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浅谈PoE技术在网络监控中的应用

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人气:-发表时间:2016-01-04 21:30【

一、前言:

以太网供电(PoE)标准正式颁布到现在短短数年时间,全球各地的企业都开始迫不及待地采用这项新兴技术。一项调查结果表明,从2004到2008年的4年间,采用PoE技术的供电设备复合年增长率已超过33%。2008年全球采用PoE技术的受电设备(Powered Devices, PD)市场突破了52亿美元,年复合增长率高达38%。随着全球安全市场的增长,用户逐步开始考虑在现有以太网络架构之上尽可能地布置一些网络安全摄像机及其他一些网络安全设备。基于PoE技术的网络监控设备也已经越来越被用户所接受并且得到了快速的发展。自2010年中国安防行业网络高清化浪潮被掀起,PoE技术成为网络摄像机相较于模拟摄像机的一个重要优势点,同时能省去配置电源线的时间与金钱,使整个装置系统的成本明显降低。极大的推动了安防行业IP化进程。

随着以太网的广泛应用,目前全球均普遍采用RJ-45网络插座,因此各种PoE设备都具备相容性。PoE不需要更改以太网线路的缆线架构即可运作,所以采用PoE系统不但节省成本易于布线安装还具备了远程通电、断电的能力,从而很好的解决了网络摄像机所需的电源难题,将在未来安防监控领域的发展中起到非常重要的作用。


二、PoE在网络监控中的主要应用


近年来,由于社会经济和信息化技术的飞速发展,国家各行业对视频监控产生了前所未有的需求。应用领域越来越广,除了金融、政府、交通等特殊行业外,社区、酒店公共场所、工厂和商场都已应用或正在实施数字监控。规模和辐射区域越来越大。典型的例子是 “平安中国”项目,其项目范围涉及到了整个城市,摄像头达到上万个。而视频监控产品也从本地的DVR方式向IP Camera网络发展。

但是,网络视频监控设备的安装却受到环境的制约,严重影响了网络视频监控的发展。网络视频监控所用网络摄像头除了需要通过网线来传输视频信号外,还必须全天候为其提供足够的电力。在实施过程中,经常会出现因为无法提供稳定的电源,而不得不重新设计摄像头的安装地点的情况,而重新设计安装地点可能会导致出现监控死角,使安防监控失去意义。

通常情况下,正常工作的网络摄像机需要外接两根线,一根网线,一根电线。而以下情况会导致网络监控镜头无法安装:

1、摄像头安装位置无电源。

2、摄像头安装的位置有电源,但却是照明电源,无法提供全天候供电。

以上导致网络摄像机无法安装的情况,均发生在网络摄像机的供电问题上。要想使网络摄像机在预计地点正确安装,就必须解决网络摄像机的供电问题。既然不能正常提供电力,就应该考虑使用网线来给摄像机供电,毕竟部署一条网线比部署一条强电线要容易的多,而且如果使用网线供电,只要数据交换机端的电力不中断,网络摄像机就可以正常工作。使用网线给网络摄像机供电,可以归纳为以下两种情况:

1、网络摄像机支持IEEE802.3af\IEEE802.3at协议,可以直接使用PoE供电设备通过网线给网络摄像机供电。

2、网络摄像机不支持IEEE802.3af\IEEE802.3at 协议,不能直接使用POE设备供电。这时需要用到另外一种配套设备——PoE分离线或者PoE分离器。它的作用可以将集成有电力的网线分离成纯数据网线和电源线。这样就可完成数据与电源分离,达到一根网线即传输了数据又提供电源。


如下图所示:

64033.jpg

三、解析PoE网络摄像机


PoE网络摄像机是利用PoE技术来实现网络视频监控的网络摄像机,它拥有PoE受电设备端的功能,利用以太网供电的供电端设备(PSE)提供的直流电,通过双绞线传输至受电端(PD)。PoE功能在若干年以后毫无疑问会是摄像机的必备功能,网络摄像机的引进PoE功能极大的灵活了网络摄像机的供电需求,既可以就地取电,也可以通过网线取电,布局的时候不再受传统的电力线取电点的制约,可以随意移动和变更摄像点,在许多领域都具备极大的优势。伴随着光网视等PoE产品厂商的大力投入PoE技术开发、培育市场,PoE产品在性能上逐步升级,在价格上逐步平民化,PoE网络摄像机的用量成倍增长。安防行业已经逐步走进无PoE不高清的“以太网供电PoE时代”

