Что такое PoE?
Аббревиатура PoE расшифровывается как "Power over Ethernet" (питание по сети Ethernet). Но реализация технологии намного сложнее, чем при помощи кабеля с вилкой для электросети на одном конце и разъемом RJ-45 на другом, как на юмористической картинке в начале статьи. Такое простое воплощение попросту невозможно, так как большинство электронных устройств работают не на переменном, а на постоянном токе низкого напряжения: 12V, 24V, 48V и т. д. Поэтому в сети обязательно должны присутствовать устройства, выполняющие, в том числе, функции понижающего трансформатора и выпрямителя.
В сетевом кабеле (витой паре) с подключением по стандарту 100BASE-T (Fast Ethernet, 100 Мбит/с) данные передаются только по 2 парам, а остальные 2 пары остаются свободными. Однажды кто-то очень сообразительный придумал использовать эти свободные жилы для подачи электропитания на устройства. По одному LAN-кабелю техника получает и данные, и электричество. Очень удобно для тех случаев, когда оборудование нужно установить на крыше, на мачте, во дворе частного дома, то есть в тех местах, куда подводить отдельный кабель с электропитанием проблемно или дорого.
Позднее возник другой вариант - подавать ток по тем же жилам, что и информацию. Это позволило применить технологию в сетях Gigabit Ethernet, 10/100/1000 Мбит/сек, где все 4 пары задействованы в передаче информации. Питание и данные передаются на разных физических уровнях, поэтому не мешают друг другу.
Устройства PoE
В рамках технологии различают 3 вида устройств:
PoE-потребители (PD)
PoE-сплиттеры
Предназначены для организации удаленного питания в сети, если конечное устройство, которое необходимо запитать, не поддерживает технологию PoE. Сплиттеры действуют обратно адаптерам PoE: поступающие к ним по одному кабелю (витой паре) электропитание и данные они разделяют на два кабеля: отдельно электричество, отдельно данные.
PoE-сплиттер также может конструктивно представлять собой блок или шнур.
PoE конвертеры
При строительстве линков может возникнуть ситуация, когда источник и потребитель PoE работают с разным напряжением, разными стандартами. Для этих случаев существует такая группа устройств, как PoE-конвертеры.
Как с помощью PoE организовать подачу питания по витой паре
Варианты подключения с использованием разных типов устройств по технологии PoE наглядно иллюстрируются этой картинкой со схемами:
Что важно знать для правильного подключения
Вот мы купили какой-то PoE-адаптер, подключили его к Ethernet и электросети, подсоединили LAN-кабель от него в точку доступа, которую хотели запитать. Кажется, просто.
Цифровые IP камеры, которые широко применяются как в системах видеонаблюдения, так и для других целей, обязательно должны быть подключены к источнику электропитания. Организация стабильного и бесперебойного питания является залогом надёжной работы системы видеонаблюдения. Питание IP камер, в зависимости от конструкции, осуществляется постоянным напряжением от 12 до 24 вольт. Подача питающего напряжения на удалённые IP камеры может осуществляться несколькими способами.
Основные способы питания цифровых камер
Мощность, потребляемая цифровыми устройствами, обычно не превышает несколько десятков ватт при небольшом напряжении, поэтому для питания IP камер нет необходимости прокладывать мощные кабельные линии. Для организации электропитания цифровых видеокамер могут использоваться несколько способов:
- Использование технологии PoE;
- Подача питания по витой паре;
- Применение отдельных источников питания для каждой камеры;
- Работа IP камер от аккумулятора или батареи.
Наиболее перспективным способом подачи питания на считается технология PoE. Для трансляции видеопотока с IP камер используется кабель «витая пара» и технология PoE (Power over Ethernet – питание по Ethernet кабелю), которая обеспечивает подачу напряжения питания по тому же кабелю, с использованием одной или двух пар проводников.
