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보안 CCTV의 변화 - CCTV 설계시 네트워크 인프라 고려사항
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보안 CCTV의 변화 - CCTV 설계시 네트워크 인프라 고려사항
  • 이수진
  • 승인 2012.12.05 00:00
  • 댓글 0
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방 남 수 차장
(주)시소아이티 네트워크팀


이번 호에서는 빠르게 변화하는 CCTV분야에서 중요도가 점점 높아지고 있는 네트워크 인프라 부분에 대해서 단계적으로 알아보도록 하겠습니다.


"IP기반의 HD급 카메라의 시장수요가 급격하게 증가하면서 IP기반의 시스템에서 네트워크의 설계는 가장 중요한 핵심이 되고 있습니다.
그러나 기존 아날로그 시스템의 설계에 익숙한 대부분의 분들이 실제로 고화질 네트워크 카메라에서의 네트워크 설계에 대한 경험이 많지 않아, 시스템을 구축하는 과정에서 시행착오를 겪는 경우가 많이 발생하고 있습니다.
기존 아날로그 기반의 시스템에서는 네트워크 인프라가 그 역할이나 기능이 중요하지 않았던 관계로, 네트워크 설계시 전체 네트워크 장비의 성능 및 물리적인 대역폭 등을 고려한 설계가 필요하지 않았습니다.
그러나 IP기반의 HD급 카메라 시스템의 경우에는 기존의 아날로그 방식의 경험을 기준으로 설계를 할 경우에 전체 시스템 운용시에 문제점들이 발생할 수 있기 때문에 이에 대한 이해가 필요합니다."

그래서 IP기반의 HD급 IP카메라의 네트워크 설계시 중요한 고려사항인 물리적 연결 구성 부분 및 네트워크 장비 구성 부분으로 나누어서 네트워크 설계시 고려해야 할 내용들에 대해서 알아보려고 합니다.

1. 물리적 연결

기존 아날로그 기반의 카메라에서는 카메라와 장비간의 연결은 주로 동축케이블을 사용하여 제어 및 영상 전송에 사용하였으나 IP 카메라에서는 기존 동축케이블이 아닌 UTP케이블 및 광케이블을 사용하여 연결합니다. 물리적 인프라는 IP카메라를 이용한 CCTV 설계시 가장 기초적인 부문이므로 얼마나 효율적으로 설계를 하는지에 따라 대역폭 및 네트워크 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
이에 기본적인 물리적 인프라의 기본이 되는 전송 매체에 대해 알아보면 전송 케이블은 이더넷 종류, 전송 속도, 대역의 유형, 전송 거리 혹은 전송매체의 유형으로 특징을 나타내며 다음과 같은 명칭으로 구분하고 있습니다.


현재 IP카메라에서 많이 사용되고 있는 트위스트 페어 케이블(UTP 케이블)에 대해 좀 더 자세하게 알아보도록 하겠습니다.

이중 나선 케이블(Twisted-Pair cable)
- 가느다란 동선을 플라스틱 절연체가 감싸고, 2개의 선이 꼬인 형태로 되어있으며, 아날로그와 디지털 전송이 모두 가능한 전송매체 입니다. 매체 자체의 신호 감쇠가 심하여 전송거리가 짧은데, 일반적으로는 1~2km정도 거리를 수 백Kbps~1Mbps정도로 전송이 가능하며, 랜과 같은 디지털 신호를 전송할때는 약 100m정도의 거리가 한계범위입니다. 이중 나선 케이블은 전자기 간섭(Electro Ma gnetic Interference)을 막기 위한 피복방법에 따라 세가지로 분류됩니다.


위의 내용들을 기초로 하여 실제로 IP카메라를 이용한 CCTV시스템 물리적 인프라에 대한 설계가 이루어지며, 동축케이블를 사용할 때 보다 UTP케이블을 이용하여 구성할 때 보다 간편하고 쉬운 설치 등의 다수의 장점들을 가질 수 있습니다.
실제 현장에서 어떻게 IP카메라에 대한 물리적 연결이 이루어지는지 몇 가지 예를 가지고 알아보도록 하겠습니다.


[그림 1] 소형 시스템 (UTP 케이블 이용한 구성)

[그림 1] 의 구성도는 IP카메라를 활용한 가장 간단한 구성방법이며 IP카메라와 L2스위치간은 UTP케이블을 사용하여 연결하여 구성합니다. 이 구성은 아주 단순한 구성이며 UTP케이블 적용시의 구성의 예입니다.


[그림 2] CCTV 시스템 구성도(UTP/광 케이블을 이용한 구성)

[그림 2]의 구성은 UTP 및 광케이블을 활용한 구성도이며 IP카메라와 L2스위치간은 UTP케이블을 활용하고 L2스위치와 메인 L3스위치간은 광케이블을 활용하여 구성합니다. 이 구성은 주로 IP카메라가 여러 층에 분산 배치될 때 적용 가능한 구성 예입니다.
위의 두 가지 경우를 적절히 사용하여 설계를 진행할 때 IP기반의 영상시스템의 안정적인 구축이 가능할 것이라고 생각합니다. 위의 두 가지 구성방안을 참고하여 실제 현장에서 전체 IP 기반의 영상시스템 인프라 구성이 어떻게 이루어지며 또한 IP카메라에 대한 네트워크 대역폭을 계산하여 전체 물리적인 인프라와 어떻게 연동되는지에 대해 전체 IP 기반의 영상시스템 구성도 사례를 가지고 설명하도록 하겠습니다.
IP카메라가 200대 이상의 중/대형 시스템 구성도이며 복잡하게 보일 수 있지만 몇 가지 고려사항에 대해 이해를 하면 물리적 인프라 및 네트워크 대역폭 설계에 대해서 원활하게 설계를 진행 할 수 있을 것입니다.


