Noktadan Çok Noktaya Kablosuz Bağlantı (PtMP): Sektör Anten ile Birden Çok Kamera ve Uzak Bina Nasıl Bağlanır?

PtMP nedir ve noktadan noktaya (PtP) köprüden farkı nedir?

PtMP, tek bir merkezî baz istasyonunun birden çok uzak istemci cihazla kablosuz haberleştiği topolojidir. Baz tarafta çoğunlukla bir ya da birkaç sektör anten (belirli bir yatay açıyı kaplayan yönlü anten) bulunur; uzak noktalarda ise CPE (Customer Premises Equipment, istemci cihaz) denilen, genellikle kamera ya da binanın yanındaki direğe takılan dış mekân alıcı-vericileri çalışır. Bu yapı, kamera veya bina sayısı birden fazla olduğunda her nokta için ayrı bir köprü çifti kurmanın yerine tek merkezden dağıtım yapmayı sağlar.

Asıl fark kapasitenin kime ait olduğudur. Noktadan noktaya köprüde iki cihazın arasındaki bütün kapasite yalnızca o bağlantıya ayrılır ve dar demetli antenler sayesinde kazanç yüksektir. PtMP'de ise baz sektörün kapasitesi, o sektörün gördüğü bütün istemciler arasında zaman paylaşımıyla bölüşülür; sektör anten kapsama açısını genişlettiği için PtP'deki yüksek kazançtan bir miktar vazgeçilir.

Çiftlik, tarla, site, liman ve şantiye gibi noktaların bir merkeze doğru dağıldığı yerlerde PtMP uygundur. Yalnızca iki ya da üç kamera varsa ve farklı yönlerde uzaktaysa ayrı PtP bağlantılar daha öngörülebilir olabilir.

• PtP: iki uç, dar demet, bağlantı başına ayrılmış kapasite, tek hedef için uygundur.
• PtMP: bir baz ve çok istemci, geniş sektör demeti, kapasite paylaşımlı, merkeze toplanan çok nokta için uygundur.
• Baz (Access Point): merkezdeki cihazdır; kapsama alanını sektör anten belirler.

Kapasite paylaşımı: kameraların bit hızı toplamı sektöre sığmalı

PtMP planlamasının ilk adımı, bir sektöre bağlanacak bütün kameraların bit hızı toplamını bazın gerçek kullanılabilir veri hızıyla karşılaştırmaktır. Cihaz etiketindeki radyo hızı (ör. 300 veya 867 Mbps) kullanıcı verisi hızı değildir; zaman bölmeli (TDD) çalışan sistemde sürdürülebilir hız genellikle bunun yaklaşık yarısı kadar, zayıf sinyalli istemcilerde ise daha düşüktür. Planlama etiket değeriyle değil, kurulumdan sonra bütün istemciler aynı anda çalışırken ölçülen hızla yapılır.

Hesap şu formülle yapılır: Gerekli sektör kapasitesi = Σ (her kameranın bit hızı) × 1,5. Buradaki 1,5 çarpanı, yayın dalgalanmaları ve zayıf bağlantılı istemcilerin havada daha uzun yer kaplaması için bırakılan emniyet payıdır. Örnek: 12 CPE'nin her birinde 2 kamera var ve her kamera 4 Mbps yayın yapıyorsa toplam 96 Mbps, pay ile birlikte yaklaşık 144 Mbps gerekir. Tek sektörde ölçülen sürdürülebilir hız 100 Mbps ise yük iki sektöre bölünmelidir.

Kamera trafiği kameradan merkeze doğrudur; bu yüzden istemciden baza doğru yöndeki (yükleme, uplink) kapasite belirleyicidir. Birçok PtMP cihazında aşağı yön/yukarı yön zaman oranı ayarlanabilir; kamera sahalarında oranı yukarı yönü artıracak şekilde değiştirmek verimi yükseltir. Bit hızını düşürmenin yolları için kamera bit hızı ve kare hızı ayarı rehberine bakılabilir; H.265 aynı kalitede H.264'e göre daha düşük bit hızı gerektirir.