Данная технология определяется специальным протоколом, в котором регламентируются все электрические параметры, и который позволяет передавать по витой паре постоянное напряжение величиной до 56 вольт с током 400 mA. Такое напряжение было выбрано исходя из того, что технология PoE предназначена не только для питания цифровых камер видеонаблюдения, но и для других устройств. Питание IP камер через PoE, а так же другими способами, должно осуществляться от имеющего собственный аккумулятор. В этом случае, при аварии на электрической сети система видеоконтроля сможет работать ещё определённое время.
По витой паре с помощью PoE инжекторов. В том случае если цифровое устройство не поддерживает PoE, осуществить подачу электропитания на удалённое устройство по можно с использованием специальных инжекторов.
Блоки питания. В некоторых случаях, особенно для питания IP камер, используемых для внешнего наблюдения, могут использоваться блоки питания. Они располагаются в непосредственной близости от камер, и каждый блок питания обеспечивает рабочим напряжением одно устройство.
Такой способ удобен тем, что при выходе из строя конкретного блока неработоспособной окажется только одна камера. Для организации подобного типа питания необходимо чтобы в точках установки камер видеонаблюдения имелась базовая сеть 220V с возможностью подключения к ней блоков питания.
Автономное питание. В системах видеонаблюдения иногда используются . Такая камера питается от компактного аккумулятора, а видеоинформация может транслироваться по радиоканалу или записываться на карту памяти.
- Посредством PoE;
- По витой паре с использованием PoE инжекторов и блоков питания.
Подача напряжения на IP камеры через PoE
Существует два стандарта этой технологии: 802.3af от 2003 года и 802.3at, принятый в 2009 году. Последний вариант идентифицируется как PoE+. Если первый вариант позволяет подключить внешнее устройство с потребляемой мощностью до 15 Вт, то технология PoE+ позволяет подавать питание на несколько устройств с мощностью до 30 Вт с использованием двух пар проводников.
Большинство IP видеокамер потребляют 2-4 Вт, поэтому даже стандарт 2003 года позволит обеспечить электропитанием до 7 камер видеонаблюдения при условии установки их внутри помещения. требуют для своей нормальной работы в любых климатических условиях наличие специального защитного кожуха, термоэлемент которого так же может быть запитан от линии питания камеры, что потребует дополнительной мощности.
Главная особенность технологии PoE заключается в том, что для питания IP камер видеонаблюдения не требуется выполнять монтажные работы по прокладке отдельной кабельной линии, поскольку и видеоинформация и питающее напряжение проходит по одному и тому же кабелю. В технологии PoE принято деление на 4 класса: 0, 1, 2, 3, где каждый класс определяется мощностью внешнего устройства и мощностью, которая подаётся на порт. При работе устройств по PoE особый режим предусматривает мгновенное отключение питающего напряжения в случае возникновения ситуаций, способных привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования.
Питание камер по PoE несмотря на удобство и перспективность имеет определённое ограничение. Длина кабеля, транслирующего видеопоток и напряжение питания от коммутатора до камеры видеонаблюдения, ограничивается 100 метрами.
Этот порог легко преодолим несколькими способами:
- Применение PoE репитеров (повторителей);
- Использование конвертеров VDSL2.
Репитеры, или повторители, подключаются через каждые 90-100 метров и позволяют значительно увеличить протяжённость линии от коммутатора до видеокамеры.
Конвертеры VDSL2 или устройства Ethernet Extender предназначены для подключения по кабелю на расстоянии более 100 метров. Максимальная длина соединительной линии с применением проводников сечением 0,5 мм может достигать 1500 метров.
Применение PoE инжектора и блока питания
Можно подать питающее напряжение на IP видеокамеру без применения технологии PoE. Для этого так же существует несколько способов. Самый простой способ подать питание IP камеры по витой паре требует небольшой переделки LAN кабеля.
