Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Влияние стандарта PoE Plus на IP-видеонаблюдение

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ
ТЕХНОЛОГИЯ POE+

Влияние стандарта PoE Plus на IP-видеонаблюдение

До недавнего времени уровень мощности PoE считался вполне достаточным. Однако новые устройства требовали все большей мощности. Особенно это относится к мегапиксельным IP-видеокамерам, тем более – к устройствам с подогревом для наружной установки
Николай Чура
Технический консультант компании "Фирма "Видеоскан"

Система питания удаленного устройства по кабелям сети PoE (Power over Ethernet) была поначалу предложена для IP-телефонии (Voice over Internet Protocol – VoIP). С легкой руки Cisco она стала международным стандартом в июне 2003 г. после ратификации ее институтом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), в виде стандарта 802.3af. В области IP-телефонии это позволило сделать систему такой же удобной, как традиционная телефонная сеть, где питание на аппараты подается от телефонной станции. В этом случае значительно проще для пользователей реализуется бесперебойное питание, что обеспечивает надежность связи, а оборудование не привязано к ближайшей сетевой розетке промышленной электросети. Технология PoE обеспечивает подачу питающего напряжения по уже проложенным кабелям с витыми парами категорий 3, 5, 5е и 6.

Различные применения и преимущества PoE

Преимущества технологии PoE по стандарту 802.3af распространяются на большее число подключаемых к ЛВС (LAN) устройств. Очевидна выгода дистанционного питания считывателей магнитных карт, устройств контроля доступа в здание, беспроводных точек доступа (особенно когда они установлены в подвесном потолке), элементов аварийной сигнализации и радиочастотной идентификации. Кроме того, как уже отмечалось выше, технология PoE позволяет обеспечить резервирование электропитания таких приборов, а это крайне важно для безопасности как системы контроля доступа, так и здания в целом.

В результате все устройства подключены к одному или нескольким источникам бесперебойного питания и, естественно, продолжат работать даже при отключении питания электроэнергией всего здания.

Мощность и метод передачи

Согласно стандарту IEEE 802.3af для дистанционного электропитания PoE используются 2 из 4 пар кабеля ЛВС. Сетевой коммутатор (Switch) с PoE подает электропитание в каждый кабель через те же самые пары, по которым передаются данные (контакты 1–2 и 3–6). Промежуточные инжекторы PoE (Midspan) задействуют для этой цели пары, которые обычно не используются (4–5 и 7–8). Эти же пары, как правило, применяются для питания отдельных инжекторов, которые не так адаптивны и интеллектуальны, как встроенные в коммутаторы источники PoE.

В соответствии с существующей редакцией стандарта максимальная мощность систем PoE (Power Class 0 и Power Class 3) составляет 15,4 Вт. Она достигается при напряжении, равном 44 В, и токе 350 мА – это мощность, обеспечиваемая питающим оборудованием (Power Sourcing Equipment – PSE). На кабеле длиной до 100 м из-за потерь, связанных с сопротивлением жил, происходит снижение мощности до 12,95 Вт, такую мощность получит оконечное устройство (Powered Device – PD).

Предпосылки создания PoE+

Со временем новые устройства и разработки стали требовать более высокую мощность. Дополнительные трудности создавала необходимость (при усовершенствовании стандарта 802.3af) совместимости старых и новых вариантов устройств. Безопасность и исправность сетевого оборудования PoE при использовании в сетях PoE+ также должна обеспечиваться. Максимально допустимая мощность ограничивалась не только допустимым током разъемов RJ45, но и максимальной температурой кабелей, особенно для центрального кабеля в жгуте или кабельном лотке.

В новом стандарте повышенной мощности PoE Plus, кроме работы в типовой и уже привычной сети 10/100 Мбит/с, реализована и поддержка сети Гигабит и даже 10 Гигабит. Правда, предполагается, что для последних вариантов и некоторых нагрузок (например, IP-видеокамер арктического варианта с повышенным подогревом) потребуются мощности в 50–60 Вт.

Варианты подачи питания

Стандарт IEEE 802.3at от 2009 г., известный как PoE+, или PoE plus, предусматривает подачу мощности с учетом потерь в жилах кабелей до 25,5 Вт. Поскольку потери в кабеле заранее неизвестны, мощность нормируют на выходе питающего устройства – 30 Вт. В табл. 1 представлены различные методы подачи питания для сетей с разной пропускной способностью.


