Что такое multicast в видеорегистраторе

Опубликовано: 05.07.2024

Для более рационального использования пропускной способности и снижения требований к выделяемым каналам связи необходимо использовать технологии экономичного расходования ресурсов вычислительной сети. Рассмотрим всем известные технологии передачи потоков данных от источника к заинтересованным получателям – Multicast и Unicast.

Multicast и Unicast: ключевые различия

Между технологиями Multicast и Unicast есть принципиальная разница в способе передачи данных.

На рисунке приведено сравнение Unicast-технологии (сверху) копирования потоков данных в соответствии с числом получателей и Multicast-технологии (снизу) с возможностью передавать одну копию большому числу получателей.

Unicast – классическая технология, позволяющая передавать поток данных строго заинтересованному получателю. Используемые протоколы и методы обработки хорошо известны, поэтому не будем на этом подробно останавливаться.

Технология Multicast позволяет передавать потоки данных по IP-сетям, без излишнего дублирования, широкому кругу заинтересованных получателей (рабочие места видеонаблюдения, мобильные устройства, абоненты IPTV, терминалы видеоконференцсвязи), экономя пропускную способность канала. Unicast для вышеописанных целей крайне неэффективен, так как единый источник данных вынужден отправлять столько копий одних и тех же данных, сколько было запрошено. Это приводит к чрезмерной нагрузке на источник данных и локальную сеть (при большом количестве приемников).

Тонкости IP Multicast IP

Multicast использует UDP-пакеты (User Datagram Protocol), что позволяет передавать данные с меньшими задержками, но не отслеживает потери пакетов. Есть возможность компенсировать этот недостаток классификацией трафика (технология QoS).

IP Multicast оперирует группами подписчиков – для получения данных от каждого источника. Каждый подписчик определяет свою принадлежность к той или иной группе, отправляя IGMP-ответ (Internet Group Management Protocol) устройству (часто маршрутизатору), которое опрашивает сеть о существующих группах рассылки с использованием IGMP-сообщений. В результате формируются группы получателей. Для каждой группы источник генерирует один поток данных, а сетевые устройства (маршрутизаторы и коммутаторы) обеспечивают получение этого потока каждым подписчиком конкретной группы.

Прогрессивное применение Multicast

Технологию Multicast крайне целесообразно применять в случаях, когда источники видеосигнала (будь то видеокамера или видеосервер) находятся на значительном удалении от приемников данного сигнала. Это могут быть разные терминалы аэропорта, разные здания промышленного назначения с единым постом видеонаблюдения. Или обратная ситуация, когда приемники видеосигнала (например, АРМ видеонаблюдения) размещаются на значительном удалении от источников и не имеют широкополосного канала связи.

Бесспорная выгода использования технологии обусловлена тем, что у источника сигнала (видеокамеры или видеосервера) отсутствует необходимость генерировать количество одинаковых потоков в соответствии с числом приемников, которые одновременно желают получать видеоданные. Технология позволяет экономить не только пропускную способность интерфейсов источников, но и их вычислительные возможности. Экономия вычислительных возможностей – крайне актуальная тема для видеосерверов, поскольку на эти устройства возложен ряд серьезных задач, таких как прием, дешифрование, шифрование, распределение, дополнительное сжатие и преобразование, запись потоков видеоданных, реализация алгоритмов видеоаналитики.

Технология Multicast часто находит применение для рассылки видеосерверами потоков видеоданных рабочим местам и иным приемникам. Однако более прогрессивное применение технологии – использование Multicast-потоков видеокамеры (многие камеры имеют поддержку этой функциональности) для получения видеосигнала приемниками. Это позволяет экономить вычислительные мощности серверов, так как видеопотоки транслируются на приемники непосредственно в обход сервера, а сервер осуществляет запись (со всеми смежными функциями).

Памятка инсталляторам

Ретрансляция потоков данных
Технология Multicast относится к функциональности 3-го уровня и потому полноценно поддерживается маршрутизаторами. При этом возможно обойтись без маршрутизаторов, применяя коммутаторы 2-го уровня, но с функцией IGMP snooping.

Многие коммутаторы 2-го уровня могут прослушивать IGMP-сообщения, относящиеся к 3-му уровню, и добавлять соответствующих получателей в таблицу входящих в группу Multicast-хостов – этот механизм и называется IGMP snooping.