Инжектор для питания по витой паре
Дело в том, что две витые пары такого кабеля не используются для передачи сигнала, и их можно использовать для подачи напряжения питания от отдельного источника на IP камеру. Для этого необходимо разрезать оболочку кабеля, и вывести наружу две свободные пары. Затем проводники пар соединяются параллельно для увеличения сечения провода. После этого от внешнего источника постоянного напряжения можно подавать питание на IP камеру. При сечении пары 0,4 мм 2 (один проводник 0,2 мм 2) можно расположить видеокамеру от источника питания на расстоянии до 70-80 метров при потребляемой мощности не более 5 Вт.
Для подачи питания на различные устройства, в том числе и на камеры видеонаблюдения, используются устройства называемые инжекторы . На инжекторе имеется порт LAN и порт POE. К порту POE подключается внешнее устройство, поддерживающее технологию PoE, а к порту LAN подключается коммутатор или компьютер. Кроме того на инжекторе есть разъём для подключения . Существуют инжекторы, объединённые с компактным источником питания в одном корпусе. Различные модели инжекторов могут отличаться количеством портов, число которых может быть от 1 до 16. Такие типы PoE адаптеров прекрасно подойдут для организации видеонаблюдения с небольшим количеством IP камер.
Достаточно часто для подключения камер видеонаблюдения применяются так называемые пассивные инжекторы. Они представляют собой обычные переходники, предназначенные для удалённого подключения устройств, поддерживающих технологию PoE. Некоторые модели переходников позволяют подключать к кабелю устройства, не предназначенные для применения такой технологии, например,
В данной статье рассмотрим аспекты применения и назначения технологии PoE, принципы подачи питания в линию и влияние внедрения на сеть электропитания.
Принятый в июле 2003 г. стандарт IEEE 802.3af регламентирует способ энергоснабжения устройств, подключенных к сети Ethernet, который предполагает использование кабеля, предназначенного для передачи данных.
Википедия определяет PoE следующим образом:
Power over Ethernet, или PoE - технология, позволяющая передавать удалённому устройству вместе с данными электрическую энергию через стандартную витую пару в сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, Web-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.
Отукуда сразу же становится понятно с какой целью изобреталась данная технология - кому охота тащить питающий кабель до веб-камеры или VoIP девайса, тем самым и так увеличивая кабельное хозяйство офиса или дома.
Правда кидаться внедрять PoE везде и всюду надо внимательно, т.к. это внедрение требует пересмотра вопросов электропитания и охлаждения (естественно речь идет о промышленном внедрении)
Если не принять в расчет возросшие потребности в мощности энергоснабжения и охлаждения, то следует быть готовым к непредвиденным отключениям и нарушениям в работе оборудования. Поскольку PoE обычно применяется в системах связи и контроля доступа, негативный эффект от таких отключений особенно заметен.
Как подается питание в линию?
Для подачи энергии в сеть Ethernet предусмотрены следующие методы:- коммутатор с подачей напряжения в линию;
- «инжектор питания», устанавливаемый между коммутатором и кроссом;
- кросс с подачей напряжения в линию;
- «инжектор питания» для одной линии (последний обеспечивает питание РоЕ-совместимых устройств в сетях, лишенных такой поддержки)
Технология PoE не оказывает влияния на качество передачи данных. Для ее реализации используются свойства физического уровня Ethernet:А) Использование высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток. Постоянное напряжение питания подается на центральные отводы вторичных обмоток этих трансформаторов, и так же с центральных отводов снимается на приемной стороне. Использование центральных отводов сигнальных трансформаторов позволяет без взаимного влияния, передавать по одной паре проводов и высокочастотные данные и постоянное напряжение питания.
В) Использование свободных пар для подключения питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100Base-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.
Соответственно есть два варианта подачи питания устройством PSE:
- A - на витые пары по которым идут данные
- B - на неиспользуемые пары в кабеле
PSE устройства (инжекторы) отличаются, в зависимости от вариантов А или В, при этом сплиттеры, то есть PD устройства, являются универсальными. Устройство PD обязано уметь принимать питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель типа компьютер - компьютер). Важным является то обстоятельство, что устройство PSE подает питание в кабель только в том случае, если подключаемое устройство является устройством типа PD. Таким образом, оборудование, не поддерживающее стандарт PoE и случайно подключенное к устройству PSE, не будет выведено из строя. Процедура подачи и отключения питания на кабель состоит из нескольких этапов.
