشدارهای بلادرنگ(Real-time Notification):

در NMSهای قبلی، وضعیت تجهیزات شبکه به‌صورت دوره‌ای و در بازه‌های زمانی مشخصی پایش و بررسی می‌شد. با افزایش تعداد تجهیزات، نیاز به پایش بیشتر در NMSها احساس می‌شود. برای این منظور، استفاده از سوئیچ‌هایی که قابلیت ارسال هشدارهای بلادرنگ به NMS را دارند، موثر است. در نتیجه، سوئیچ‌ها باید برای ارسال ایمیل و پیامک توانمند باشند و NMSها باید برای دریافت هشدارهای SNMP آماده باشند.

3- یکپارچگی آسان (Easy Integration):

سیستم‌های SCADA برای کنترل و مانیتورینگ تجهیزات متصل به شبکه از راه دور استفاده می‌شوند. زمانی که نیاز به ارتباطات بیشتری با استفاده از IP در سیستم‌های SCADA پیش می‌آید، تجهیزات شبکه اهمیت معادلی با سیستم‌های اتوماسیون پیدا می‌کنند. نرم‌افزارهای صنعتی با امکانات یکپارچگی برای سیستم‌های SCADA و تجهیزات می‌توانند به مدیران شبکه کمک کنند. به‌عنوان مثال، یک NMS خوب می‌تواند از OPC سرور برای ارسال گزارش وضعیت شبکه به سیستم SCADA استفاده کند، یا سیستم SCADA می‌تواند اطلاعات مورد نیاز برای کنترل وضعیت شبکه را ارسال نماید. این نوع یکپارچگی برای مدیران شبکه بسیار کارآمد است، زیرا امکان استفاده از یک سیستم برای کنترل و مانیتورینگ کل شبکه را فراهم می‌کند.

چکیده:

اکنون که نظارت تصویری به عنوان یک استاندارد برای زیرساخت‌های حیاتی( Mission-critical) صنعتی تلقی می‌شود، انتخاب بهترین فناوری برای شبکه شما امری حیاتی است. دو جنبه مهم این مسئله، پروتکل استاندارد و مدیریت شبکه صنعتی هستند.

Standard protocol:

اگرچه RSTP و IGMP اغلب مورد استفاده قرار می گیرد، ولی هر دوی این پروتکل ها بهینه شده برای شبکه ای Mission-critical صنعتی نیستند. در حقیقت انتقال دیتا در این حالت میتواند تا ۲ دقیقه بصورت معلق باقی بماند به علت پاسخ دهی این پروتکل ها در مقابل رخدادهای فروپاشی در نقطه ای از شبکه می باشد. بهترین انتخاب طراحی یک پروتکل اختصاصی جدید برای بهینه سازی انتقال دیتا در شبکه می باشد. در این راستا تکنولوژی جدید موگزا (MOXA) به نام V-ON ( Video Always On) یک انتخاب ایده ال می باشد، چون در جائیکه پروتکل های استاندارد کم می آورند، با کاهش زمان بازیابی شبکه در کمتر از ۵۰ میلی ثانیه برای شبکه های لایه ۲ و کمتر از ۳۰۰ میلی ثانیه برای شبکه های لایه ۳ نقش بسزائی را ایفا میکند.

NMS (Network Management System) :

NMS هائی که شما استفاده می کنید می توانند یک تفاوت بزرگ را در موفقیت یا شکست یک شبکه Mission-critical بسازند. یک NMS که به تکنولوژی های Pull متکی می باشد برای بررسی وضعیت تجهیزات شبکه ، با صد و یا هزاران وسیله، در دریافت پیغام های هشدار مهم درحد چند دقیقه تاخیر داشته باشد . شما می توانید با تلاش برای انتخاب یک NMS‌ با ویژگی های Visualization و Real-time notification و پکپارچه سازی با سیستم SCADA زمان زیادی را ذخیره نمایید.