Secur.by Полезное Питание по Ethernet при организации IP-видеонаблюдения

Питание по Ethernet при организации IP-видеонаблюдения

Параметры выбора и использования питания по Ethernet с IP-камерами:

  • сравнение питания по Ethernet (PoE) с питанием от низковольтных источников,
  • когда использовать PoE, а когда не следует,
  • классы PoE,
  • сравнение 802.3af с 802.3at и 802.3bt,
  • нестандартные реализации PoE,
  • запасные пары в кабеле UTP,
  • ограничения по расстоянию,
  • удлинители PoE,
  • сравнение энергопотребления со спецификацией,
  • расчет потребления энергии,
  • PoE через коммутатор, промежуточный инжектор или сетевой видеорегистратор.

Сравнение PoE и электропитания от низковольтных источников

Для работы всем видеокамерам требуется электропитание.

Технология «питание по Ethernet» (PoE) подразумевает использование одного кабеля для подключения камеры к сети передачи данных и к источнику питания. До появления технологии PoE подключение камер к электропитанию, в большинстве случаев, подразумевало использование отдельных низковольтных источников и отдельной проводки для подвода питания. Технология PoE устраняет необходимость в использовании второго кабеля и источника питания.

Более того, что касается источников питания низкого напряжения, по разным оценкам на обеспечении питания технология PoE позволяет сэкономить от $10 до $30 на каждую камеру.

PoE применяется почти всегда

Технология PoE поддерживается и используется практически всеми профессиональными IP-камерами и оборудованием видеонаблюдения.

Исключения, когда PoE не применяется

Есть несколько исключений, когда технология PoE с IP-камерами не применяется. Чаще всего это происходит в случае оптоволоконной или беспроводной транспортной сети, где питание обеспечивается от местного высоковольтного источника. Кроме того, в случае питания от солнечных батарей, при непосредственном подключении к батареям может использоваться более низкое напряжение.

В действительности, на сегодняшний день многие бюджетные сетевые камеры поддерживают только PoE, создавая проблемы материально-технического обеспечения в таких пограничных случаях, где требуется низковольтное питание.

Типы PoE

PoE определяется следующими стандартами IEEE:

  • 802.3af, «стандартное» PoE, используется более чем для 90% всех IP-камер, обеспечивается мощность до 15,4 Вт,
  • 802.3at, «высокое» PoE, используется небольшой частью IP-камер, которым требуется мощность в диапазоне от 15,4 Вт до 30 Вт. Чаще всего поддержка 802.3at требуется при использовании PTZ-камер или камер со встроенными обогревателями / вентиляторами.
  • 802.3bt в настоящее время проектируется, предусматривается возможность PoE обеспечивать мощность 100 Вт, что превышает требования почти всех IP-камер.

Классы PoE

PoE также можно разделить на классы, которые сегментируют и более точно определяют энергопотребление устройств. В следующей таблице представлена сводка типов и классов PoE, применяемого в видеонаблюдении. 

PoE тип/класс

Максимальная мощность источника

Максимальная мощность на камере (через 100м)

Использование

802.3af (нет класса)

15,4 Вт

0,44 - 12,95 Вт

внутр./наружн. камеры

802.3af (класс 1)

4,0 Вт

0,44 – 3,84 Вт

редко

802.3af (класс 2)

7,0 Вт

3,84 – 6,49 Вт

редко

802.3af (класс 3)

15,4 Вт

6,49 – 12,95 Вт

наиболее часто

802.3at (класс 4) PoE+, High PoE

30 Вт

12,95 – 25,5 Вт

PTZ камеры, кожухи с обогревом

Формальная спецификация PoE должна содержать как тип, так и класс, но это требование обычно игнорируется. Чаще всего PoE определяется как «802.3af» без указания класса, это значит, что источник обеспечивает питание где-то в диапазоне от 0,44 до 15,4 Вт.

Указание класса ограничивает минимальную и максимальную обеспечиваемую мощность. Например, если указывается питание 802.3af, класс 2, это значит, что максимально возможная мощность составляет 7,0 Вт.

Несмотря на то, что знание номенклатуры типа и класса важно, большинство современных источников питания и устройств PoE не имеют класса, и такое обозначение становится более редким.