С использованием IGMP snooping коммутатор 2-го уровня ретранслирует потоки данных только тем адресатам, которые подписывались на получение Multicast-трафика в конкретную Multicast-группу. В некоторых коммутаторах прослушиванием и анализом IGMP-сообщений занимается отдельная интегральная плата. Она освобождает центральный процессор коммутатора от трудоемкой задачи анализа каждого Multicast-пакета и поиска в нем сообщений о присоединении или оставлении группы.

Реализация сети
При реализации сети с использованием Multicast важно обращать внимание не только на поддержку Multicast конечным и сетевым оборудованием, но и на скорость работы сетевых интерфейсов установленного в сети оборудования.

Тонкость в том, что в большинстве случаев инсталляций коммутаторы, несмотря на их широкие возможности по настройке и управлению, не конфигурируют, а ставят "как есть". Почему это происходит, мы обсуждать не будем. Важно следствие – любой ненастроенный коммутатор по умолчанию ведет себя с Multicast-трафиком одинаково – ретранслирует этот трафик на все свои порты, а не на порты, к которым подключены подписчики. Последствие этого явления довольно неприятное – сеть, рассчитанная на определенное значение пропускной способности, перестает справляться с ней, поскольку не предполагалось такого развития событий. В результате активное оборудование сети работает в перегруженном режиме.

Еще один неприятный момент заключается в том, что устройства с сетевыми интерфейсами небольшой пропускной способности (в том числе и Fast Ethernet) при интенсивном Multicast-трафике перестают успевать отбрасывать ненужные им пакеты и принимать нужные пакеты в связи с переполнением буфера интерфейса. В итоге часть пакетов, предназначенных такому устройству, теряется. Для пользователей это будет выглядеть как рассыпание изображений (для видеоданных), прерывание и неразборчивость речи (для аудио). Чтобы локальная сеть выполняла предполагаемые задачи, крайне важно сконфигурировать механизм IGMP snooping на всех коммутаторах 2-го уровня. Эта настройка является важной частью инсталляции и должна быть выполнена грамотным специалистом.

Технология Multicast дает неоспоримые преимущества, но – как и любая задача – ее применение требует комплексного подхода для получения высокоэффективного решения

Практические рекомендации

Резюмируя, хочу еще раз перечислить преимущества, которые дает технология Multicast при построении сети, предназначенной для передачи видео (в особенности мегапиксельного), и ключевых моментах, на которые следует обратить внимание.

Мультикаст (multicast) – технология передачи данных, когда необходимо доставить одни и те же данные большому (и даже неограниченному) числу получателей, не перегружая при этом источник данных и сеть.

При использовании multicast камера или видеосервер отправляет в сеть один единственный поток данных, который затем дублируется маршрутизатором или коммутатором с функцией маршрутизации мультикаст-трафика. Поток может приниматься практически неограниченным количеством получателей. Например, поток с одной IP-камеры может приниматься неограниченным числом зрителей интернет трансляции. Или поток с видеосервера может приниматься на десятках рабочих мест операторов видеонаблюдения, не нагружая при этом ни видеосервер, ни сетевой порт видеосервера.

Исходящий из камеры или сервера трафик практически не изменяется и не зависит от количества получателей.

Что нужно для использования multicast?

Для применения технологии multicast необходимо выполнение следующих условий:

реализация передачи multicast-трафика в видеокамерах либо в ПО видеонаблюдения на серверах;
использование управляемых коммутаторов либо маршрутизаторов, с функцией маршрутизации мультикаст-трафика (IGMP snooping);
настройка источников (камер, серверов), приемников (УРМ) и коммутаторов/маршрутизаторов.

Просто применение камер или серверов с multicast не дает результата без специальных коммутаторов и сложной настройки.

Преимущества и недостатки использования multicast

Преимуществами мультикаста являются:

сравнительно небольшие требования к пропускной способности линии связи, идущей от источника трафика;
возможность подключения большого количества получателей трафика (десятки, сотни, тысячи);
стабильная работа источника трафика, т.к. подключение/отключение получателей никак не сказывается на работе источника.

