Cámara IP, conceptos básicos ¿Cómo funciona?

Publicado en Marzo de 2016

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Conceptos básicos para iniciar en el mundo de la seguridad electrónica en red y para aquellos que han tenido ya algún contacto con cámaras de seguridad, puede ser una herramienta para confirmar sus conocimientos.

Estructura

Una cámara IP consiste principalmente de un lente, un sensor de imagen, un procesador de imagen, un SoC (Sistema en Chip) de compresión de video y un chip Ethernet que ofrece conectividad de red para transmisión de datos.

Cuando la luz pasa a través del lente hasta el sensor, es convertida en señales digitales y luego es procesada por un procesador de señal digital incorporado. Los datos de video procesados son luego comprimidos por un SoC multimedia para disminuir el tamaño de los datos y lograr una transmisión óptima. Finalmente, las imágenes de video son enviadas a través de la red en forma de streams de video hacia dispositivos terminales para permitir su visualización y almacenamiento. En este artículo nos enfocaremos sobre la última etapa del proceso, la transmisión de la información hacia el sistema de Administración/Grabación/Visualización.

En la gran mayoría de los casos, los integradores ya conocen de las primeras etapas del procesamiento de la imagen dentro de la cámara, conceptos básicos de CCTV que vienen del mundo análogo. Es familiar entonces conocer conceptos como sensor de imagen, lux, longitud focal, resolución, e incluso formato de compresión, que aunque es un concepto algo digital es muy usado cuando se habla de DVRs.

Así es, que si ya estas familiarizado con los sistemas de CCTV Análogo, y buscas conocer un poco más del mundo IP, en este artículo encontrarás varios conceptos de utilidad en el mundo de las comunicaciones que te podrán ser útil.

Hemos dividido los conceptos en tres grupos, para diferenciarlos fácilmente:

Para comenzar, iniciemos por lo general, debemos conocer los conceptos básicos que conforman y están asociados a una red convencional en su estructura como tal.

LAN

Una LAN es un grupo de computadores y dispositivos asociados que normalmente comparten recursos comunes en un área geográfica limitada. Una red de una PYME es un ejemplo de una LAN. 

Normalmente, cuando un sistema de video vigilancia de video en red es instalado y solo se requiere acceso a él en la red LAN, se requieren menos tareas de configuración. En teoría es un sistema simple para poner en marcha, las limitantes de ancho de banda son pocas.

WAN (Wide Area Network, Red de área extensa)

Parecida a una LAN, pero a escala geográfica mayor. Una red corporativa que enlaza múltiples sedes ó incluso Internet son ejemplos de una WAN.

Un sistema de video en red en una red WAN, son plantas, fábricas, almacenes de cadena, que tienen múltiples instalaciones o sedes en diferentes lugares y están conectados a través de una red propia. Es normal encontrar limitantes de ancho de banda, infraestructura y seguridad, debido a su complejidad.

Ethernet

Ethernet es la tecnología de redes de área local cuya instalación está más extendida. Normalmente, una LAN Ethernet utiliza tipos especiales de cables de par trenzado UTP. Los sistemas Ethernet instalados más habitualmente son 100BASE-T10, que proporcionan velocidades de transmisión de hasta 100 Mbps, respectivamente.

Actualmente las instalaciones convencionales ya se realizan utilizando velocidades de 1Gbps o superiores.

Conectividad de red

La conexión física (con cable o inalámbrica) y lógica (protocolo) de una red informática o un dispositivo individual a una red, como Internet o una LAN.

Sin conectividad, no podríamos obtener video por parte de la cámara. La conectividad nos indica que tanto el hardware como el software están operando correctamente.

Conmutador o Switch de red

Un switch es un dispositivo de red que conecta segmentos de la red y que selecciona una ruta para enviar una unidad de datos a su próximo destino. En general, un switch es un mecanismo más sencillo y rápido que un enrutador, que requiere conocimientos acerca de la red y de cómo determinar la ruta. Algunos switch incluyen la función de enrutador. 

Cámaras de red conectadas a un switche crearían una red LAN de video-vigilancia por ejemplo. Un switch es un elemento esencial en un sistema de video IP, tanto las cámaras como el sistema de grabación (NVR) deberán estar conectados a él.

Enrutador

Un Enrutador es un dispositivo que determina el siguiente punto de red al que se debe re-enviar un paquete en camino hacia su destino final. Un enrutador crea y/o mantiene una tabla de enrutamiento especial que almacena información sobre la mejor manera de llegar a ciertos destinos. Los enrutadores son normalmente utilizados para conectar una red LAN con el Internet. La Tabla de Enrutamiento se suele configurar de una forma especial cuando una cámara de red se desea ser vista desde Internet.

PoE (Power over Ethernet, Alimentación a través de Ethernet)

PoE proporciona alimentación a un dispositivo de red a través del mismo cable usado para la conexión a la red. Resulta muy útil para aplicaciones de supervisión remota y vigilancia IP en lugares donde puede resultar poco práctico o demasiado caro alimentar el dispositivo directamente desde una toma de corriente.

Actualmente crece en popularidad, tanto así que ya algunos modelos de cámara de ciertos fabricantes no incluyen fuente de poder, solo incluyen alimentación por PoE.

W-LAN (Wireless LAN, LAN inalámbrica)

Una LAN inalámbrica, es una red de área local inalámbrica que utiliza ondas de radio como portador, donde las conexiones de red para los usuarios finales son inalámbricas. Normalmente, la estructura de red principal utiliza cables.