802.3bt на горизонте

Ожидается, что в 2017 г. будет принят еще более солидный класс PoE (802.3bt), находящийся в настоящее время в стадии проекта и ранней разработки. Этот проект предлагает вариант PoE, способный обеспечить мощность 100 Вт на источнике за счет использования всех четырех пар кабеля соответствующей категории, более подробная информация об этом содержится в следующем разделе. Хотя перспектива увеличения мощности более чем в два раза по сравнению с 802.3at и вызывает повышенный интерес, ее использование для оборудования систем видеонаблюдения может оказаться ненужным.

Наиболее вероятной областью применения 802.3bt являются осветительные системы, устройства управления с электроприводами, системы безопасности, мощные промышленные датчики. Для успешной работы большинства камер сетевого видеонаблюдения достаточно менее 10 Вт.

Нестандартные реализации PoE

Не все PoE-устройства используют стандарт 802.3at/af. В системах видеонаблюдения существуют отдельные частные реализации этой основной идеи, отличающиеся напряжением или мощностью. Если для изделия PoE конкретно не указано соответствие стандарту 802.3af/at, могут возникнуть проблемы из-за несовместимости.

В некоторых случаях частные реализации PoE работают согласно стандартам, но с заниженными функциональными возможностями. Стандарт 802.3af/at использует пассивный формат, в котором питание обеспечивается по неиспользуемым парам, но имеется возможность обеспечения питания и в активном формате по парам, используемым для передачи данных.

Один пример: некоторые версии продуктов Ubiquiti используют PoE напряжением 24 В постоянного тока, а не 48 В постоянного тока, которое соответствует стандарту. Хотя в действительности для питания и используется Ethernet-кабель, но подаваться оно должно с помощью нестандартного PoE-инжектора.

 

Сравнение альтернативы A и альтернативы B

Итак, как работает PoE? Чтобы ответить на этот вопрос нужно внимательнее взглянуть на типовой разъем RJ-45/8P8C и UTP-кабель. Из приведенной далее таблицы следует, что из восьми проводов в кабеле категории 5/5e/6 обычно используются только четыре. Остальные четыре остаются неиспользованными. В случае альтернативы А (пассивное PoE) питание подается по парам, используемым для передачи данных, в то время как в случае альтернативы B для подачи питания на подключенное устройство используются незадействованные провода. На следующей таблице приводится схема расположения выводов альтернативы B:

В случае альтернативы B, два вывода стандартного 8-контактного разъема используются для передачи данных, два – для получения данных, два – для подачи плюса постоянного тока, а оставшиеся два замыкают цепь, соединяя с минусом постоянного тока.

Однако большинство средств систем IP видеонаблюдения автоматически определяют, какие пары используются для подачи питания.

Несмотря на то, что расположение выводов зависит от стандартов кабельной проводки (например, TIA/EIA 568A или B), стандарты распространяются только на две пары, используемые для передачи данных, не затрагивая пары, используемые для подачи питания. Независимо от того, какой стандарт проводки используется, если источники питания и устройства соответствуют спецификации 802.3af/at, подключение питания выполняется одинаково.

Ограничения по расстоянию

PoE ограничивается теми же 100 м, что и сети Ethernet в целом. Сначала теряется качество передачи данных, и только потом характеристики питания опускаются ниже гарантируемых стандартами.

Некоторые производители приняли вариант питания, предусматривающий последовательное подключение ряда камер.

Удлинители PoE

Для обеспечения питания на расстояниях, превышающих 100 м, используются удлинители PoE. Обычно они представляют собой пары адаптеров для каждой сетевой видеокамеры с подачей питания на стороне головного узла. С помощью удлинителей PoE можно обеспечивать питание на расстоянии 300 или даже 600 м.

Сравнение энергопотребления PoE со спецификациями

Производители IP-камер, наряду с информацией о том, поддерживают ли их камеры PoE, указывают энергопотребление. Эта информация необходима, чтобы знать суммарную мощность, так как даже если все камеры относятся к «обычному» стандарту 802.3af PoE, энергопотребление может варьироваться в диапазоне от 2 до 15 Вт. По приблизительному подсчету фиксированные IP-камеры обычно потребляют около 4 - 7 Вт.

В спецификациях камер сетевого видеонаблюдения значения энергопотребления обычно указываются с запасом и превышают фактическое энергопотребление, это подтверждается проведенным тестированием IP-камер, поддерживающих PoE.

Расчет потребления энергии

Обычно несколько IP-камер получают питание от одного устройства. Таким образом, требуется знать потребности каждой камеры в энергии и суммировать их при объединении в одну систему.

В следующей таблице приводится пример расчета для 7 камер 3-х моделей. 

