Infrastrukturkomponenten für die Videoüberwachung

Mangelnde Sorgfalt bei der Planung und Projektierung von Videoüberwachungsanlagen führen bestenfalls lediglich zu einer schlechteren Bildqualität, da die Infrastrukturkomponente plötzlich den Flaschenhals des Systems bildet. Als schlimmer erweist es sich, wenn die Komponenten die Vorgaben in puncto IT-Security oder Datenschutz nicht erfüllen oder sogar ausfallen. Der entstehende Aufwand verursacht nicht nur Ärger, sondern auch ungeplante Kosten.

Die Videoüberwachung gewinnt in vielen Bereichen zunehmend an Bedeutung. Als Teil eines unternehmensweiten Sicherheitskonzepts ist sie nicht mehr wegzudenken. Ging es bisher meist darum, Anlagen wirkungsvoll vor Störungen, Diebstahl und unberechtigten Zugriff abzusichern, entwickelt sich der Markt immer mehr in Richtung Zustandsüberwachung (Bild 1). Während die Installation einer einzelnen, analogen Überwachung früher eine überschaubare Aufgabe war, nimmt die Planung und Projektierung einer professionellen Videoanlage im digitalen Zeitalter einen wichtigen Teil des Projekts ein. Das Netzwerk der Videoüberwachung ist dabei als ganzheitliche Lösung im Kontext der aktuellen Vorschriften und Gesetze zu betrachten. Je umfangreicher sich das Konzept darstellt, desto mehr macht der Einsatz eines Physical Security Information Management Systems (PSIM) Sinn. Eine solche übergeordnete Softwarelösung bündelt sämtliche Sicherheitsanwendungen effizient und übersichtlich. Auf einer einzigen Plattform werden verschiedene dezentrale Sicherheitssysteme angezeigt, ausgewertet und gesteuert, sodass zum Beispiel das Service- oder Wachpersonal von einem zentralen Standort aus agieren kann (Bild 2).

Externe Unterstützung bei der Leitungswahl 

Aufgrund der persönlichen Kameraerfahrung erwarten Anwender, dass Videoüberwachungsanlagen hochauflösende Bildsequenzen liefern, bei denen sogar kleinste Details gut zu erkennen sind. Selbst wenn nicht für jede Kontrollaufgabe benötigt, ist mit einer guten Kamera heute einiges möglich. Doch je höher die Auflösung, desto mehr Bandbreite ist im gesamten System erforderlich. Besonderes Augenmerk erfordern Uplink-Verbindungen zum Videoserver und den Netzwerkknotenpunkten.    

Bei den Netzwerkverbindungen werden in der Regel kupferbasierte Ethernet-Leitungen genutzt. Je nach Kategorie – Cat5, Cat6 oder Cat7 – lassen sich Datenraten bis 10 Gbit/s erzielen, allerdings lediglich bei einer Reichweite bis 50 Meter. Bei 1 Gbit/s wären immerhin noch 100 Meter umsetzbar. Ist die Entfernung zur Uplink-Verbindung größer, empfiehlt sich die Verwendung von Glasfaserleitungen. Experten unterstützen bei der Entscheidung hinsichtlich Singlemode, Multimode und Wellenlänge, denn davon hängt ab, welche Netzwerkkomponenten – etwa Switches - zukünftig eingesetzt werden.    

Deutliche Einschränkung des Netzwerkzugangs 

In einem Videonetzwerk kommt den an den Netzwerk-Knotenpunkten genutzten Switches eine spezielle Bedeutung zu. Bei der analogen Videotechnologie wurden die Kameras früher sternförmig und direkt an den Videoserver angebunden. Die digitale IP-Technologie erlaubt jetzt effizientere und umfassendere Videonetze. Neben einer einfachen Linientopologie sind auch ein redundanter Ring oder eine Mesh-Topologie denkbar. Möglich wird dies durch Netzwerk-Switches, die üblicherweise dezentral in der Nähe der IP-Kameras installiert sind und diese an den Videoserver ankoppeln (Bild 3). 

Eine wesentliche Rolle spielen die Switches nicht nur, weil ihre Netzwerk-Performance die spätere Bildqualität beeinflusst. Als Teil des Videonetzes bilden sie unter Umständen das Tor in das unternehmensweite Netzwerk. Abgesehen von den in die industriellen Managed Switches integrierten Funktionen für die Verfügbarkeit und Sicherheit – zum Beispiel RSTP, SNMP, VLAN, RADIUS-Authentifizierung und MAC-/IP-Filterung – sollte dieser Umstand bei einer ganzheitlichen Betrachtung berücksichtigt werden. Durch die gezielte Verwendung der implementierten Funktionen lässt sich der Netzwerkzugang bereits deutlich einschränken. Zentrale Sicherheitskomponenten/-mechanismen – zum Beispiel eine Firewall oder einen Sicherheits-Router – ersetzen sie jedoch nicht. 

Individueller Abgleich der unterstützten PoE-Standards 

Moderne IP-Kameras unterstützen die PoE-Technologie (Power over Ethernet), was die Installation und den Einsatz der Kamera erheblich einfacher und flexibler macht, da das separate Netzteil entfällt. Bei der PoE-Technologie wird die Energie für das zu beliefernde Gerät über die Ethernet-Datenleitung transportiert. Die dazu erforderliche Leistung vereinbaren der Abnehmer (Powered Device – PD) und der Versorger (Power Sourcing Equipment – PSE) elektrisch untereinander. Beim PSE kann es sich um einen Mehrport-PoE-Switch oder einen PoE-Injektor als Stand-Alone-Lösung handeln. Erfüllt das PSE den Standard IEEE 802.3 af, lassen sich die PDs mit bis zu 15,4 Watt versorgen, entspricht das PSE der IEEE 802.3 at, dann sogar mit bis zu 30 Watt. Der 2018 verabschiedete Standard IEEE 802.3 bt erlaubt darüber hinaus die PoE-Belieferung von 45-, 60-, 75- und 90-Watt-PoE-Endgeräten. Hiermit können beispielsweise leistungsstarke PTZ-Kameras (Pan Tilt Zoom) betrieben werden. 