跟普通网络摄像机相比,PoE网络摄像机具有以下优点:除了从以太网电缆为连接设备提供通用供电支持外,PoE降低了投资开支,从而降低了在统一IP基础设施中整合入上电设备的总部署成本。PoE免除了为终端设备安装墙壁电源连接的需要,因而降低了与支持终端设备相关的电源插座成本。它还可在部署本地交流电源较为困难的场所安装网络连接设备,从而提供了更大的灵活性。我们在实际运用中也可以将PoE 网络摄像机中的受电端从摄像机中剥离出来,分成普通的网络摄像机加PoE分离器(光网视型号:PD3101)或者PoE分离线(光网视型号:PD3201)。前端同样有提供PoE供电的以太网交换机(光网视常用型号:POE31004P),后端配置PoE分离器或者PoE分离线,将双绞线传输过来的直流电源转换给网络摄像机,提供网络摄像机的工作电源。因为受电模块具有支持功率识别电路的功能,在我们使用智能PoE交换机供电的时候,节能的优点体现的更加明显。


下表列出了在具体工程应用中PoE网络摄像机与普通网络摄像机的对比效果。

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四、PoE技术在网络监控中应用的优势


安防行业应用PoE组网主要有简化布线、节能灵活、安全方便等优势。众所周知,一般的网络摄像机除了需要通过网线来传输视频信号外,还必须全天候为其提供足够的电力。而在现实施工中,经常会出现因为无法提供稳定的电源,而不得不重新设计摄像头的安装地点的情况。如此一来,重新设计安装地点额可能会导致出现监控死角,使监控失去意义。

1、灵活性,PoE只需要安装和支持一条电缆,简单而且节省空间,并且设备可随意移动;

2、节约成本,视频监控摄像机等,都需要安装在难以部署AC电源的地方,PoE使其不再需要昂贵电源和安装电源所耗费的时间,节省了费用和时间;

3、供电智能化,DC电源像数据传输一样,PoE可以通过使用简单网管协议(SNMP)来监督和控制设备;

4、消除供电安全隐患,PoE供电端设备只会为需要供电的设备供电,只有连接了需要供电的设备,以太网电缆才会有电压存在,因而消除了线路上漏电的风险;

5、集中供电优势,一个单一的UPS就可以提供相关所有设备在断电时的供电;

6、设备兼容性优势,用户可以自动、安全地在网络上混用原有设备和PoE设备,这些设备能够与现有以太网电缆共存;

7、使网络设备便于管理,当远端设备与网络相连后,能够远程控制、重配或重设;

8、在网络摄像机局域网中,PoE可以简化测试任务,接入点能够被轻松地移动和接入。


五、PoE在网络监控中的发展趋势


1 、IEEE 802.3af标准是目前的国际标准主要应用

该标准规定可以通过RJ45接口向受电设备提供功率高达13W、48V的电源,这就允许设备使用与传输数据一致的电缆提供或吸收功率。标准中规定了两个可选电源实体的功能及电气特性:即受电设备(Power Device,or PD)和供电设备(Power Sourcing Equipment,or PSE),该标准可向下兼容。较早的PoE设备不会与IEEE802.3af 标准相冲突,有效功率级还将有望面向未来的应用。

IEEE 802.3af PoE 标准允许设计师通过以太网电缆为用电设备(PD)提供高达12.95W 的电力,同时符合安全特低电压(SELV)要求。根据IEEE 802.3af标准,PD可按所需功率分为四个不同的级别。Class 1 设备需要的工作功率为0.44~3.84W,Class 2 设备需要的工作功率介于3.85W 和6.49W之间,Class 3设备的功率范围则介于6.5~12.95W之间。设计师可以根据功率要求将他们的设备指定为特定的级别。低成本解决方案可以使用一般的