Главным недостатком мультикаста , применительно к классическому охранному видеонаблюдению, является отсутствие преимуществ перед традиционным юникаст: у IP-камеры один получатель данных – видеосервер, у видеосервера небольшое количество получателей – несколько рабочих мест, к тому же, как правило, отображающих в один момент разный набор камер.

Дополнительно стоит упомянуть о непригодности мультикаст для работы с архивами видеосервера с удаленных рабочих мест. При просмотре архива подразумевается выборочное воспроизведение записей на разных рабочих местах. Это, в свою очередь, вынуждает использовать "традиционный" Unicast и, соответственно, увеличивать трафик сети.

В итоге Multicast имеет смысл применять только если в системе большое количество удаленных рабочих мест для отображения одних и тех же камер, которые не используются для просмотра видеоархивов. При построении систем видеонаблюдения с multicast следует выбирать сетевое оборудование с поддержкой IGMP snooping.

Одна из технологий, используемая в системе безопасности VideoNet для построения постов наблюдения и центров мониторинга – Multicast - трансляция или многоадресная передача видеоданных, при использовании которой видеопоток одновременно транслируется определённому подмножеству подписчиков. Поговорим о преимуществах применения этой технологии и об эффективности ее применения.

Платформа VideoNet – это мощный инструмент автоматизации процесса видеонаблюдения и охраны объекта, простой в управлении, надежный и проверенный на тысячах инсталляций в России и в мире.

VideoNet позволяет осуществлять эффективное наблюдение за большим количеством камер, создавать ситуационные центры мониторинга, решающие задачи по выявлению тревожных ситуаций в режиме реального времени и эффективному реагированию на их наступление.

При традиционном подходе и использовании Unicast передачи, на каждое место оператора генерируется и отправляется свой поток видеоданных и фактически одна и та же информация передается много раз по сети, кратно количеству получателей.

Использование Multicast-передачи предоставляет существенные преимущества по сравнению с традиционным подходом. Например, увеличение количества удаленных рабочих мест оператора не влечет за собой увеличение нагрузки на сервер и сетевую структуру.

Технология Multicast позволяет снизить нагрузку на каналы связи и сетевое оборудование, сократив количество передаваемых потоков. Потоки от одного источника-камеры для нескольких потребителей-операторов не дублируются, а передаются всего один раз. Распределение между потребителями происходит на последнем общем для потребителей коммутаторе.

Разберем преимущества использования Multicast на простом примере. К серверу подключено 20 FullHD камер, способных выдавать 2 видеопотока – основной и дополнительный. Основной поток с FullHD камеры при средней интенсивности сцены составляет – 4 Mbps, дополнительный поток на трансляцию в режиме Multiscreen (640x480)- 1Mbps. В нашей системе также есть 5 клиентских АРМ, которые подключаются к серверу для просмотра камер.

При трансляции дополнительных потоков для просмотра 20 камер для каждого из пяти операторов будет 20Mbps. Суммарный поток для 5 клиентов на отображение составит 100Mbps! Кроме того, значительно повышается нагрузка на сервер – ведь в ответ на каждый запрос видеопотоков от каждого клиента, сервер вынужден формировать уникальный поток на трансляцию (пусть видео для каждого из запросов и будет идентичным).

Даже на простом примере цифры впечатляют.

На большом объекте, где установлено 5 серверов и к каждому из них подключено по 100 видеокамер, и есть 15 клиентских мест оператора, поток с одного сервера для одного получателя может достигать 100Mbps без использования Multicast-передачи!

Передача данных в Multicast-режиме по заданным источникам
Оптимизация нагрузки на сетевую инфраструктуру
Снижение требований к вычислительным мощностям при больших клиентских нагрузках

Для организации передачи видеоданных в VideoNet разработан модуль SM-Multicast, который устанавливается на сервер. Лицензии необходимо приобретать по количеству серверов, с которых будет происходить трансляция.

Модуль SM-Multicast позволит организовать передачу видеоданных в multicast-режиме по всем источникам с одного узла сети VideoNet, что даст возможность оптимизировать нагрузку на сетевую инфраструктуру и существенно снизит требования к вычислительным мощностям сервера при больших клиентских нагрузках.