Soll die Versorgung der angeschlossenen IP-Kamera über einen PoE-Switch erfolgen, gilt es die von ihm und der Kamera unterstützten Standards abzugleichen, denn nicht jeder PoE-Switch beliefert gemäß IEEE 802.3 bt. Das kann zu Problemen mit entsprechend leistungsstarken Kameras führen. Außerdem ist bei der Projektierung zu beachten, ob und wie viele Ethernet-Ports des PoE-Switches gleichzeitig zum Beispiel bis zu 90 Watt zur Verfügung stellen. Bei mehreren schwenkbaren Kameras könnte der PoE-Switch unter Umständen mit zu wenig Energie versorgen.   

Frühzeitige Berücksichtigung des Kühlkonzepts 

Ebenfalls unterschätzt werden gelegentlich die für die Belieferung des PoE-Switches notwendige Versorgungsspannung sowie der für die Outdoor-Nutzung erforderliche Anschlusskasten. Lässt sich das benötigte Netzteil noch relativ einfach über die technischen Daten der im Anschlusskasten verbauten Komponenten dimensionieren, wird die thermische Energieentwicklung innerhalb des Kastens häufig verkannt. Gerade bei leistungshungrigen PoE-Endgeräten liefert der verwendete PoE-Switch vielleicht gleichzeitig maximal 90 Watt an mehrere PoE-Ports, was das installierte Netzgerät an seine Leistungsgrenzen bringt. Die dabei entstehende Wärmeentwicklung ist aus dem Schaltkasten abzuleiten, damit die elektronischen Bauteile des PoE-Switches und des Netzteils nicht außerhalb ihrer thermischen Spezifikation betrieben werden. Das würde die Lebenszeit der Bauteile deutlich verkürzen.

Als potenzielle Kühlungskonzepte können Lüftungsschlitze im Gehäuse, ein größerer Innenraum im Anschlusskasten, eine aktive Belüftung durch einen elektrischen Lüfter oder eine passive Kühlung mittels eines nach außen geführten Kühlkörpers dienen. In jedem Fall sollte das Kühlkonzept bereits bei der Projektierung berücksichtigt werden, sodass es nicht im Einsatz zu einem plötzlichen Ausfall durch thermische Überhitzung kommt (Bild 4).   

Genaue Überprüfung des Erdungskonzepts bei Überspannungsschutz 

Neben der Wärmeentwicklung sind je nach Montageort auch die mechanischen und witterungsbedingten Beanspruchungen des Anschlusskastens zu beachten. Als Beurteilungsmerkmale fungieren beispielsweise die genormten Stoßfestigkeitsgrade – IK-Code genormt nach EN 50102 und EN/IEC 62262 – sowie die ebenso genormten IP-Schutzarten. So gilt ein gemäß IK10 geprüftes Gehäuse als schlagfest und sicher gegen Vandalismus, während die Schutzart IP65 die Staubdichtheit, den vollständigen Schutz gegen Berührung sowie den Schutz vor Strahlwasser aus einem beliebigen Winkel garantiert. Ferner sollte eine mögliche Kondenswasserbildung innerhalb des Schaltkastens in Betracht gezogen werden, die aus einem witterungs- oder raumklimabedingten Temperaturwechsel resultiert. Schadhafte Folgen können Oxidation sowie elektronische Übergangswiderstände bis hin zu einem kompletten Ausfall sein. Hochwertige Outdoor-Anschlusskästen verhindern das unter anderem durch eine integrierte Klimamembran. 

Ethernet-Schnittstellen arbeiten mit niedrigen Signalpegeln bei hohen Frequenzen. Das macht sie besonders empfindlich in Bezug auf Überspannungen, die zur Zerstörung der teuren Netzwerkkameras und anderer -komponenten führen können. Gerade im Außenbereich verbaute Videoanlagen sind durch einkoppelnde Spannungen oder Ausgleichsströme gefährdet. Bei der Installation eines Überspannungsschutzes, der als Energieableiter Bauteile und Geräte schützt, sollten die Versorgungsleitungen mitbedacht und das Erdungskonzept diesbezüglich überprüft werden (Bild 5).

Fazit 

Eine professionelle Videoüberwachung bietet Sicherheit und Transparenz. Sie erfordert allerdings eine sorgfältige Planung und ganzheitliche Betrachtung. Abgesehen von der modernen IP-Kamera müssen alle weiteren Komponenten kompatibel und aufeinander abgestimmt sein. Die Nichtberücksichtigung vermeintlich weniger bedeutsamer Faktoren rächt sich später unter Umständen durch Ausfälle und hohe Folgekosten. Zudem ist es im Hinblick auf Themen wie Datenschutz, IT-Security und rechtliche Vorgaben wichtig, dass die verwendeten Komponenten nicht nur technisch leistungsfähig sind. Sie müssen auch die Industrieanforderungen in Bezug auf Zugriffssicherheit, EMV-Beständigkeit und einen weiten Temperaturbereich erfüllen. Denn die beste Videotechnik nützt nichts ohne eine leistungsfähige, abgestimmte und zukunftssichere Netzwerk-Infrastruktur.