Предельно допустимый уровень мощности порядка 15-16 Вт на порт при токе 350мА и напряжении 48В, исходя из этих ограничений вырисовывается список устройств, который может запитываться по этой технологии.
Типичный IP-телефон потребляет до 5 Вт энергии, IP-телефон с поддержкой видео, как и считыватель меток RFID или фиксированная камера видеонаблюдения, - 10-12 Вт, беспроводная точка доступа, считыватель карт или электромеханический замок - от 8 до 12 Вт.
Находящаяся на стадии разработки версия стандарта PoE+ (IEEE 802.3at) позволит подключать устройства с энергопотреблением до 30 Вт при передаче данных по двум парам (10BaseT и 100BaseTX) и оборудование мощностью до 60 Вт в случае передачи по всем четырем парам (для гигабитного Ethernet 1000BaseT). Таким образом, точки доступа Wireless Mesh Network мощностью до 50 Вт, управляемые камеры видеонаблюдения с энергопотреблением до 20 Вт и другие достаточно мощные устройства смогут получать питание по одному проводу.
На что следует обратить внимание при внедрении PoE в корпоративной сети?
Допустим наш офис насчитывает 50 машин. Имеется два 48-портовых коммутатора и «инжектор» для подачи напряжения на устройства с поддержкой PoE. И, предположим, что наши устройства потребуют не более 7Вт по мощности.
Без использования технологии PoE энергопотребление коммутационного оборудования малого офиса не превысит 90 Вт. Для поддержки такой нагрузки достаточно ИБП мощностью 500 Вт/750 ВА.
Однако если мы запитаем от ИБП всё телекоммуникационное оборудование, веб-камеры и другое дополнительное оборудование, то нам придется учесть увеличившуюся нагрузку (для малого офиса на 50 активных устройств она увеличится примерно в 6 раз)на ИБП, что может повлечь за собой замену ИБП на более мощный аналог.
Также, возможно, придется выполнять расчет тепловыделения, т.к. новый ИБП в режиме заряда батарей будет выделять больше тепла.
Конечно, основная функция системы видеонаблюдения – это обеспечение безопасности объекта, но малейшие сбои или неисправность в может свести на «нет» все усилия по созданию качественной и надёжной системы видеоконтроля.
Подача питания на цифровые камеры
Камеры имеют высокое разрешение, большую чёткость картинки, надёжны в работе, но они потребляют значительный ток, поэтому следует ответственно и со знанием дела подходить к организации электропитания IP камер.
Системы видеонаблюдения можно разделить на две категории:
- Видеонаблюдение внутри отапливаемых помещений
Электропитание внутренней системы видеоконтроля подаётся только на камеры, а контур наружного видеонаблюдения потребляет большую мощность, которая используется для подогрева термокожуха камеры и на питание инфракрасной подсветки, в ночное время.
Одним из наиболее распространённых способов подачи питания на IP камеры, является использование технологии Power over Ethernet (PoE).
Суть этого способа заключается в том, что питание на видеокамеры подаётся по тому же кабелю, что и данные. Для разводки системы видеонаблюдения используется провод UTP с четырьмя витыми парами.
Такой способ подачи питания удобен тем, что он позволяет не использовать дополнительные провода, что позволяет сэкономить средства и снизить время на инсталляцию. Этот способ регламентируется стандартом IEEE 802.3at-2009, который предусматривает подачу мощности до 30 Вт.
Существенным недостатком способа PoE, является то, что длина кабеля Ethernet, не должна превышать 100 метров.
Подключение IP видеокамер на большие расстояния
Для того чтобы преодолеть стометровый предел применяются определённые технические решения, связанные с использованием дополнительных элементов.
