Ваша корзина пуста.
pbq.ru Решения Технология Power Over Ethernet в сетевых системах видеонаблюдения.
Технология Power Over Ethernet в сетевых системах видеонаблюдения.

Power over Ethernet (сокращенно PoE) — это технология, позволяющая передавать сетевому устройству электрическую энергию через стандартную витую пару в компьютерных сетях Ethernet. Передача энергии и данных осуществляется одновременно, практически без взаимного влияния. Данная технология предназначена для питания IP-видеокамер, точек доступа беспроводных сетей, видеосерверов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно провести отдельный электрический кабель.

Многие современные сетевые телевизионные камеры и видеосерверы поддерживают возможность такого варианта питания через Ethernet. Поэтому использование технологии PoE в телевизионных системах наблюдения может позволить снизить затраты на установку отдельного источника питания или прокладку кабеля питания для сетевой камеры. Этот весьма привлекательный способ электропитания сетевых камер можно применять как при организации новых сетей, так и при модернизации существующих.

Стандарты в области PoE

Требования к PoE-системам определяются разделом 33 стандарта IEEE 802.3af - 2003. Стандарт описывает два типа устройств PoE-системы. Первое — это питающее устройство, или инжектор (Power Sourcing Equipment — PSE), предназначенное для подачи электропитания в сеть Ethernet. Второе — устройство, запитываемое через Ethernet (Powered Device — PD). Запитываемым устройством может быть либо само сетевое устройство с поддержкой технологии PoE, либо разделитель, который выполняет функции разделения каналов передачи информационных данных Ethernet и питания. Разделитель имеет отдельные выходы Ethernet и питания и используется для сетевых устройств, не поддерживающих технологию PoE.

В технических решениях питания через сеть Ethernet могут использоваться два типа питающего оборудования: оконечное (endspan) и промежуточное (midspan). В обоих случаях постоянное напряжение с питающих устройств подается на запитываемые устройства. Оконечные питающие устройства (PoE-коммутаторы) представляют собой сетевые коммутаторы с интегрированной схемой подачи питания через Ethernet. Промежуточные питающие устройства располагаются между стандартным сетевым коммутатором и запитываемым прибором. Они подают в кабель связи электропитание, не влияя на передачу данных. Промежуточное питающее оборудование обычно используется в техслучаях, когда нужно лишь добавить в существующую сеть функции PoE.

Стандарт IEEE 802.3af - 2003 предусматривает подачу по витой паре постоянного номинального напряжения 48 В и максимальную передаваемую мощность 15,4 Вт. С учетом возможных потерь в линии допустимая мощность для запитываемого устройства составляет около 13 Вт. Эта технология работает с существующей кабельной системой на базе кабелей категорий 3 и 5 без необходимости внесения каких-либо модификаций.

Для питания устройств в сети используются свойства физического уровня сети Ethernet. При этом для питания устройств применяется один из двух следующих вариантов.

1. Использование свободных пар кабеля для подачи питания. Кабель категории 5, используемый в сетях 100Base-TX, состоит из четырех пар проводников, две из которых не задействованы. Эти пары могут использоваться для подачи напряжения.

2. Развязка напряжения питания и информационных сигналов, осуществляемая с помощью высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток. Постоянное напряжение питания подается на центральные выводы вторичных обмоток этих трансформаторов и снимается также с центральных отводов на приемной стороне. Такое решение позволяет без взаимного влияния передавать по одной паре проводов высокочастотные данные и постоянное напряжение питания.

Таким образом, питающие устройства могут иметь различные варианты технической реализации рассматриваемой технологии. При этом все запитываемые устройства являются универсальными, т. е. могут работать с любым типом питающих устройств. Для защиты элементов системы от ошибок используется ряд специальных технических решений. Так, запитываемое устройство должно принимать питание в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, при случайной переполюсовке проводов). Кроме того, питающее устройство подает напряжение на кабель только в том случае, если подключенное устройство поддерживает эту технологию. Таким образом, оборудование, не имеющее функции питания через Ethernet и случайно подключенное к питающему устройству, не будет выведено из строя.

При обнаружении сетевого устройства, запитываемого через Ethernet, питающее устройство может дополнительно выполнить его классификацию. Последняя предназначена для определения диапазона мощности, которую может потреблять запитываемое устройство. Каждому устройству в зависимости от заявленной потребляемой мощности присвоен класс от 0 до 4. Максимальный диапазон мощностей имеют устройства класса 0. Класс 4 зарезервирован стандартом IEEE 802.3af - 2003 для дальнейшего развития. Питающее устройство может снять напряжение с кабеля, если запитываемое устройство стало потреблять мощность большую, чем зафиксированная во время этапа классификации. Классификация выполняется путем подачи на кабель питающим устройством постоянного напряжения 14,5-20,5 В и измерения тока в линии.