• Her kameranın ana akış bit hızı sınırlanır (CBR ya da üst sınırlı VBR); canlı izleme için düşük çözünürlüklü alt akış (substream) kullanılırsa uzak izleme yükü azalır.
• Kayıt uzak noktada yapılıyorsa (SD kart ya da yerel kayıt cihazı) köprüden yalnızca canlı izleme akışı geçer, bağlantı kesilince kayıt kaybı olmaz.
• Kapasite testi bütün istemcilerden aynı anda yük üretilerek yapılır; tek istemciyle yapılan test paylaşımı göstermez.

Görüş hattı, sektör açısı ve yerleşim: istemcilerin hepsi sektörün içinde olmalı

Her istemci cihaz, baz antenle arasında engelsiz bir görüş hattına ve yeterli Fresnel bölgesi açıklığına sahip olmalıdır; 5 GHz'de ağaç, bina ve arazi kıvrımı sinyali ciddi biçimde zayıflatır. Birinci Fresnel bölgesinin yaklaşık %60'ının engelsiz olması yaygın kabul gören kuraldır. Çiftlik ve tarlada boy atan ürün ya da yaprak açan ağaçlar kurulum gününde engel olmayabilir ama sonradan hattı kapatabilir; bu nedenle mevsim değişimi de hesaba katılmalıdır.

Sektör anten seçimi, istemcilerin baza göre dağılan açısına bağlıdır. Sektör antenler yatay düzlemde genellikle 60, 90 veya 120 derece kaplar; dar sektör daha yüksek kazanç ve daha uzak menzil verir, geniş sektör daha fazla istemciyi tek antene sığdırır. İstemciler 120 dereceden geniş bir alana yayılıyorsa birden fazla sektör gerekir; çevredeki bütün noktalara ulaşmak için 90 derecelik dört ya da 120 derecelik üç sektör kullanılır, her sektör ayrı bir baz radyosuna bağlanır.

Mesafe tahmini için serbest alan kaybı (FSPL) kullanılır: FSPL (dB) = 92,45 + 20·log10(d km) + 20·log10(f GHz). 5,5 GHz'de 3 km için yaklaşık 117 dB'dir. Alınan sinyal = verici gücü + verici anten kazancı + alıcı anten kazancı − FSPL − kablo ve konnektör kayıpları formülüyle bulunur ve çıkan değer, seçilen veri hızı için üreticinin verdiği alıcı hassasiyetinin üzerinde, en az yaklaşık 10 dB fade (sönüm) payı bırakacak kadar yüksek olmalıdır. Üreticinin verdiği azami mesafe çoğunlukla en düşük modülasyon içindir; kamera akışı için gereken hız o mesafede sağlanamayabilir.

Gizli düğüm sorunu ve gecikme: neden sıradan Wi-Fi erişim noktası yetmez?

Çok istemcili dış mekân kurulumlarında en bilinen sorun, istemcilerin birbirini duyamaması yani gizli düğüm (hidden node) problemidir. İki istemci bazı duyuyor ama birbirlerini duymuyorsa aynı anda gönderdiklerinde paketler bazda çakışır; Wi-Fi'nin taşıyıcı algılaması bunu önleyemez. Yönlü antenli istemciler farklı yönlere baktığı için bu durum PtMP kamera sahalarında olağandır.

Çözüm olarak PtMP cihazlarında üreticiye özgü sıra verme (polling) veya zaman dilimli (TDMA) protokoller bulunur: baz hangi istemcinin ne zaman göndereceğini belirler, çakışma olmaz. Bedeli, sabit çerçeve süresinden gelen ek gecikmedir. Ev tipi bir Wi-Fi erişim noktasını dış mekân PtMP baz olarak kullanmak, istemci sayısı arttıkça paket kaybına ve düzensiz görüntüye yol açabilir.