默认级别指定(Class 0),表示PD需要的工作功率介于0.44~12.95W的工作功率。

作为通过以太网电缆输电的IEEE工业标准,以太网供电(PoE)技术的发展势头十分强劲。这一新兴技术通过传输以太网数据的CAT-5电缆进行供电,可以简化用电设备(PD)的安装和部署。这些设备包括无线接入点、监控摄像机、智能终端、智能传感器和VoIP电话等。

由于IEEE802.3af标准的功率都在13W以下,但是实际应用过程中需要用到更大功率的终端,例如含有全方位云台、变焦镜头的摄像机、大功率的高速球型摄像机等它们的功率大都30W以上,所以为将进一步提高信道的供电能力,IEEE802.3at标准将功率由现在的12.95W提高到30W以上,深圳市光网视科技甚至将以太网供电的端口功率做到了60W以上,深圳光网视科技2012年实现了单端口60W,2013年实现了单端口95W等超高功率的以太网供电功能,扩大了PoE在安防领域、办公自动化方面以及智能终端和工业化智能监控等方面的应用范围。

2 、IEEE 802.3at标准发展迅猛

目前PoE业界所采用的标准IEEE 802.3 af应用还是占据主要部分,只能向功率在13W以下的受电设备供电。虽然能够满足传统的IP电话以及网络摄像头的需求,但随着无线局域网双波段接入、视频电话、PTZ视频监控系统(可变焦带云台的摄像机)、智能终端、远处办公设备等高功率应用的出现,原有的IEEE802.3af标准13W的供电功率显然不能满足需求,为此,IEEE在2005年开始开发新的PoE标准IEEE802.3at(PoE Plus)以提升PoE可传送的电力。

新标准于2009年正式发布,称为Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at,它将功率要求高于12.95W的设备定义为Class 4(该级别在IEEE 802.3af中有描述,但留作将来使用),可将功率水平扩展到25W或更高。由于能够支持更高的功率水平,这一新标准会将PoE应用很容易扩展到新的领域,例如WLAN(无线局域网)、销售点终端设备、交换机以及倾斜式/变焦式/云台式监控摄像机。

IEEE802.3at (PoEP)标准中最引人注目的一个新变化将是,它能够以比现有标准更详尽的细节来控制功率分布。兼容802.3af标准的PSE识别PD的级别后,只需提供级别定义所允许的最大功率即可。IEEE802.3at系统通电后,符合标准的PSE将能够使用Level-2 软件与每个PD 进行通信,以确定峰值和平均功率要求。这一新功能将允许设计师根据功率预算来设计PoE兼容系统,并使系统总功率能力更接近于系统负载要求。峰值负载功率和高电流持续时间之间还可以建立通信(例如,摄像机推拉电机具有较高的短时电流要求)。不过,新标准尚未对这种Level-2通信进行完整定义。由于新标准是向下兼容IEEE802.3af标准的,因此面临的一个主要问题是,PSE如何判断与之相连的是IEEE802.3af兼容PD还是新的IEEE802.3at兼容PD(以及PD如何对PSE做出类似的判断)。为了解决此问题,IEEE802.3at标准将使用与IEEE802.3af中相同的特征来指示PoE兼容PD,但这样会在分级阶段增加第二次电压脉冲,以便指示PSE的IEEE802.3at兼容状态。IEEE802.3at兼容PD将检测到第二次电压脉冲,并判断它们已连接至IEEE802.3at兼容PSE。由于分级周期持续时间符合 IEEE802.3af时间限制,因此与当前IEEE802.3af标准兼容的PD会将第二次脉冲仅视为初始查询和响应的一部分。


3 、IEEE802.3af与IEEE802.3at的对比:

与IEEE802.3af相比,IEEE802.3at可输出2倍以上的电力,每个端口的输出功率可在30W以上,因此可大幅拓宽PoE的应用领域。表1为IEEE802.3af与IEEE802.3at的对比。

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六、PoE 技术的机遇与挑战:


PoE目前尚面临一些挑战,如PoE技术可让受电设备从每个端口获得30W以上的功率,但不是每个端口的受电设备都需要30W 的功率,因此,如何准确的感测每个受电设备的需要是一个很重要的问题,否则可能对受电设备造成损坏或对网络基础设施形成不安全因素。此外,由于电缆通常被匝成电缆束, 并置于配线柜中,因此线缆束的散热问题则需要考虑。而成本问题则是PoE面临的又一挑战,特别是对PD制造商而言,在产品中加入PoE技术就意味着增加成本。


另外标准的五类网线有四对双绞线,但是在l0MBASE-T和100MBASE-T 中只用到其中的两对。IEEE802.3af允许两种用法,应用空闲脚供电时,4、5脚连接为正极,7、8 脚连接为负极。应用数据脚供电时,将DC 电源加在传输变压器的中点,不影响数据的传输。在这种方式下线对1、2 和线对3、6 可以为任意极性。目前的标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备PSE 只能提供一种用法,而电源应用设备PD必须能够同时适应多种情况。随着网络监控设备向大功率供电发展的趋势,深圳市光网视科技成功解决并实现了采用四对双绞线全部支持供电,通过提高电源的载流量来增加供电功率,以解决设备对大功率供电的需求。


七、PoE在网络监控中的市场机遇


PoE技术将网络摄像机部署灵活、扩展方便的优势发挥到了极致,然而国内的PoE网络摄像机的市场状况并不乐观,只占整体监控市场的较少的份额,这其中的缘由又从何说起呢?


安防监控市场到目前为止发展大致分了三个阶段: 模拟化技术、数字化技术和网络化技术(IP技术)。在三个阶段中,最初是以模拟信号和设备为特征的CCTV(Closed Circuit Television,闭路电视监控)系统,采用VCR(Video Cassette Recorders)存储监控数据;到数字化或部分数字化监控系统中以DVR(Digital Video Recorder)或具有网络功能的NVR(Network DVR)存储监控数据;再到现在蓬勃发展的网络化视频监控系统(IP监控系统),采用更新的存储技术(DAS、NAS、IP SAN或FC SAN等)存储监控数据。这是监控系统走过的三步发展之路,也是监控数据存储的三个不同时代。


客观地说,虽然目前的模拟化与数字技术局限性十分明显,网络化的安防技术应用的日益广泛和深入,也是必然的发展趋势,但模拟化技术与数字技术在市场中仍占据较大比重。因此从整体监控市场角度来看,网络监控的市场比重还不高,因此,隶属与网络监控系统的PoE摄像机市场相对也不活跃。从技术角度来看,网络监控市场虽然经过几年的发展,国内PoE技术从非标准走向标准,从非智能走向智能,供电功率也不再局限于IEEE802.3af和IEEE802.3at标准规范,光网视科技分别在2012年、2013年已推出成熟的60W和95W的智能PoE产品,更高的网络摄像机均可纳入PoE供电系统,通过光纤通信技术的引进,更促使PoE产品组网的灵活性。当然从广大工程商的认可程度来看,PoE网络摄像机虽然有诸多优势,但毕竟同传统网络摄像机在施工时存在诸多不同,如PoE的应用规范、终端设备功率的选型配套等,需要将PoE的应用技术更好的传授到一线的安防工程师那里。另外,目前PoE市场中还混有一部分非标准PoE产品,鱼目混杂,非标准PoE产品的应用严重伤害了安防工程商对PoE的热情,加深工程商对PoE技术的怀疑和不认可,为此光网视科技通过百城会活动走向全国各城市开展PoE技术培训,只有扫清PoE技术的应用障碍和误区,才能让广大网络监控用户真正享受到PoE技术所带来的美好体验。


随着PoE技术的发展,能提供电源的功率逐步增大,信号传输带宽更高,网络视频监控将以PoE供电方式将逐渐被更多消费者喜爱,各监控产品供应商也都推出了PoE产品,深圳光网视科技有限公司作为安防传输产品领先者,也将继续自己的开发之路,推出更多优质产品,以满足日益增长的市场需要,相信以PoE技术为核心的网络监控产品会逐步成为市场的主流。来源:数字音视工程网

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