[그림 3] 전체 IP 카메라 CCTV 시스템 구성도

[그림 3]에서 보듯 물리적 인프라는 UTP/광케이블을 사용하여 구성하였습니다. 해당 전송 매체 선택은 실제 사용되는 IP카메라의 대역폭을 파악하여 구간에 따라 적절한 전송 매체로 설계를 진행하면 됩니다. 그러나 환경에 따라 네트워크 대역폭에 대한 차이가 발생하므로 실제 설계 현장을 정확하게 파악하여 대응해야 합니다. 예를 들면 고정형 IP카메라 모델 기준과 회전형 모델의 경우 실제 네트워크 대역폭 차이가 최소 2배 이상 발생할 수 있으며, 빛이 별로 없는 환경 및 야간에는 네트워크 대역폭 차이가 3배 이상 까지도 발생할 수 있습니다. 그러므로 여러 가지 환경 변수들을 고려하여 적절한 대역폭을 계산하여 최상의 전송 매체로 설계를 진행하여야만, 차후 전송 매체에 의한 네트워크 속도가 느려지는 현상 등 기타 장애 사항을 사전에 방지할 수 있습니다.


IP 카메라에 따른 네트워크 대역폭 계산을 얼마만큼 해야 하는지 [표 2]를 통해 네트워크 대역폭 계산표을 제시합니다.


- 산출을 위한 기준 값은 CBR, 일반 환경으로 측정되었으며 실제 전송량과 저장 파일 형식에 따라서 차이가 날 수가 있음.
- 네트워크 대역폭 전송량 산출을 위한 기준은 고정형 모델을 기준이며, 회전형 사용시에는 최소 2배 이상의 용량을 추가로 산출 해야함.

[그림 3]의 구성도 기준으로 물리적 인프라 및 대역폭에 대해서 실제로 설계가 어떻게 되는지 알아보도록 하겠습니다.
- IP카메라(HD급)를 사용하였으며, 실제 HD급 용량을 계산하면 약 5Mbps 정도의 대역폭을 사용
- UTP 케이블의 전송 효율: 전송 속도: 100Mbps 이며, 전송 효율은 약 90%기준

각 층별 30~50대 정도의 HD급 IP카메라가 설치 되어있고, 대당 HD급 카메라 사용 대역폭 5Mbps 기준으로 할 때 네트워크 인프라 및 대역폭에 대한 구성 방안을 설명 드리겠습니다.
IP카메라 대역폭 5Mbps x 20대 기준 일 때: 100Mbps 대역폭 사용(L2 스위치 한대 기준) L2 스위치에 연결한 IP 카메라가 20대일 때 네트워크 대역폭을 계산하면 전체 네트워크 대역폭이 100Mbps로 L2스위치와 백본 스위치 구간에서는 100Mbps 이상의 인프라가 필요한 사항입니다. L2스위치와 백본 스위치 구간에 1Gbps을 지원하는 CAT6를 지원하는 UTP케이블을 사용해도 되지만 UTP케이블은 거리의 제한이 있기 때문에 층간 구성 및 원거리 구성에는 적합하지 않습니다.
그러므로 IP카메라와 L2스위치구간은 UTP케이블(CAT5E, CAT6)로 구성하고 L2스위치에서 백본 스위치 구간의 물리적 구성은 1Gbps을 지원하는 광케이블로 구성하는 것이 네트워크 구간에서 영상의 끊김, 느려지는 현상 등 장애를 사전에 방지할 수 있습니다.
현재 아날로그 CCTV에서 IP기반의 HD급 카메라로 변화하면서 네트워크 인프라 부분이 상당히 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 위에서 언급한 내용을 기초로 하여 네트워크 인프라 구성에 대해 설계를 진행할 때 참고가 되길 바라며 여기서 제시한 기준은 일반적인 환경에 대한 것이기 때문에 IP기반의 영상시스템 설계업무를 담당하는 분들은 보다 실제 환경에 대한 내용을 정확하게 파악하여 설계에 반영을 해야 합니다.  즉 IP카메라 종류(일반형, 회전형), 카메라 화소, 사용환경 및 장소 등을 고려하여 보다 세밀하게 네트워크 인프라 설계를 진행해야만, 차후 IP기반의 영상시스템 구축 현장에서 많은 시행착오를 줄일 수 있으며 안정적인 영상시스템을 구현할 수 있습니다. 지금까지 전반적인 물리적인 인프라 부분에 대해서 설명하였다면 다음 회에서는 네트워크 장비 구성방안에 대한 설명 하도록 하겠습니다. 

 



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