После подачи рабочего напряжения питающее устройство осуществляет контроль потребляемого тока. Если устройство стало потреблять слишком большой ток или произошло короткое замыкание линии связи, питающее устройство снимает напряжение с кабеля.

Популярность технологии PoE потребовала от разработчиков поиска возможностей ее совершенствования с тем, чтобы обеспечить подачу электропитания через Ethernet для более мощных устройств. Исходя из этих потребностей, институт IEEE санкционировал работу по созданию нового стандарта 802.3at, часто называемого PoE+ или High PoE. Новый стандарт предусматривает подачу максимальной мощности электропитания до 30 Вт по стандартному кабелю категории 5е или более высокой. Решение отказаться от поддержки кабелей категории 3 было продиктовано тем, что кабели категории 5е имеют восемь проводников (у кабелей категории 3 — четыре проводника). Таким образом, появляется возможность использовать для подачи питания четыре пары проводников, а не две, как в стандарте 802.3af. Это значит, что без каких-либо изменений значений тока или напряжения новый стандарт позволит увеличить мощность электропитания, по крайней мере, в два раза. Кроме того, поскольку кабель категории 5 имеет меньшее сопротивление, то и потери при передаче энергии будут меньше. Величина тока в кабеле категории 5е ограничена значением 360 мА, что связано с проблемой нагрева проводников. Таким образом, максимальная мощность при передаче электропитания по всем восьми проводам кабеля составит около 59 Вт, по четырем проводам — 28,5 Вт, что может быть достаточным даже для сравнительно мощных устройств. В настоящее время уже существуют сетевые устройства, выпущенные по предварительным спецификациям стандарта 802.3at.

Особенности применения

Производители сетевых систем телевизионного наблюдения широко рекламируют технологию PoE питания через Ethernet как одно из важных преимуществ сетевых камер, позволяющих существенно снизить затраты на установку и эксплуатацию системы по сравнению с аналоговыми камерами. В некоторых случаях это действительно так. Однако при выборе питания сетевых камер через Ethernet следует учитывать следующие важные особенности.

Во-первых, сетевые камеры и сетевые коммутаторы с поддержкой питания через Ethernet обычно стоят дороже аналогичных устройств, не имеющих этой функции. Сетевые коммутаторы с поддержкой PoE в настоящее время не имеют широкого распространения.

Во-вторых, для обеспечения резервного питания коммутаторов (и подключенных к ним сетевых камер) необходимо использовать компьютерные источники бесперебойного питания (ИБП). Стоимость таких источников может быть сопоставима со стоимостью отдельных источников питания, используемых для питания телекамер.

В-третьих, мощность, передаваемая по кабелю, ограничена значением 12,95 Вт. Следовательно, питание по сети Ethernet невозможно использовать для более мощных устройств, например, поворотных камер. Кроме того, ограничение мощности делает зачастую невозможным питание таких устройств, как мощные источники ИК-подсветки, обогреватели кожуха и т. п. Это также ограничивает область применения сетевых камер с поддержкой технологии питания через Ethernet. Рассмотрим различные аспекты влияния возможного использования питания сетевых камер через Ethernet на сетевую и инженерную инфраструктуры предприятия.

Энергоснабжение. При внедрении технологии PoE возрастает энергопотребление сетевого коммутационного оборудования, а также тепловая нагрузка на систему кондиционирования. Следовательно, потребуется дополнительные ресурсы источников бесперебойного питания и системы кондиционирования. Это значит, что в некоторых случаях для подключения ИБП для питания сетевых камер и дополнительного кондиционера в серверной потребуется установить в электрическом щите выделенный автомат и проложить отдельный кабель. Таким образом, как и в случае с независимым питанием телевизионных камер от отдельных источников, потребуются дополнительные затраты. Поэтому при проектировании системы сетевого телевизионного наблюдения стоит оценить экономическую целесообразность использования технологии питания телекамер через Ethernet.