Применение нескольких PoE репитеров (повторитель). Репитер принимает поток данных, и питающее напряжение затем передаёт их по кабелю Ethernet к следующему устройству.
Цепочка последовательно подключённых повторителей, может значительно увеличить длину кабеля до IP камеры.
Применение конвертеров выполненных по технологии VDSL2. Такой конвертер передаёт данные с видеокамер и обеспечивает подачу питания по витой паре на расстояние до 1,5 км при небольшой мощности.
Использование технологии «PoE Extender», которая позволяет с помощью устройства «Power Reach» предавать данные со скоростью 100 Мбит/сек, и обеспечивать мощность не менее 60 Вт на расстоянии до 500 метров.
Этой мощности вполне достаточно для питания не только цифровой видеокамеры, но и для питания термокожуха и инфракрасной подсветки. Эта технология хорошо подходит для организации наружного видеонаблюдения.
Устройства «Power Reach» можно соединять последовательно, но на расстояние не более 2 км. При этом скорость передачи данных останется неизменной, а мощность упадёт до 3-6 Вт.
Блоки питания
Питание IP видеокамер может осуществляться с любого источника питания, который выдаёт соответствующее напряжение и подходит по рабочему току, но с учётом некоторых требований.
Важным для питания IP видеокамер и работы всей системы видеонаблюдения, является непрерывная подача электроэнергии даже при пропадании сетевого напряжения. Это значит, что необходимо использовать бесперебойные источники питания (ИБП), в корпусе которых находится аккумулятор, который сможет обеспечить работу в течение некоторого времени.
Конечно, это имеет смысл лишь в том случае, когда все элементы, а особенно , так же имеют бесперебойное питание.
Если все компоненты снабжены блоками питания с аккумулятором, то очевидно, что время работы в автономном режиме у всех узлов должно быть одинаковым.
Достаточно часто используются многоканальные блоки питания, которые имеют несколько независимых выходов для потребителей. Все каналы, абсолютно независимы и при выходе из строя одного из каналов, остальные остаются работоспособными.
Минус такой системы заключается в том, что каждый канал придётся разводить на свою группу потребителей, что подразумевает использование большого числа проводов.
Автономные видеокамеры
на батарейках могут использоваться, в системах безопасности, как в общественных зданиях, так и в бытовой сфере.
Такие камеры могут иметь два различных варианта исполнения. Первый вариант – это камеры скрытого видеонаблюдения. Они не предназначены для работы в сетях, поскольку сигнал от таких камер никуда не передаётся.
Камеры питаются от аккумулятора или батарейки и осуществляют запись видеоинформации на карту памяти. Как правило, они включаются на запись от встроенного .
Второй вариант – это полноценные камеры видеонаблюдения, которые не предназначены для записи, а оборудованы встроенным передатчиком, который и передаёт информацию на приёмное устройство.
Применение беспроводных камер видеонаблюдения на батарейках, оправдано в тех случаях, когда по различным причинам невозможно осуществить установку и подключение .
Сигнал с камеры приходит на приёмник, который можно подключить непосредственно к монитору или цифровому видеорегистратору. Передающее устройство работает на частоте 1,2 Ггц или 2,4 Ггц. Дальность передачи может составлять 50 метров и более, но такая камера очень чувствительна к различного рода помехам.
Уровень сигнала с передатчика видеокамеры может заметно снизится, если между передающим и приёмным устройством находятся стены или окна.
Большинство передают цветную картинку и звук с встроенного микрофона. Примером удачного технического решения может служить камера SP3160.
Она передаёт цветное изображение и звук в хорошем качестве и имеет следующие технические характеристики:
- 380 линий,
- Угол обзора 620,
- Выходная мощность передатчика 15 мВт,
- Инфракрасная подсветка до 3 метров.
Камера работает от аккумулятора, её размеры 90 Х 30 Х 30 мм. Для организации видеонаблюдения с помощью такой камеры, необходимо приобрести приёмное устройство. Оно имеет USB-выход и может быть подключено к компьютеру или оборудованному USB-входом.
Среди видеокамер с автономным питанием имеются очень перспективные энергосберегающие камеры.
Они находятся в режиме ожидания, потребляя минимальное количество энергии, но при срабатывании датчика движения, такие камеры, мгновенно активируются и начинают передавать изображение и звук на приёмное устройство. После прекращения движения, камеры вновь переходят в режим ожидания.
Следует знать, что для систем видеонаблюдения категорически нельзя использовать китайского производства с обмеднёнными стальными жилами, несмотря на его дешевизну.
Можно использовать только провод с проводниками из чистой меди, производства известных компаний.
Провод с обмеднением обеспечивает очень ненадёжный контакт с разъёмами и при его использовании придётся постоянно искать точки отказа и, в конце концов, придётся полностью переделывать всю разводку системы видеонаблюдения.
Или там, где электрические розетки недоступны? Благодаря появилась возможность оптимального размещения активных сетевых устройств без привязки к расположению розеток электросети. Питание удаленному сетевому устройству передается вместе с данными через стандартную витую пару.
Для подачи питания (обычно это 48В) по витой паре потребуется . Он подключается к электросети и порту Fast Ethernet (или к гигабитному порту, если это гигабитный инжектор) и на выходе дает передаваемый по обычной витой паре сигнал PoE питание + данные.
PoE-инжектор может быть . При использовании вы, как правило, получаете сразу несколько портов PoE.
.jpg)
Что делать, если устройство без поддержки PoE уже куплено и тут вдруг обнаруживается, что в месте его установки розетки электросети нет? Следует использовать .
Также в продаже встречаются комплекты, включающие .
Схемы помогли нам понять основы технологии PoE, и теперь настало время получить представление о том, как выглядит подключение PoE на практике. PoE-сплиттер (серебристый с черным) делит поступающий ему (через подключенный к сплиттеру снизу серый патч-корд) сигнал PoE питание + данные на данные (серый патч-корд, идет вверх от сплиттера к точке доступа) и питание (черный кабель). Таким образом, точка доступа установлена без использования электрической розетки.
PoE Plus: подача мощности до 25.5 Вт
| PoE | PoE Plus | |
| Стандарт | IEEE 802.3af | IEEE 802.3at |
| Требования к кабелю | Категория 3 или выше |
Type 1: категория 3 или выше Type 2: категория 5 или выше |
| Сила тока | 0.35 А |
Type 1: 0.35 А Type 2: 0.6 А |
| Выходное напряжение инжектора | 44 - 57 В |
Type 1: 44 - 57 В Type 2: 50 - 57 В |
| Входное напряжение питаемого устройства | 37 - 57 В |
Type 1: 37 - 57 В Type 2: 42.5 - 57 В |
| Максимальное энергопотребление питаемого устройства |
Класс 0, 3: 12.95 Вт Класс 1: 3.84 Вт Класс 2: 6.49 Вт Класс 4: не используется |
Type 1: Класс 0, 3: 12.95 Вт Класс 1: 3.84 Вт Класс 2: 6.49 Вт Type 2: Класс 4: 25.5 Вт |
| Поддерживаемые питаемые устройства | IP-камеры, IP-телефоны, точки доступа |
Все устройства PoE, PTZ-камеры для наружного монтажа, точки доступа WiMAX, светодиодные табло, некоторые компьютеры |
Passive PoE дешевле
Дешевый аналог PoE с поддержкой только электрических характеристик стандарта IEEE 802.3af (то есть инжектор Passive PoE будет передавать любое напряжение, которое подается блоком питания, не обязательно 48 В). Как правило, комплект не включает в себя блок питания, т.к. предполагается использование блока питания из комплекта поставки питаемого устройства. Максимальная длина кабеля при использовании инжектора Passive PoE существенно меньше, чем при использовании инжектора PoE (30-60 метров, а не 100 метров). В нашем магазине инжекторы Passive PoE, как правило, так что вопрос о совместимости не возникает.