Gecikme, canlı izleme ve PTZ kameranın uzaktan yönlendirilmesinde hissedilir. TDD/TDMA sistemlerde bağlantı gecikmesi genellikle birkaç ile onlarca milisaniye arasındadır; çerçeve süresi ve istemci sayısı arttıkça yükselir. Kayıt için önemsizdir; PTZ ve ses kullanılan sahalarda değer cihaz veri sayfasından ve kurulum sonrası ping ölçümünden kontrol edilmelidir. Uzaktan erişim için kamera için internet hızı ve bant genişliği rehberine de bakılabilir.

Kanal planı: sektörler ve komşu sistemler birbirini bastırmamalı

Aynı direkte birden fazla sektör kuruluyorsa her sektöre farklı, çakışmayan bir kanal verilir; aksi halde sektörler birbirinin gürültüsü olur. Kanal genişliği arttıkça kullanılabilir çakışmayan kanal sayısı azalır ve gürültüye duyarlılık her ikiye katlamada yaklaşık 3 dB artar. Kamera trafiği için çoğu sahada 20 veya 40 MHz yeterlidir; çok sektörlü kurulumda 20 MHz kanal ayrımını kolaylaştırır.

Kurulumdan önce spektrum taraması yapılır: komşu işletmelerin bağlantıları, sulama sistemlerinin kablosuz kontrolcüleri ve diğer köprüler görünür hale gelir. DFS kanallarında radar algılandığında cihaz kanalı değiştirir ve kısa süreli kesinti yaşanabilir; DFS ve kanal seçimi ayrıntıları için PtP kablosuz köprü rehberine bakılabilir.

Bağlantı güvenliği: şifreleme, yönetim arayüzü izolasyonu ve varsayılan şifreler

Kablosuz kamera köprüsü bir kablo gibi görünse de havadan dinlenebilir ve erişim noktasına bağlanılabilir; bu yüzden radyo bağlantısı şifrelenmeli, yönetim arayüzü ağdan ayrılmalıdır. İstemci cihazlar baza bağlanırken kimlik doğrulama (önceden paylaşılan anahtar ya da cihaz bazlı doğrulama) ve AES tabanlı şifreleme (WPA2/WPA3 ya da üreticinin eşdeğer yöntemi) kullanılmalıdır. Şifresiz ya da yalnızca SSID gizleme ile korunan bir bağlantı güvenli sayılmaz.

İkinci risk yönetim arayüzüdür. Baz ve CPE cihazlarının fabrika kullanıcı adı ve şifresi ile varsayılan IP adresleri herkesçe bilinir; ilk kurulumda bunlar değiştirilmelidir. Yönetim trafiği ayrı bir VLAN'a (IEEE 802.1Q) alınır, kamera trafiği başka bir VLAN'da taşınır ve cihazların web arayüzü yalnızca yönetim ağından erişilebilir olur. Mümkünse HTTP yerine HTTPS ve telnet yerine SSH kullanılır; kullanılmayan servisler kapatılır, üretici yazılımı güncel tutulur.

• Varsayılan şifre: baz ve bütün CPE'lerde benzersiz, uzun parolalar kullanılır; aynı parola her cihazda tekrar edilmez.
• İstemci izolasyonu: bir CPE'ye bağlı cihazın başka bir CPE'nin arkasındaki cihaza erişmesini engelleyen ayar açılır; kameralar yalnızca kayıt cihazıyla konuşur.
• Fiziksel erişim: direğe takılı CPE'nin Ethernet bağlantısına sabotaj amaçlı bağlanılabilir; kullanılmayan switch portları kapatılır, mümkünse port güvenliği ya da 802.1X kullanılır.

5 GHz bandının Türkiye'deki mevzuat sınırları

Türkiye'de kablosuz kamera köprülerinin kullandığı bantlar, Frekans Tahsisinden Muaf Telsiz Cihaz ve Sistemleri Hakkında Yönetmelik (Resmî Gazete, 27.11.2018, sayı 30608) kapsamında BTK'nın yayımladığı teknik ölçütlerle sınırlanır. Bu yazı hazırlanırken BTK sitesindeki belge 23.09.2022 tarihli ve 2022/İK-SYD/245 sayılı karar başlığını taşıyordu; ölçütler güncellendiği için güncel metin her kurulumdan önce BTK sitesinden teyit edilmelidir.

