Multicast چیست؟ آموزش مفهوم آن در سیستم های نظارت تصویری
Multicast یک روش انتقال داده در شبکه است که به یک فرستنده اجازه می‌دهد اطلاعات را به چندین گیرنده به‌صورت همزمان ارسال کند، بدون نیاز به ایجاد چندین کپی از داده برای هر گیرنده. این روش مخصوصاً زمانی مفید است که چندین دستگاه باید یک جریان داده را به‌طور همزمان دریافت کنند، مانند ویدئوهای نظارتی که از چندین دوربین به چندین دستگاه نمایش ارسال می‌شود. در این مقاله بررسی میکنیم که Multicast چیست و کاربرد آن در سیستم های نظارت تصویری چیست و چه ویژگی هایی دارد؟
آموزش مفهوم Multicast در سیستم های نظارت تصویری:
پهنای باند شبکه مهمترین مسئله در سیستم های نظارت تصویری است.
با توجه به اینکه پیشرفت های به وجود آمده در کدک های تصویری نظیر smart codec برای h.264 و کدک h.265 منجر به کاهش پهنای باند موردنیاز برای انتقال تصویر شده اند ولی با این وجود در شبکه های بزرگ با تعداد زیادی دوربین همچنان حجم زیادی از دیتای تصویری انتقال داده می شود.
در این مقاله به ساختار اصلی شبکه های multicast می پردازیم و این موضوع که استفاده از آن باعث کاهش پهنای باند می شود را مورد بررسی قرار خواهیم داد و در مورد اینکه در کجا این کاهش اتفاق می افتد و کجا بی تاثیر است بحث خواهیم کرد.
ویژگی‌های Multicast:
- انتقال یکپارچه و کارآمد: Multicast بهینه‌ترین روش برای ارسال داده‌های ویدئویی به چندین گیرنده است. در این روش، داده‌ها تنها یک بار از منبع ارسال شده و در طول مسیر شبکه تکثیر می‌شوند تا به تمام گیرندگان برسند.
- کاهش ترافیک شبکه: در روش‌های سنتی (Unicast)، برای هر گیرنده باید یک جریان مجزا ارسال شود که باعث افزایش ترافیک شبکه می‌شود. اما در Multicast، تنها یک جریان داده ارسال می‌شود و گیرندگان مختلف از آن بهره‌برداری می‌کنند، که منجر به کاهش مصرف پهنای باند می‌شود.
- مقیاس‌پذیری: Multicast به راحتی قابل مقیاس‌پذیری است. یعنی اگر تعداد گیرندگان افزایش یابد، بار اضافی بر روی شبکه تحمیل نمی‌شود، زیرا همه از همان جریان مشترک استفاده می‌کنند.
مزایای Multicast در سیستم‌های نظارتی:
- صرفه‌جویی در پهنای باند: با توجه به اینکه در Multicast تنها یک نسخه از جریان داده ارسال می‌شود، پهنای باند کمتری نسبت به Unicast مصرف می‌شود. این ویژگی در سیستم‌های نظارتی بزرگ با تعداد زیادی دوربین و مانیتور بسیار مؤثر است.
- کاهش تأخیر: با استفاده از Multicast، داده‌ها به‌صورت همزمان به چندین گیرنده ارسال می‌شوند، که باعث کاهش تأخیر در انتقال ویدئو و بهبود کارایی سیستم نظارتی می‌شود.
- پشتیبانی از تعداد بالای کاربران: Multicast به سیستم اجازه می‌دهد که تعداد زیادی کاربر به‌طور همزمان به ویدئوهای زنده نظارتی دسترسی داشته باشند، بدون اینکه بار زیادی بر شبکه تحمیل شود.
- کارایی بهتر در شبکه‌های محلی (LAN): Multicast در شبکه‌های محلی بسیار کارآمد است، به‌ویژه در محیط‌هایی که نیاز به اشتراک‌گذاری ویدئو با چندین دستگاه است، مانند مراکز کنترل نظارت تصویری.
- در مجموع، Multicast یک فناوری کارآمد و حیاتی در سیستم‌های نظارت تصویری است که به بهبود کارایی شبکه، کاهش هزینه‌های پهنای باند و ارتقای تجربه کاربری کمک می‌کند.
ترکیب روش های unicast و multicast
توانایی multicast به طور معمول برای همه سیستم های نظارتی به عنوان اصل لازم تاکید می شود ولی در عمل چنین چیزی به سادگی اتفاق نمی افتد.
در سیستم هایی با تعداد محدود مقصد، به عنوان مثال یک سرور ضبط تصویر و یک یا دو کلاینت مانیتورینگ، استفاده از روش multicast کاهش کمی در پهنای باند شبکه را باعث می شود.
در حقیقت این روش موجب صرفه جویی در پهنای باند یک استریم می گردد اما در بیشتر سیستم هایی که شبکه گلوگاه اصلی نیست این مقدار جزیی و قابل چشم پوشی است.
در مواردی که بخش های نظارت و ضبط از استریم های جداگانه ای استفاده می کنند، هیچ صرفه جویی در پهنای باند اتفاق نمی افتد، به طوری که هر استریم فقط به یک مقصد ارسال می شود.
با این حال در پروژه های بزرگتر که در آن تعداد دوربین زیادتری توسط کاربران زیادی نظارت می شود، استفاده از روش multicast ضروری است.