VideoNet обеспечивает надежный контроль обстановки, не зависящий от внимательности оператора благодаря:

Автоматическому отслеживанию потенциально опасных ситуаций и реагированию на них
Отображению происходящих событий в видеокнах и на графическом плане объекта
Управлению исполнительными устройствами, подключенными к системе: в ручном и автоматическом режиме

Возможности системы можно расширить за счет двусторонней звуковой связи используя встроенные микрофоны в видеокамерах или путем установки дополнительных микрофонов или громкоговорителей.

Современный человек на каждом шагу сталкивается с большим потоком визуальной и звуковой информации: домашнее телевидение, рекламные цифровые билборды, мультимедийные системы в поездах и самолетах, информирование в аэропортах и вокзалах и многое другое. Все эти системы требуют быстрой и эффективной передачи данных от одного источника до множества получателей. Такой же принцип работы используется при осуществлении видеоконференций, а в промышленном секторе востребован в системах видеонаблюдения и звукового аварийного оповещения.

На схеме изображена система, в которой источник информации отправляет три одинаковых экземпляра данных для трех получателей на их индивидуальные IP-адреса. Именно так выглядит одноадресная (unicast) рассылка.

Даже человеку, далекому от сетевых технологий, понятно, что в такой сети источнику приходится формировать несколько идентичных пакетов. А если получателей не три, а сотни или тысячи? В подобных системах необходимо применить совершенно другой подход – многоадресную (multicast) рассылку.

Multicast обеспечивает доставку трафика группе клиентов на IP-адрес группы многоадресной рассылки. Схема передачи данных выглядит следующим образом:

Независимо от того, сколько клиентов заинтересованы в получении данных, сервер-источник будет отправлять только один пакет, тем самым избегая излишнего дублирования. Плюсы такого подхода очевидны:

рациональное использование пропускной способности;
экономия вычислительных возможностей сервера;
снижение нагрузки на сеть.

Более подробно рассмотрим механизм работы многоадресной рассылки.

Инструменты технологии multicast

Static Multicast – отслеживание и добавление статических многоадресных MAC-адресов вручную для фильтрации многоадресного трафика. Некоторые устройства не поддерживают динамическую регистрацию в мультикаст-группе, но в то же время способны получать многоадресный трафик. Чтобы это было возможно, такие устройства нужно зарегистрировать вручную: создать запись с групповым адресом и номерами портов в таблице многоадресной рассылки маршрутизатора.

IGMP (Internet Group Management Protocol) – протокол управления многоадресной передачей данных. Используется для динамической регистрации узлов-получателей в многоадресной группе. С его помощью хосты-клиенты оповещают маршрутизатор о своем желании получать многоадресный трафик (т.е. подписаться на рассылку). На сегодняшний день существует три версии данного протокола, все они совместимы между собой.

В рамках IGMP существует 3 типа сообщений:

Membership Query - запрос о принадлежности к группе
Membership Report - ответ о принадлежности к группе
Leave Group Message - сообщение о выходе из группы

Механизм работы IGMP

При запуске приложения на клиенте и указания группы рассылки в сеть будет отправлено сообщение IGMP Membership Report (IGMP Join): таким образом хост изъявляет о своем желании получать трафик для данной заданной группы. Такие пакеты могут жить только в пределах своей подсети.

Роутер получает IGMP-Report и заносит в свою таблицу мультикаст маршрутизации информацию о том, что на данном интерфейсе присутствуют клиенты, заинтересованные в получении трафика.

Групповой IP-адрес . Сервер-источник отправляется пакеты не на индивидуальные IP-адреса узлов, а на IP-адрес группы (выделенные специально для этих целей адреса в диапазоне от 224.0.0.0 до 239.255.255.255).

Групповой MAC-адрес . Для того, чтобы передавать кадры по локальной сети, каждому групповому IP-адресу должен соответствовать групповой MAC-адрес. Он всегда начинается с префикса 01:00:5Е, а оставшаяся часть формируется из 23 младших бит IP-адреса группы по определенному алгоритму.

Функция IGMP Snooping используется для того, чтобы избежать перенаправления трафика на все, даже не заинтересованные в его получении, узлы, т.е. для предотвращения флуда.

Маршрутизация Multicast трафика

Зачастую стоит задача транслирование многоадресного потока данных через несколько подсетей, разделенных маршрутизаторами. Каждый интерфейс маршрутизатора является широковещательным доменом, поэтому многоадресные пакеты маршрутизироваться между ними не будут. Именно для таких систем используют специализированные протоколы многоадресной маршрутизации. Например, протокол PIM.