Teknik ölçütlerin genişband veri iletim sistemleri tablosuna göre 5 GHz için temel sınırlar aşağıdaki gibidir. Burada belirtilen e.i.r.p. değeri, verici gücü ile anten kazancının kayıplar düşüldükten sonraki toplamıdır; yüksek kazançlı bir sektör ya da çanak antene takılan yüksek güçlü radyo, sınırı aşabilir. Bu yüzden cihazın ülke/ETSI ayarının doğru seçilmesi ve gerekirse verici gücünün düşürülmesi gerekir.

• 5150–5250 MHz: 200 mW ortalama e.i.r.p.; iç mekân kullanımı ve sınırlı açık alan kullanımı içindir, açık alanda sabit dış anten ve sabit altyapıya bağlı kullanılmamalıdır. Kamera köprüsü için uygun değildir.
• 5250–5350 MHz: 200 mW ortalama e.i.r.p.; TPC ve DFS gerekir; yalnızca bina içinde kullanılabilir, açık alana izin verilmez.
• 5470–5725 MHz: bina içi ve dışında kullanılabilir; 1 W ortalama e.i.r.p., herhangi bir 1 MHz için 50 mW/MHz güç yoğunluğu sınırı, TPC ve DFS; referans standart TS EN 301 893. Dış mekân PtMP kurulumlarının dayandığı aralık budur.
• 2400–2483,5 MHz: 100 mW e.i.r.p.; 2,4 GHz bandı kalabalık olduğu için çok istemcili köprülerde tercih edilmez.
• 5725–5875 MHz (5,8 GHz): genişband veri iletim tablosunda yer almaz; teknik ölçütlerde bu aralık için genel amaçlı ve izleme-veri toplama gibi düşük güçlü tanımlar bulunur. Köprü cihazının 5,8 GHz modunu kullanmadan önce bu tabloların cihaza uygun olup olmadığını BTK belgesinden teyit etmek gerekir.

Kurulum adımları: keşiften kabul testine

Sağlıklı bir PtMP kurulumu, cihaz alınmadan önce yapılan saha keşfiyle başlar. Her kamera noktasının koordinatı, yüksekliği, baza göre açısı, engelleri ve güç durumu not edilir; sonuç ağ şemasına ve IP/VLAN tablosuna dönüştürülür. Kamera ve CPE'lerin PoE ile beslenmesi için PoE nedir ve kamera kurulumu rehberindeki güç bütçesi hesabı kullanılabilir.

• 1. Keşif ve harita: baz ve her CPE için görüş hattı, yükseklik, açı ve mevsimsel engeller belirlenir.
• 2. Kapasite hesabı: kamera bit hızı toplamı × 1,5 formülüyle sektör sayısı ve kanal genişliği seçilir.
• 3. Link bütçesi: her CPE için FSPL, anten kazançları ve alıcı hassasiyeti ile sönüm payı hesaplanır.
• 4. Spektrum taraması: boş kanallar bulunur, sektörlere ayrı kanallar atanır.
• 6. Hizalama: her CPE, baz yönüne sinyal seviyesi ve veri hızı en yüksek değeri verecek şekilde hizalanır; hizalamadan sonra bağlantı kilitlenir.
• 7. Kabul testi: bütün kameralar aynı anda çalışırken veri hızı, paket kaybı ve gecikme ölçülür; sonuçlar teslim dosyasına yazılır.

Bayifi'nin bu konudaki yeri

Bayifi, kablosuz kamera altyapısı kuran firmaları ve bu işte kullanılan ürünleri tedarik eden toptancıları aynı yerde buluşturur. Sahanız için uygun bir kurulumcu aramak isterseniz bayiler dizinine ve il rehberlerine bakabilirsiniz. Toptancıların anlık stoklu ürünlerini görmek ve birden çok toptancıdan teklif istemek için pazar sayfası kullanılır. Firmanızı dizine eklemek için kayıt sayfasından başvuru yapılabilir.