Количество

Модель камеры

Энергопотребление PoE

Суммарное потребление

2

Axis Q1604

7 Вт

2 х 7 = 14 Вт

2

Bosch Starlight 7000 HD PTZ

24 Вт

2 х 24  =  48 Вт

3

Dahua HF3101N

6 Вт

3 х 6 = 18 Вт

Всего требуется 80 Вт, тип 802.3at

 

Требуемая общая мощность составляет 80 Вт, но не у всех камер тип PoE одинаков. В то время как камеры Axis и Dahua потребляют значительно меньше 15,4 Вт, обеспечиваемых 802.3af, для PTZ-камер Bosch требуется 24 Вт, что относит их в категорию PoE+/802.3at. По этой причине источник питания должен обеспечивать PoE+ как минимум на двух портах и общую мощность 80 Вт.

PoE через коммутатор, промежуточный инжектор или сетевой видеорегистратор.

PoE обычно обеспечивается одним из трех способов:

  • от сетевого коммутатора, поддерживающего PoE,
  • через модуль, последовательно подключенный к кабелю, который называется промежуточным инжектором,
  • от сетевого видеорегистратора со встроенным PoE-коммутатором.

Чаще всего для обеспечения PoE используется сетевой коммутатор. Промежуточный инжектор используется значительно реже, хотя в некоторых случаях он более предпочтителен, так как позволяет отделить работу и поддержку коммутатора от промежуточного инжектора / PoE.

Проблемы коммутаторов

Применение PoE расширяется во многих областях, найти коммутаторы, поддерживающие PoE, несложно.

Однако следует обратить внимание на то, что питание должно обеспечиваться на всех портах коммутатора. Зачастую, особенно в бюджетной и абонентской коммутационной аппаратуре, PoE обеспечивается не на всех, а только на одном порте или на половине из имеющихся портов:

Даже многие «профессиональные» коммутаторы обеспечивают только половину мощности, требующейся для полной поддержки 802.3af. Например, коммутаторы на 12 портов часто обеспечивают PoE суммарной мощностью 90 Вт, что составляет 7,5 Вт на порт. При подключении IP-камер ко всем 12 портам для их питания может потребоваться более 90 Вт. В таких случаях камеры могут беспорядочно отключаться, что может быть принято за их неисправность, хотя на самом деле это коммутатор отключает порты, так как не имеет достаточно энергии для питания всех камер. Некоторые коммутаторы премиум-класса предлагают «полное» PoE на всех портах. Для нашего примера с коммутатором на 12 портов необходимая мощность составит 180 Вт (15 Вт x 12).

Промежуточные инжекторы

Другая опция, промежуточные инжекторы, распространена менее широко, но может стать правильным выбором в тех случаях, когда требуются камеры, поддерживающие PoE, но уже существующая сеть не поддерживает PoE, или когда определенные требования PoE могут быть удовлетворены экономичнее, чем в случае приобретения более дорого оборудования.

Например, в приведенном выше примере с системой на 7 камер две из камер ставят перед коммутатором более высокие требования PoE+. С учетом цен может оказаться более выгодным сначала приобрести коммутатор, поддерживающий обычное (802.3af) PoE, а затем отдельно купить два промежуточных инжектора PoE+ для PTZ-камер. Такой ход позволит сэкономить несколько сотен, таким образом, имеет смысл рассматривать обе опции обеспечения PoE.

Сетевые видеорегистраторы

Некоторые сетевые видеорегистраторы имеют встроенные коммутаторы, поддерживающие PoE. Эта опция встречается и применяется наименее часто из трех упомянутых. Ее основным преимуществом является более простая установка, так как не требуется покупать отдельный коммутатор, поддерживающий PoE, и выполнять подключение к нему. Существуют те же сложности, что и в случае с обычными сетевыми коммутаторами: так же требуется проверять обеспечиваемую суммарную мощность, и так же обращать внимание на типы питания (PoE или PoE+ и т.д.) Еще одной сложностью является то, что сетевые видеорегистраторы со встроенным коммутатором могут поддерживать большее количество видеокамер, чем число портов у встроенного коммутатора этого видеорегистратора. Например, сетевой видеорегистратор может иметь встроенный коммутатор на 9 портов и при этом поддерживать 16 камер. Если требуется использование 16 камер, понадобится дополнительный коммутатор / источник PoE.

В случае видеорегистраторов со встроенными коммутаторами, поддерживающими PoE, основные опасения вызывают надежность и проведение обслуживания таких устройств. Однозначную оценку дать невозможно, так как эти устройства не используются достаточно широко и достаточно долго.