Las redes inalámbricas son cada vez más comunes, en los sistemas de video vigilancia en red suelen ser muy utilizadas para soluciones ciudadanas, donde las distancias o la topografía hace imposible llegar a ciertos lugares de forma cableada.

IEEE 802.11

Familia de estándares para LAN inalámbricas. El estándar 802.11 admite una transmisión de 1 o 2 Mbps en la banda de 2,4 GHz. IEEE 802.11b admite velocidades de datos hasta 11 Mbps en la banda de 2,4 GHz, mientras que 802.11g admite hasta 54 Mbps en la banda de 5 GHz.

También conocido como Wi-Fi, este protocolo de uso doméstico suele ser una solución práctica para sistemas de video en red para PYMES y Hogar.

CONECTIVIDAD

Protocolo

Conjunto especial de reglas que dictan cómo se comunicarán dos entidades. Los protocolos se encuentran en muchos niveles de comunicación, y hay protocolos de hardware y protocolos de software.

IP (Internet Protocol, Protocolo de Internet)

El Protocolo de Internet es un método de transmisión de datos por una red. Los datos que se envían se dividen en "paquetes" individuales y completamente independientes.

Cada computador (o host) de Internet tiene como mínimo una dirección que lo identifica de forma exclusiva y lo distingue de todos los demás, y cada paquete de datos contiene la dirección del emisor y la del receptor.

El Protocolo de Internet garantiza que todos los paquetes de datos llegarán a la dirección apropiada. IP es un protocolo sin conexión, lo cual significa que no hay ninguna conexión establecida entre los extremos de la comunicación, por lo que los paquetes se pueden enviar por rutas distintas y no necesitan llegar al destino en el orden correcto.

Una vez que los paquetes de datos han llegado al destino correcto, otro protocolo, el Protocolo de control de transmisión (TCP), los coloca en el orden correcto.

Dirección IP

Una dirección IP es simplemente una dirección en una red IP que utiliza un ordenador o dispositivo conectado a esa red. Las direcciones IP permiten a todos los ordenadores o dispositivos conectados encontrarse y pasarse datos entre ellos.

Un ejemplo de dirección IP es 192.168.1.100 Para evitar conflictos, cada una de las direcciones IP de una red determinada debe ser exclusiva.

Una dirección IP puede asignarse como fija, para que no cambie, o bien se puede asignar de forma dinámica (y automática) por DHCP.

Una dirección IP consta de cuatro grupos (o quads) de dígitos decimales separados por puntos; por ejemplo, 130.5.5.25. Distintas partes de la dirección representan elementos diferentes.

Una parte representará el número o dirección de red y otra parte la dirección del equipo local. Toda cámara de red o NVR (Sistema de Grabación en Red) debe tener una dirección IP para que exista una comunicación entre ellos. Normalmente las direcciones IP de las cámaras existentes en el sistema de CCTV deben ser agregadas al NVR para que este pueda obtener el video proveniente de ellas.

Sub-red y máscara de sub-red

Una subred es una parte independiente identificable de la red de una organización. Normalmente, una subred puede representar a todos los equipos en una ubicación geográfica, en un edificio o en la misma red de área local (LAN).

La división de la red de una organización en subredes permite conectarla a Internet con una única dirección de red compartida. La máscara de subred es la parte de la dirección IP que indica al enrutador de la red cómo encontrar la subred a la que se debe entregar el paquete de datos.

El uso de una máscara de subred ahorra al enrutador el tener que gestionar toda la dirección IP de 32 bits; simplemente tiene en cuenta los bits seleccionados por la máscara.

Normalmente en un sistema de video vigilancia en red local, los dispositivos que hacen parte del sistema se encuentran en la misma subred.

En caso de que la red existente sea muy grande y las cámaras se encuentren en diferentes subredes, normalmente se hace uso entonces de las puerta de enlace.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol, Protocolo de configuración dinámica de hosts)

DHCP es un protocolo que permite a los administradores de redes automatizar y gestionar de forma centralizada la asignación de direcciones IP (Protocolo de Internet) a los dispositivos de red de una red.

DHCP utiliza el concepto de un "arrendamiento" o cantidad de tiempo de validez de una dirección IP dada para un ordenador. El tiempo de arrendamiento puede variar, en función del tiempo durante el cual es probable que el usuario requiera la conexión de red en una ubicación concreta.

DHCP también admite direcciones estáticas para, por ejemplo, equipos en los que se ejecutan servidores Web, que necesitan una dirección IP permanente. El uso de direcciones IP automáticas en los sistemas de video no se recomienda.

Es preferible utilizar direcciones manuales estáticas para asegurar que las cámaras o NVRs siempre estarán disponibles en la misma dirección y así evitar perdida del video.

Dirección MAC (Dirección Media Access Control)

Una dirección MAC es un identificador único asociado con una parte del equipo de red o, más concretamente, su interfaz con la red. Por ejemplo, una tarjeta de red de un equipo tiene su propia dirección MAC.

Puerta de enlace

Una puerta de enlace es un punto de una red que actúa como punto de entrada a otra red. Por ejemplo, en una red corporativa, un servidor que actúe como puerta de enlace a menudo también hace las veces de servidor proxy y servidor cortafuegos.

A menudo, una puerta de enlace está asociada con un enrutador (que sabe a dónde dirigir un paquete de datos determinado que llega a la puerta de enlace) y un conmutador (que proporciona la ruta de acceso y de salida de la puerta de enlace para un paquete determinado).