Особенности подключения камеры на большом расстоянии
В этой статье рассмотрим проблематику подключения IP-камеры к порту коммутатора на расстоянии больше 100 м.
Данный вопрос особенно актуален при организации уличного видеонаблюдения. Большие расстояния требуются при подключении камер, расположенных, например, вдоль фасада здания или по периметру прилегающего участка. Чем больше габариты объекта, тем больше точки видеонаблюдения удаляются от серверного оборудования. Это расстояние может достигать вплоть до нескольких километров. При этом максимальная длина «медной» линии связи ограничивается длинной в 100 метров. Отсюда возникает вопрос, как построить подключение к камере, находящейся на расстоянии более 100 метров от коммутатора?
На сегодняшний день существует несколько способов решения этой проблемы. Рассмотрим каждый из них, выделим их преимущества и недостатки, а также определим границы применимости. Стоит отметить, здесь речь пойдет не об организации отдельного отрезка локальной сети, а именно о подключении IP-камер к коммутаторам.
Почему же ограничение подключения от точки видеонаблюдения до коммутатора именно 100 метров? Во многом это объясняется тем, что современные IP-камеры функционируют в сетях стандарта Ethernet. Порты подключения IP-камер работают на канале OSI по протоколам IEEE 802.3i (10Base-Т) и IEEE 802.3u (100Base-Т/100Base-ТХ). В соответствии со спецификациями длина соединения между двумя активными устройствами должна составлять не более 100 метров (в том числе, с патч-кордами). На больших расстояниях сигнал так или иначе ослабевает, и происходит это явление по множеству причин. Оно может быть связанно с затуханием сигнала вдоль кабеля, воздействием перекрестных и внешних наводок, появлением фазового дрожания и т.д.
При проектировании линии от коммутатора до IP-камеры нередко приходится сталкиваться с тем, что расстояние по «медному» Ethernet-кабелю выходит за пределы 100 метров. Как меняется стратегия построения связи в этом случае?
Одним из первых приходящих на ум вариантов является сценарий, при котором подключение IP-камер к коммутатору происходит вопреки стандартам, то есть по кабелю длиной свыше 100 метров. На практике, действительно, были зафиксированы случаи, когда монтажники подключали точки видеонаблюдения по кабелям в 110, 130 и более метров. При этом вся система подключения исправно функционировала. Это объясняется тем, что характеристики любого серийного оборудования могут колебаться в разрешенных стандартами допусках. В этом случае при благоприятном стечении обстоятельств могут «повыситься» электрические параметры построенной линии связи. С теоретической точки зрения любое оборудование без изъянов (будь то камера, коммутатор или сами кабели) может работать по кабелю длиной в несколько сотен метров. К сожалению, примеры корректной работы такого подключения - всего лишь случайность. При такой связи первопричины возникновения любых проблем будут так или иначе связываться с нарушением стандартов. Таким образом, данный способ не дает никаких гарантий, и пользоваться им можно лишь на свой страх и риск.
Сегодня на рынке IP-камер представлены модели коммутаторов, рассчитанных на подключение активного сетевого оборудования с заявленной длиной кабеля в более 100 метров. Такие устройства называют «дальнобойными» коммутаторами или коммутаторами с увеличенной дальностью сопряжения. Таким образом, еще до построения сетевых соединений необходимо изначально подобрать подходящее по длине трассы оборудование и заложить его в проект. Этот способ считается одним из самых простых. Тем не менее, прежде чем остановиться на нем, стоит ознакомиться с его преимуществами и недостатками.
Преимущества
- стратегия монтажа IP-камеры к порту коммутатора при большом удалении такая же, как и при длине кабеля в 100 м;
- возможность разместить IP-камеры от коммутатора на расстоянии до 250 метров и более.
Недостатки
- не желательно использование оборудования от нескольких производителей в подобной системе, то есть привязка к определенному бренду;
- как правило, пропускная способность линии связи при использовании «дальнобойных» коммутаторов уменьшена до 10 Мбит/с. Принимая во внимание рекомендуемый запас по пропускной способности, мы получаем по факту передачу потока в 5 Мбит/с. Такая низкая скорость очень ограничивает область применения камер, подключенных в соответствии с описанным способом.
Примечание
Коммутаторы с увеличенной дальностью сопряжения не являются каким-то новым стандартом или инновационной технологией. Как правило, их появление является результатом опытов по увеличению выходного напряжения PoE или по подсоединению оборудования высококачественным кабелем с ограничением скорости передачи данных в 10 Мбит/с (изначально стандарт 10BASE-T создавался для кабеля категории 3, известный как Cat.3). Несмотря на то, что разработанный и принятый в 2019 году стандарт 10BASE-T1L (IEEE 802.3cg) предполагает линию связи длиной вплоть до 1 километра со скоростью 10 Мбит/с (включая возможностью передачи питания на оборудование с потреблением до 50 Вт), на сегодняшний день массовый выпуск подобных устройств так и не начат.
Таким образом, описанный способ подключения является достаточным вариантом для камер с небольшим разрешением (около 1 Мпикс) или с небольшой скоростью передачи данных (1…2 к/с). Подобная система видеонаблюдения подойдет только для задач с низкими требованиями к изображению.
Данный вариант предполагает использование промежуточных коммутаторов для последовательного сопряжения нескольких коротких кабелей. В данной системе образованная линия связи называется «цепочкой», а промежуточные точки соединения – «станциями пересадки».
Преимущества
- скорость передачи данных не зависит от дистанции;
- есть возможность подключения большого количества промежуточных коммутаторов.
Недостатки
- необходимо найти индивидуальное место установки каждому промежуточному коммутатору, что может стать трудновыполнимой задачей;
- каждый коммутатор в системе должен иметь свой источник питания;
- с увеличением «станций пересадки» увеличивается уязвимость системы, так как промежуточные коммутаторы, как и любое другое активно эксплуатируемое оборудование, может выходить из строя;
- увеличение стоимости построения линии связи с покупкой «промежуточного» оборудования.
Данный вариант отлично подходит для организации видеонаблюдения на расстоянии более 100 метров без потери качества связи. Тем не менее, он требует немалых материальных вложений, большого количества ресурсов и трудозатрат, связанных с монтажом сложной системы. Использование «промежуточных» коммутаторов, как правило, применяется для построения компактных систем видеонаблюдения с низким трафиком при условии отсутствия проблем с размещением оборудования и подводом к нему питания.
Данный вариант подключения камер очень похож на предыдущий. Он предполагает использование специального оборудования, называемого экстендерами. Такие устройства представляют собой, по сути, упрощенные коммутаторы с одиночными входами и выходами, питание которых может происходить как от внешнего источника, так и от PoE. Первый вариант при построении линии связи ничем не отличается от способа с «промежуточными» коммутаторами, описанного ранее. Поэтому далее речь пойдет о экстендерах, питающихся по PoE.
Подключение экстендоров, как и в случае с коммутаторами, происходит последовательно друг за другом. Удлинители размещаются вдоль медного Ethernet-кабеля каждые 100 метров. При проектировании необходимо определить место установки экстендора, оборудованное защитной коробкой в случае уличной установки.
Преимущества
- возможность размещения IP-камеры на расстоянии больше 100 метров от коммутатора без потери скорости передачи данных;
- передача данных и питания происходит по одному кабелю;
- простота в построении линии связи и эксплуатации.
Недостатки
- необходимость использовать коммутатор с передачей мощности в минимум 30 Вт для питания камеры, требующей 15 Вт, так как часть подаваемой энергии по PoE будет тратиться на экстендер;
- количество экстендоров ограничивается максимально возможной подачей энергии на них по PoE, которая зависит непосредственно от передаваемой мощности коммутатора и количества энергии, потребляемой камерами в системе.
Таким образом, при проектировании системы видеонаблюдения с удлинителями необходимо просчитать соотношение потребляемой мощности камер и экстендоров. Многофункциональные IP-камеры (например, поворотные или с дистанционным управлением) могут потребовать мощность до 60 Вт. На сегодняшний день это максимальная мощность, которую могут выдать современные PoE-коммутаторы и PoE-инжекторы. То есть описываемый способ исключает возможность использовать в системе инновационные и энергозатратные камеры.
В ассортименте некоторых производителей IP-камер можно найти специализированные инжекторы, рассчитанные на выдачу мощности в PoE-линию с запасом, достаточным для питания всех потребителей в системе. Данные устройства являются отличной альтернативой стандартных коммутаторов, мощность которых может быть не достаточна для питания камер и экстендоров.
Этот тип устройств появился еще во времена аналогового видеонаблюдения. Профессионалы помнят долговечные и бюджетные преобразователи из коаксиального кабеля в витую пару. В последнее время производители сместили акцент на IP-, Ethernet- и PoE-технологии, но суть осталась прежней. Для организации связи используется пара из двух устройств: передатчика и приемника. Передатчик размещается рядом с камерой, а приемник - рядом с коммутационным оборудованием. Линия связи, образованная передатчиком и приемником, может представлять собой витую пару или коаксиальный кабель.
Некоторые модели приемников/передатчиков питаются по технологии PoE и могут подавать питание на камеру. Ниже мы опишем устройства, работающие подобным образом в системах видеонаблюдения.
Существует большое разнообразие устройств описываемого типа, отличных друг от друга по максимальной дальности действия, типу используемого кабеля и т.д. Наиболее частое применение - замена аналоговых систем видеонаблюдения на IP с использованием существующей кабельной инфраструктуры, поскольку можно использовать уже проложенные аналоговые кабели. Однако на практике этот тип передатчика/приемника не может быть использован с существующим кабелем в его текущем состоянии из-за внутренних разрывов или повреждения изоляции, вызванного процессом старения. Кроме того, кабель может изначально не соответствовать электрическим характеристикам, как заявленным производителем, так и требуемых со стороны передатчика/приемника. В этом случае так или иначе придется менять заново прокладывать линию. Выделим преимущества и недостатки рассматриваемого способа.
Преимущества
- возможность использования существующих кабельных систем;
- по кабелю осуществляется и передача сигнала, и питание;
- допустима прокладка кабеля в несколько сотен метров;
- низкое потребление энергии PoE (по сравнению с удлинителями).
Недостатки
- несовместимость (отсутствие единого стандарта) между устройствами разных марок в парах приемник-передатчик.
- максимально подаваемая мощность питания может ограничиваться с увеличением расстояния..
- скорость передачи данных зависит от дистанции.
Также стоит отметить, что при большей длине кабеля влияние наводок, помех и статического электричества более выражено, чем если бы линия была разделена с шагом в 100 метров. Таким образом возникает необходимость в организации защиты для линии связи. Многие изготовители комплектов приемник-передатчик настоятельно рекомендуют дополнительно размещать устройства молниезащиты, специально разработанные для таких комплектов.
Данный способ преодолевает ограничение в 100 м и рекомендуется для случаев, когда оборудование может быть установлено только непосредственно рядом с коммутатором или IP-камерой (т.е. не на линии). Однако при проектировании, несомненно, потребуется просчитать пропускную способность и передаваемую мощность на камеру (PoE) для определенной длины кабеля в каждом конкретном случае.
Описываемый способ, предполагающий использование «медного» провода, был последним. В данной статье не упоминаются специальные коммуникациии, таких как связь по RS-422/RS-485, SHDSL или VDSL, или связь по ЛЭП, потому что в принципе они мало чем отличаются от комплекта «приемник – передатчик». Разница лишь в том, что, используя стандартизированные протоколы, отсутствует привязка к конкретной марке оборудования и остается возможность уменьшить влияние помех и зависимость от качества кабельного оборудования.
Данный вариант построения связи становиться все более востребованным. Оборудование, поддерживающее оптоволоконные линии, могут работать на расстояниях в несколько десятков километров друг от друга. Принцип организации линии связи, следующий: камера на расстоянии до 100 метров подключается к медиаковертору, который в свою очередь по оптоволоконному кабелю (до 40 километров) подсоединяется к коммутатору через SFP-модуль или оптический порт.
Данный способ напоминает организацию линии связи с использованием приемника-передатчика и «медного» кабеля. В данном случае медиаконвертор действительно является разновидностью этих устройств. При построении оптоволоконной линии связи заместо медиаконвертора можно использовать коммутатор с SFP-модулем. В этом случае «оптику» можно подключить к камере напрямую.
Преимущества
- есть возможность организовать линию связи на расстоянии до нескольких десятков километров;
- большая скорость передачи данных, не зависящая от дистанции;
- оборудование согласовано со стандартами;
- отсутствие чувствительности к наводкам и помехам от электромагнитного воздействия;
- большое разнообразие кабельного оборудования на рынке.
Недостатки
- необходимо специальное оборудование для установки и проведения тестов;
- невозможно подводить питание по тому же кабелю;
- требует высокой квалификации от проектировщиков и монтажников.
Перечисленные недостатки в перспективе должны исчерпать себя на фоне скоротечного прогресса в сфере оптоволоконных технологий. Также не стоит обращать внимание на ценовую сторону вопроса. Конечно, сам кабель дороже медного, но общая стоимость «оптоволоконной» системы может быть даже ниже, чем полностью медной (включая удлинители, передатчики, промежуточные коммутаторы и аксессуары), особенно при сравнении линий с одинаковой пропускной способностью.
Помимо радиуса действия, сравнимого с оптоволокном, его преимущество заключается в том, что для передачи сигнала не требуется никаких кабелей. Кстати, вариант с радиоканалом часто является единственным, для которого нет альтернативы. В данном случае пропускная способность в зависимости от применяемой технологии составляет от 11 Мбит/с до десятков Гбит/с, и по ней можно передавать даже мегапиксельное видео в реальном времени.
Преимущества
- возможность построить линию связи длиной до нескольких десятков километров;
- стандартизация оборудования;
- беспроводная технология, не требующая магистральной прокладки кабеля.
Недостатки
- необходима прямая видимость между передающей и приемной антеннами;
- скорость передачи данных может быть ниже, чем у «медного» кабеля;
- чувствительность к помехам и воздействию сторонних радиосигналов той же частоты.
Таким образом, задача по подключению IP-камеры к порту коммутатора на расстоянии больше 100 м, успешно решается множеством различных способов. Но какой же из них выбрать? Чтобы сделать правильный выбор, нужно ориентироваться по таким характеристикам, как требуемая дальность подключения, потребляемая мощность камеры и необходимая скорость передачи данных. Вот несколько советов, которые помогут сориентироваться с выбором:
1. Если расстояние от коммутатора до камеры составляет 200-300 м, первым следует рассмотреть способ с использования PoE-удлинителя (экстендора).
2. Если коммутатор находится в отдалении от камеры на расстоянии 300-600 м, необходимо остановить свой выбор на способе с парой приемник/передатчик, сопряженной по «витой паре» или коаксиальному кабелю.
3. На дистанциях более 600 м лучший вариант построения связи будет организован по оптоволоконной технологии.
4. В случаях, когда прокладка кабеля невозможна, единственным верным решением будет использовать беспроводной вариант, основанный на радиоканальной передаче сигнала.
Также стоит отметить, что при любом способе необходимо уточнить результирующую пропускную способность линии и, в случае оборудования PoE, потребляемую мощность камеры, коммутатора и выбранных устройств связи.