Время автономной работы. Требуемая продолжительность автономной работы сетевого коммутационного оборудования и оборудования телевизионной системы наблюдения, как элемента общей системы безопасности, может существенно отличаться. Как правило, при питании компонентов телевизионной системы наблюдения через Ethernet требуемое время автономной работы может оказаться существенно выше. Кроме того, нагрузка на источники бесперебойного питания в рассматриваемом случае также выше. Поэтому необходимо либо увеличивать ресурс всей системы резервного питания (включая неоправданное увеличение для «чисто» сетевого оборудования), либо разделять систему резервного энергопитания на две части с разной продолжительностью автономной работы. Продлить автономную работу можно различными способами. Например, подключить к ИБП дополнительные батареи. Однако следует помнить, что их установка потребует дополнительного места и электрической мощности источника питания для заряда. Учитывая, что не все модели ИБП способны работать с дополнительными аккумуляторными батареями, а некоторые имеют ограничение на максимальную емкость подключаемых батарей, может потребоваться замена ИБП. Во многих случаях для обеспечения их быстрого заряда придется устанавливать ИБП с большим запасом мощности. Другой способ продления продолжительности автономной работы — это подключение топливного генератора для питания коммутационного узла или всего здания. При этом требуемое время работы от аккумуляторных батарей снижается. Однако использование топливного генератора может существенно повысить общую стоимость системы. Для него требуется регулярное выполнение работ по техобслуживанию, а вероятность отказа генератора, как механического устройства, заметно возрастает после нескольких лет эксплуатации.

Потери. При протекании тока по кабелю имеет место падение напряжения, и по всей длине кабеля выделяется тепло. Стандарт IEEE Std 802.3af — 2003 учитывает такое явление: питающее устройство, используемое в технологии PoE, должно обеспечивать выходное напряжение в диапазоне от 44 до 57 В и значение тока 350 мА (пусковой ток до 400 мА). А нормальное функционирование потребителей энергии в сети с питанием через Ethernet имеет место в диапазоне входных напряжений запитываемых устройств от 36 до 57 В. Таким образом, при минимальном напряжении 44 В на выходе источника питания и сопротивлении линии, не превышающем 20 Ом (например, когда кабель имеет протяженность около 100 м), падение напряжения на кабеле составит 7 В при токе 350 мА и 8 В при пусковом токе. Следовательно, запитываемое устройство будет работать нормально. Однако необходимо выполнение требований к параметрам используемого кабеля.

Выделение тепла. Дополнительное выделение тепла может оказывать негативное влияние на коммутатор или другие элементы системы, особенно если они расположены вблизи от кабеля. Надо также иметь в виду, что рядом с коммутатором кабели обычно связаны в толстые жгуты, что усиливает эффект от нагревания. В том числе это может привести к их повреждению, поскольку они, как правило, рассчитаны на эксплуатацию при температуре не выше +60°C. Поэтому возможно, что потребуется разделить кабели на небольшие жгуты и предусмотреть дополнительное пространство, достаточное для нормального теплообмена, что не всегда возможно.


Другая проблема, создаваемая дополнительным выделением тепла, состоит в необходимости увеличения мощности системы кондиционирования. Обычно рекомендуется избегать повышения температуры выше +25°C. Поскольку при более высоких температурах существенно снижается ресурс оборудования и повышается риск возникновения областей локального перегрева, что чревато отключением оборудования и снижением ресурса аккумуляторов. Следует помнить, что расчет теплового режима (охлаждения) необходимо выполнить для ситуации с наибольшей тепловой нагрузкой, когда ИБП заряжает батареи или работает от батарей.

Помехи. При работе любого источника питания возникают электромагнитные помехи, которые могут нарушить целостность данных. Тем более что они передаются по тому же кабелю, что и информационный сигнал. Это приводит к снижению средней скорости передачи данных, поскольку часть пакетов может повреждаться. Для уменьшения влияния этого эффекта необходимо использовать высококачественные коммуникационные кабели и внимательно оценивать параметры источников питания. Для сетей с высокими требованиями к скорости передачи данных стоит выбирать модели источников питания с наименьшим уровнем пульсаций и шумов на выходе.

В целом технология с питанием по сети Ethernet дает некоторый выигрыш при работе с сетевыми камерами за счет возможности их установки в местах, где нет обычных электрических кабелей и розеток или где их трудно установить. Однако при этом повышаются требования к сетевой инфраструктуре здания. В любом случае необходим тщательный анализ всех требований и возможных вариантов решения задачи.

 

Оборудование Kramer

Оборудование компании Kramer Electronics Ltd, мирового лидера в производстве аудио-видео оборудования и кабелей, представлено у нас огромной коллекцией различных устройств...

Видеоконференцсвязь, серверы MCU и инфраструктура

Вашему вниманию предлагаются видеоконференции, серверы многоточечной связи (MCU) и инфраструктура по обеспечению систем видеоконференцсвязи.

Обзор камер IP-видеонаблюдения

Здесь кратко представлены камеры сетевого видеонаблюдения ведущих мировых производителей: Axis, Sony, Panasonic, ACTi, Arecont Vision, доступные в нашем Интернет-магазине....

Видеонаблюдение. Заблуждение и реальность

При выборе системы видеонаблюдения большинство Заказчиков руководствуются знаниями, полученными не из профессиональной среды, а из различного рода непрофессиональных консультаций или...