PIM ( Protocol Independent Multicast ) – набор протоколов многоадресной маршрутизации, которые строят путь передвижения многоадресного трафика от сервера до клиентов через маршрутизаторы. Имеет два основных режима - Dense и Sparse , отличающихся принципом работы.

При использовании Dense mode маршрутизатор предполагает, что заинтересованные получатели есть везде, поэтому начинает рассылать мультикаст трафик на все интерфейсы, кроме того, за которым числится источник (лавинная рассылка). Трафик будет отправляться во все порты до тех пор, пока маршрутизатор не получит специальное сообщение о прекращении вещания в этот интерфейс. Спустя время вещание продолжится до тех пор, пока не будет получено очередное сообщение.

Организация многоадресной рассылки на маршрутизаторе Moxa

Типовая схема

Рассмотрим следующую типовую схему подключения сервера и клиентов, которые находятся в разных сегментах сети:

Настройка Multicast в системах видеонаблюдения

Мультикаст (multicast) – технология передачи данных, позволяющая доставить одни и те же данные большому числу пользователей, не перегружая при этом источник данных и сеть.

При использовании multicast в системе видеонаблюдения камера или видеосервер отправляет в сеть один единственный поток данных, который затем дублируется маршрутизатором или коммутатором с функцией маршрутизации мультикаст-трафика.

Поток может приниматься практически неограниченным количеством пользователей. Например, поток с видеосервера может приниматься на десятках рабочих мест операторов видеонаблюдения, не нагружая при этом ни видеосервер, ни сетевой порт видеосервера.

Для применения технологии multicast необходимо выполнение следующих условий:

реализация передачи multicast-трафика в видеокамерах либо в ПО видеонаблюдения на серверах;
использование управляемых коммутаторов либо маршрутизаторов, с функцией маршрутизации мультикаст-трафика (IGMP snooping);
настройка источников (камер, серверов), приемников (УРМ) и коммутаторов/маршрутизаторов.

Преимуществами мультикаста являются:

сравнительно небольшие требования к пропускной способности линии связи, идущей от источника трафика;
возможность подключения большого количества получателей трафика (десятки, сотни и даже тысячи);
стабильная работа источника трафика, т.к. подключение/отключение получателей никак не сказывается на работе источника.

Главным же недостатком мультикаста , применительно к видеонаблюдению, является отсутствие преимуществ перед традиционным юникаст. Вызвано это тем, что у IP-камеры один получатель данных – видеосервер, а у видеосервера, по понятным причинам, небольшое количество получателей видео даже если еть центральный пост, к тому же, как правило, на каждом мониторе отображается разный набор камер.

Но если вы все же хотите использовать в своей системе мультикаст, нужно его включить. Однако перед включением обязательно проверьте, что сСетевое оборудование не блокирует мультикаст трафик, а в настройках вашего VLC плеера нет флажка RTP поверх RTSP (TCP).

Для разного оборудования для видеонаблюдения мультикаст включается по разному. Приведем несколько примеров.

Dahua

OMNY PRO

Включение мультикаст выполняется в WEB интерфейсе.

Заходим Configuration—Advance Set—Access Platform—PU SetRegister Server> вводим адреса между 224—239 сегментом, например, 224.168.1.100, указываем порт 10102.

Сохраняем, устройство перезагружается. Открываем VLC плеер для проверки (Media /открыть URL/сеть) и вводим строку запроса udp://@224.168.1.100:10102 (соответствующий адрес и порт).

Новые модели имеют другое расположение настроек мультикаст:

Configuration>>network management>>Network Service>>MUC

OMNY Base

Открываем VLC плеер для проверки (Медиа/открыть URL/сеть) и вводим строку запроса как RTSP.

Убедитесь, что в настройках вашего VLC плеера нет флажка RTP поверх RTSP (TCP).

Мы работаем быстро, качественно и по доступным ценам. Перечень услуг и цены на их вы можете посмотреть здесь.

Звоните +7 (499) 390-28-45 с 8-00 до 22-00 в любой день недели, в том числе и в выходные. Мы будем рады Вам помочь!

Читайте также: