1.050 Videokameras für die Sicherheit U-Bahn-Leitstelle hat vollen Durchblick

Redakteur: Gerald Viola

Was am 19. Oktober 1971 mit 12 Kilometern Gleis­strecke begann, hat sich in 40 Jahren zum wichtigsten innerstädtischen Verkehrsmittel entwickelt. Die Münchner U-Bahn befördert heute pro Tag rund eine Millionen Menschen über 95 Streckenkilometer zwischen 100 Bahnhöfen. Für die Sicherheit der Fahrgäste sorgt dabei die Videobeobachtung in den U-Bahnhöfen.

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Die Münchner U-Bahn-Leitstelle – hier laufen alle Informationen zusammen (Foto: SVM MVG)
Die Münchner U-Bahn-Leitstelle – hier laufen alle Informationen zusammen (Foto: SVM MVG)

Um in Zukunft bei der Ausgestaltung ihrer Videoüberwachung flexibel auf neue Anforderungen reagieren zu können, beschlossen die SWM/MVG schon 2003, die Videotechnik ihrer U-Bahnhöfe zu digitalisieren. Die Basis dafür sollte ein Ethernet-Netzwerk mit mehreren Ringen bilden, um durch redundante Übertragungswege für eine hohe Verfügbarkeit der Bilddaten zu sorgen.

Ein weiterer Vorteil einer Ringstruktur war der geringere Bedarf an Glasfaserkabeln. Denn bei einer baumartigen Architektur hätte das Unternehmen viele Kabel parallel durch die U-Bahntunnel zu den einzelnen Bahnhöfen verlegen müssen. Für die digitale Signalübertragung über standardisierte Netzwerkkomponenten sprach zudem der flexible Zugriff auf die Videodaten. So können bei der Signalübermittlung per Ethernet beispielsweise die U-Bahn-Leitstelle, die Feuerwache der Stadt München sowie die Einsatzleitzentrale der Polizei gleichzeitig auf dieselben Kameradaten zugreifen.

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Um die damals vorhandenen rund 600 analogen Überwachungskameras zunächst weiterverwenden zu können, sollten hier digitale Encoder als Schnittstelle zwischen analogem Bildsignal und Ethernet-Netzwerk zum Einsatz kommen.

Entsprechende Decoder an den Auswertungsplätzen ermöglichen dann die verlustfreie Darstellung der Bildströme. Die Gesamtlösung bestand aus Netzwerkkomponenten von Extreme Networks sowie digitalen Encodern von Bosch und zeichnete sich unter anderem durch ein attraktives Preis-Leistungs-Verhältnis aus.

2004: Redundante 
Ringe mit 1 GBit/s

Das Netzwerkdesign der Lösung sah insgesamt sechs Glasfaserringe vor, die die Bahnhöfe der sechs U‑Bahnlinien miteinander verbinden. Pro Bahnhof war jeweils ein Switch vorgesehen, um die lokalen Video-Encoder mit seinem LWL-Ring zu verbinden. Die Bandbreite pro Ring war auf 1 GBit/s ausgelegt während die digitalen VIP-1000- und VIPx1-Encoder von Bosch mit 10/100 MBit/s an die Switches angeschlossen wurden.

Der Netzwerk-Core bestand aus zwei Alpine-3808-Switches von Extreme Networks, die miteinander und jeweils mit den sechs Glasfaser-Ringen verbunden waren. Der Anschluss der rund sieben Arbeitsplätze mit Video-Dekodern erfolgte ebenfalls über den Core.

Um Vorfälle im Nachhinein analysieren oder aufklären zu können, zeichnen die SWM/MVG seit der Digitalisierung ihrer Videoüberwachung alle MPEG4-Videoströme der Kameras mit je 500 kBit/s auf zen­tralen Videoservern auf. Bei 600 aktiven Kameras ergab dies zu Anfang eine Grundlast von rund 300 MBit/s im Core.

Dazu kamen je nach Anforderung Live-Streams im MPEG2-Format mit 6 MBit/s. Wird beispielsweise an einem Bahnhof ein Vorfall erkannt, so lassen sich dort die Bilder aller Kameras per Multicast auf alle Video-Monitore im Netzwerk der SWM/MVG verteilen. Dabei sendet eine Kamera weiterhin nur einen Bildstrom bis in den Core. Dort teilt der Core-Switch diesen dann auf die gewünschten Multicast-Ströme auf.

Für hohe Verfügbarkeit des Ethernet-Backbones sorgte von Anfang an neben der Ringarchitektur das EAPS-Protokoll in den Switches. EAPS ist ein von Extreme Networks entwickeltes Protokoll für schnelle Umschaltzeiten von unter 50 Millisekunden im Fehlerfall – beispielsweise beim Bruch einer Glasfaser. „

Wir sind mit der Geschwindigkeit und der Leistungsfähigkeit von EAPS sehr zufrieden“, erklärt Netzwerkspezialist Leonhard Dankerl. „Rapid Spanning Tree wäre nicht nur in Teilen langsamer, sondern ist auch auf maximal 40 Switches in einem Ring beschränkt. Und diese Grenze haben wir in einem Ring bereits erreicht.“

Der Weg zum 
Prozessnetzwerk

Was 2004 ursprünglich als reines Datennetz zur Übertragung von Videodaten der SWM/MVG konzipiert war, hat sich über die Jahre zu einem kompletten Prozessnetzwerk weiterentwickelt. Dabei ist nicht nur die Zahl der angeschlossenen Kameras von 600 auf mehr als 1.000 angestiegen. Durch die standardisierte Übertragungstechnik Ethernet konnten der SWM/MVG auch noch viele weitere Anlagen mit dem Netzwerk verbinden, um diese von zentraler Stelle aus zu steuern und zu überwachen.

Hierzu zählen heute beispielsweise Fahrkartenautomaten, Zutrittskontrollsysteme, Fernsteuerungen für Fahrtreppen und Lifte, neue Zugzielanzeiger, Serviceschnittstellen von Brandmeldesystemen sowie Heizungs-, Klima- und Lüftungsanlagen.

2009: Neue Switches für den Netzwerk-Core

„Von den rund 3.500 aktiven Ports in unserem Netzwerk sind heute noch ein Drittel Kameras, die jedoch weiterhin den Großteil des Datenverkehrs verursachen“, erläutert Dankerl. „Die Entscheidung für Ethernet vor sieben Jahren war für uns daher die perfekte Strategie für ein zukunftssicheres und wirtschaftlich zu betreibendes Netzwerk.“

Mit dem Wachstum der Endgeräte im Netzwerk gab es im Jahr 2009 auch den ersten Ausbau des Netzwerk-Cores. Dort ersetzten die SWM/MVG die beiden Alpine-Switches durch vier BlackDiamond-10808-Switches an zwei unterschiedlichen Standorten. Diese leistungsstarken Core-Switches von Extreme Networks sind unter anderem die Basis dafür, die Backbone-Geschwindigkeit in absehbarer Zeit auf 10 GBit/s anzuheben.

Neue Kameras in den Bahnhöfen sind schon seit einigen Jahren reine IP-Kameras. Mit mehr Bandbreite im Backbone können alte Videokameras dann zukünftig sukzessive durch hochauflösende HD-IP-Kameras ersetzt werden.

Ebenfalls in der Planung ist die Erhöhung der Redundanz in den einzelnen Bahnhöfen durch den Einsatz von Dual-Homing. Dabei werden kritische Komponenten mit zwei Edge-Switches verbunden, um auch am Rande des Netzwerks für alternative Netzwerkpfade zu sorgen. Durch die höhere Verfügbarkeit des Netzes an den einzelnen Stationen können die SWM/MVG dann auch beispielsweise Beschallungsanlagen oder Datenfunksysteme für die drahtlose Anbindung der Video­kameras in den Zügen in Betrieb nehmen.

Da in diesen Fällen die einzelnen Komponenten teils deutlich mehr als 100 Meter von den Switches entfernt sind, ist hier eine hohe Dichte an Glasfaser-Ports in den Switches notwendig, wie sie beispielsweise der Extreme Networks Summit X460 bietet. Für die direkte Stromversorgung der IP-Kameras über das LAN sind wiederum viele PoE-Ports nötig, wie sie etwa der Summit X250 bereitstellt.

„Unsere mittelfristige Planung sieht mindestens drei Switches pro Bahnhof vor“, sagt Leonhard Dankerl. „Entsprechende Tests sind bereits sehr erfolgreich gelaufen.“

Solide Basis 
für die Zukunft

Das Datennetzwerk der SWM/MVG aus Komponenten von Extreme Networks ist mit den sich ändernden Anforderungen problemlos mitgewachsen. Während es im Betrieb der verschiedenen dort angeschlossenen Systeme immer wieder einmal zu Schwierigkeiten kommt, sorgt das Netzwerk selbst für wenig Aufregung.

„Unser Datennetz läuft sehr stabil und zeichnet sich durch eine hohe Verfügbarkeit aus“, bestätigt Leonhard Dankerl. „Unsere Entscheidung für Extreme Networks haben wir nicht bereut.“

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