در شهرداریها یا مراکز کنترل گسترده شهری، به عنوان مثال ممکن است نیمی از کاربران به صورت ۲۴ ساعته در طول هفته به سیستم متصل باشند و نیز کاربران دیگری به صورت گاه و بیگاه به سیستم وصل شوند.
همچنین در مواقع بروز بحران استفاده از سیستم به طور طبیعی بالا می رود. بدون در نظر گرفتن روش multicast، یک شبکه اترنت با سرعت ۱۰/۱۰۰ در چنین شرابطی به راحتی دچار اضافه بار می شود.
اصول کلی:
به منظور فهم کاربرد multicasting در سیستم های نظارت تصویری لازم است کاربران با اصول کلی آن آشنا شوند.
در بیشتر کاربردهای معمول شبکه، استفاده از روش unicast برای انتقال داده ها متداول است. در این روش، دستگاه مبدا، به عنوان مثال یک دوربین IP، به تعداد درخواست های صورت گرفته برای تصویر، کپی های متعددی را به مقاصد ارسال می کند. مهمترین نقص این روش بازده نامناسب آن است.
اگر دوربین روی اندازه تصویر ۲Mbps تنظیم شده باشد، زمانی که از سمت چهار سیستم درخواستی برای دریافت تصویر آن صورت بگیرد، پهنای باندی معادل ۸Mbps مورد نیاز است. شکل زیر مفهوم انتقال داده به روش unicast را نشان می دهد:
در انتقال داده به روش multicast، هیچ مسیر مستقیمی بین دستگاه منبع و مقصد یا مقاصد وجود ندارد.
دستگاه های مقصد، به عنوان مثال کلاینت های سیستم نظارت تصویر به صورت یک گروه multicast به هم متصل می شوند که یک کپی واحد از استریم ویدئو را دریافت می کند و به هر کلاینت ارسال می شود.
بنابراین زمانی که چهار کاربر یک استریم ۲Mbps درخواست می شود فقط پهنای باندی معادل ۲Mbps ،به عوض ۸Mbps در روش unicast ، از شبکه ارسال می شود.
در شکل زیر روش انتقال multicast را نشان می دهد:
کاربرد انتقال multicast در سیستم های نظارت تصویری
در برخی موارد، نرم افزارهای نظارت تصویری ممکن است قابلیت دریافت استریم ها به صورت unicast و ارسال آن به صورت multicast به کلاینت ها را داشته باشند.
این توانایی به هنگام استفاده از دوربین هایی که از multicast پشتیبانی نمی کنند نظیر برخی دوربین های wireless و غیره راهگشا باشد.
در موارد دیگری که کلاینت امکان دریافت به صورت multicast را نداشته باشد، نرم افزار نظارت تصویری ، استریم دریافتی به صورت multicast از دوربین را به صورت استریم unicast ارسال می کند. هرچند این قابلیت ها در نرم افزارهای نظارت تصویر سطح پیشرفته وجود دارد.
پشتیبانی شبکه
آدرس های IP در سیستم های multicast در کلاس D طراحی شده اند که در محدوده ۲۲۴٫۰٫۰٫۰ تا ۲۳۹٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ تعریف می شود.
در شکل زیر نحوه تنظیمات multicast روی یک دوربین IP نشان داده شده است. بدیهی است که امکانات واقعی و تنظیمات دوربین بر اساس سازنده و نوع دوربین می تواند متفاوت باشد.
در شبکه های multicast لازم است تمامی تجهیزات از پروتکل IGMP پشتیبانی کنند که نحوه ارتباط و اتصال با گروههای multicast کنترل می کند. این پروتکل معمولا توسط بیشتر تجهیزات پشتیبانی می شود.
اکثریت تولید کنندگان دوربین های نظارت تصویری از ارسال تصویر به صورت multicast به خوبی پشتیبانی می کنند. هرچند همه نرم افزارهای نظارت تصویری این قابلیت را ندارند.
شبکه های multicast باعث پیچیدگی مراحل نصب و خطایابی سیستم می شوند. درشبکه های unicast با داشتن اطلاعات و تجربه پایه در زمینه شبکه ها که در آن بیشترین محل توجه دستگاه های مبدا و مقصد هستند و آدرس دهی به آنهاست به راحتی امکان خطایابی وجود دارد.
بیشتر تکنسین ها در ارتباط با آدرس دهی دوربین های IP و دستگاه های کلاینت مشکلی ندارند.
تنظیمات IGMP که در سمت سوئیچ انجام می گیرد از محدوده توانایی تکنسین های رده پایین فراتر است.
همچنین خطایابی به راحتی سیستم های unicast نیست که در آن تنها لازم است ارتباط بین مبدا و مقصد بررسی شود چرا که با وجود گروه های multicast که به صورت جداگانه آدرس دهی شده اند این کار نیاز به دانش و تجربه کافی است.
تمام این موارد در کنار این مسئله که اجزای متحرک نظیر دوربین ها، کلاینت ها، سرور ها و سوئیچ ها هریک کاربرد خاص multicast خود را برای اهداف مخصوص دارند منجر به این می شود در سیستم های مبتنی بر multicast لازم است از افراد مجرب و دارای دانش کار با شبکه های multicast بهره برد.
در مجموع، Multicast یک فناوری کارآمد و حیاتی در سیستم‌های نظارت تصویری است که به بهبود کارایی شبکه، کاهش هزینه‌های پهنای باند و ارتقای تجربه کاربری کمک می‌کند.
منبع: www.ipvm.com