Несмотря на то, что стандартом не предполагается использовать все 4 пары для передачи питания, с устройствами, требующими мощность, большую, чем 25,5 Вт, приходится применять все имеющиеся жилы кабеля витой пары.

На рис. 1 показана схема подачи такого питания в стандартной сети 10/100 Мбит.

Метод дальнейшего увеличения мощности

Для сохранения допустимых токов и, соответственно, потерь в кабеле увеличение передаваемой мощности обеспечивается незначительным повышением рабочего напряжения с 44 до 50 В. Работа с PoE в скоростных сетях при большом потреблении требует инжекционных устройств большой сложности и стоимости, поскольку может применяться только метод фантомного питания. На рис. 2. представлена примерная схема такого питания.


Подобные решения не рассматриваются пока существующим стандартом и используются каждым крупным производителем для своего оборудования самостоятельно.

Защитные и адаптивные механизмы

Несмотря на нововведения в PoE Plus, стандарт 802.3at полностью обратно совместим с 802.af, так что после его внедрения можно не отказываться от имеющихся оконечных устройств с поддержкой PoE.

Таким образом, PoE Plus представляет собой дальнейшую модификацию предшествующего стандарта. При этом необходимая дифференциация различных конечных устройств осуществляется с помощью нескольких механизмов:

  1. задан дополнительный класс мощности потребителей;
  2. предусмотрена "двухэтапная" (Two-Event) классификация для физического уровня, а также классификация для канального уровня (Data Link Layer, DLL).

При первой классификации устройство PSE отправляет 2 импульса. Потребитель, которому требуется мощности больше, чем предлагаемые стандартом 802.3af 12,95 Вт, отвечает подписью 4 класса. Затем устройство PSE при второй классификации отправляет один-единственный импульс и подает ток на оконечное устройство. После этого оконечное устройство способно активно взаимодействовать с модулем PSE по протоколу на уровне DLL (Link Layer Discovery Protocol – LLDP) и договориться с ним о подаче необходимой мощности. В табл. 2 представлены классы мощности потребителей для стандарта PoE Plus.


Как и в стандарте 803.2af, в 802.3at предусматривается дополнительный защитный механизм для проверки всех подключенных оконечных устройств на соответствие технологии PoE. Напряжение подается на порт, только если к нему подключено подходящее оконечное устройство. Чтобы отличать оконечные устройства с поддержкой PoE от всех остальных, модули PSE используют метод под названием Resistive Power Directory. Для его реализации оконечному устройству достаточно лишь пассивных элементов. При этом посредством измерительной схемы модуль PSE проверяет, попадает ли внутреннее сопротивление нагрузки в диапазон между 19 и 26,5 кОм с максимальной емкостью 10 мкФ. При положительном результате устройство PSE активирует подачу питания и с помощью еще одного теста определяет класс мощности оконечного устройства. Кроме того, имеется механизм защиты, который активируется, когда оконечное устройство отключается от порта PoE. Тогда модуль подачи питания сразу же прекращает подвод электроэнергии на соответствующий порт во избежание, к примеру, подключения к интерфейсу Ethernet оборудования, не поддерживающего PoE.

Перспективность и удобство питания PoE и PoE+

Кроме монтажных удобств и экономии кабелей, метод подачи питания PoE благодаря своей адаптивности и интеллектуальности снимает с пользователя все заботы по согласованию используемых устройств и блоков питания. Модули подачи питания (Power Sourcing Equipment – PSE) снабжают электроэнергией только нуждающихся в ней потребителей (Powered Devices – PD) и контролируют и ограничивают доступную для них мощность.

Технология PoE и ее более мощные варианты реализации Plus (включая и совсем мощные варианты Plus (60W) и Ultra PoE от крупных производителей) позволяют серьезно сократить расходы на прокладку кабелей и ее компонентов при монтаже сети.

В результате по сравнению с традиционной структурой достигается снижение затрат как при монтаже, так и при техническом обслуживании.

Становится более простой и элегантной архитектура системы. Повышается гибкость инфраструктуры. Правда, за это, как обычно, приходится платить.

Появление последних вариантов технологии PoE открывает широкие возможности применения мегапиксельных IP-видеокамер сложной и совершенной конструкции (и имеющих большее потребление). Одновременно использование более широкополосных сетей открывает перспективы максимально спокойного перехода на многоканальный 4К-формат с сохранением удобного питания PoE.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #5, 2016
Посещений: 4134


  Автор
Чура Н.И.

Чура Н.И.

Технический консультант ООО "Система СБ" и ООО "Микровидео /Группа".

Всего статей:  57

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций