Особенности подключения IP-камеры на расстоянии более 100 метров

При проектировании современных систем видеонаблюдения и коммутации камер необходимо учитывать некоторые особенности. В частности, это возможность соединения IP-камеры с коммутатором при расстоянии до них 100 м и более.

Когда возникает необходимость монтажа устройств видеонаблюдения на фасаде зданий, по периметру участков, на объектах, расположенных на большом расстоянии, встаёт вопрос относительно предельной дистанции для соединения устройств. В зависимости от особенностей объекта – габаритов, мест размещения серверов и коммутаторов, может потребоваться сопряжение через несколько километров. По меди допускается монтаж на расстоянии 100 метров. Тогда возникает логичный вопрос: как увеличить этот предел?

Рассмотрим несколько вариантов решения данного вопроса, выделим достоинства/недостатки каждого и сделаем выводы. Обращаем внимание, что мы рассматриваем именно способы соединения IP-камер с коммутаторами, а не принципы построения ЛВС.

Чем обусловлен выбор расстояния?

Появление четкого предела в 100 м появилось из-за возможности работы современных IP-камер через кабель Ethernet. Порты работают на канале OSI по протоколу IEEE 802.3i (10Base-T) и IEEE 802.3u (100Base-T/100Base-TX). В соответствии со спецификациями предусматривается прокладка линий длиной до 100 м. Это обусловлено ухудшением сигнала, которое становится заметным при создании более продолжительных участков. Причиной этого является ухудшение качества соединения, влияние наводки, дрожание фаз.

При создании проекта с использованием кабеля Ethernet с жилой из меди важно предусмотреть участки между устройствами до 100 м. Если же проложить таким способом кабель не получается, нужно продумать запасные варианты.

Что произойдет, если расстояние будет более 100 м?

Провести подобную линию можно, физически этому практически ничего не мешает. Есть случаи, в которых расстояние между коммутатором и камерой составляет до 150 м, и все исправно работает. Это обусловлено определенными допусками, которые позволяют несколько занизить технические характеристики в паспорте изделия. При удачном подборе устройств характеристики незначительно увеличиваются.

Ограничение в 100 м несколько утрированное. При идеальных характеристиках устройств параметр может быть увеличен до нескольких сотен метров. Однако это скорее исключение из правил, т.к. идеальных устройств не существует. В ТУ и прочих нормативных документах предусматриваются допустимые отклонения. При возникновении неполадки вендоры и аудиторы сразу укажут на отклонение от норм. Поэтому этот способ подходит для обсуждения или экспериментов.

Коммутаторы с увеличенной дальностью сопряжения

Подключение с использованием дальнобойных коммутаторов имеет достоинства и недостатки. Производители камер предлагают приобрести и смонтировать в комплекте коммутатор, способный передавать сигнал на расстояние более 100 м без явных потерь качества (рис. 1).

Рис. 1. Коммутатор с увеличенной дальнобойностью

В таком случае можно спроектировать линию с их использованием, и подключать устройства на расстоянии до 250 м. Однако способ имеет ряд недостатков:

• небольшой ассортимент изделий; • нужно применять устройства одной фирмы, т.е. привязанность к производителю; • способность пропускать через себя до 10 Мбит/с.

Последний параметр указывает, что пользователь сможет получать данные в объеме до 5 Мбит/с, т.к. скорость должна быть определенный запас. Таким образом, сфера использования подобных систем значительно сужается.

Обращаем внимание, что увеличение расстояния – это не инновационное решение или разработка! Чаще всего увеличенную дистанцию могут запроектировать специалисты с большим опытом, которые могут заранее сказать, что линия останется работоспособной. Подключение осуществляется с использованием кабеля высокого качества, а скорость ограничивается 10 Мбит/с.

Реализация такого решения имеет несколько существенных недостатков, которые ограничивают сферу применения. Оно допускается при монтаже камер с небольшим разрешением (до 1 Мпикс) или при малой скорости передачи видео (1-2 к/с). В некоторых случаях таких допусков достаточно. Дополнительным преимуществом будет поддержка поставщика, который поможет настроить устройства.

Промежуточные коммутаторы

Здесь подразумевается сопряжение последовательно нескольких коротких кабелей через коммутаторы – создание «цепочки». К достоинствам решения относятся:

• сохранение скорости передачи данных, независимо от дистанции;
• возможность подключения множества промежуточных коммутаторов.

Но соединение через несколько коммутаторов имеет и недостатки:

• снижение надежности системы – устройства могут периодически ломаться, их нужно заменять новыми коммутаторами;
• увеличение стоимости прокладки линии за счет приобретения дополнительных коммутаторов;
• нужно найти место для установки дополнительного устройства, что не всегда реально;
• питание каждого отдельного коммутатора, подключение к источнику электроэнергии.

Такой способ на самом деле дает возможность передавать данные на расстояние более 100 м, но при этом требует больших материальных вложений на приобретение, монтаж, питание устройств (рис. 2).

Рис. 2. Подключение IP-камеры с использованием «станции пересадки»

Такое подключение нашло применение в небольших системах видеонаблюдения с малым трафиком, где есть возможность расположения дополнительных коммутаторов и подведения к ним питания. Поэтому подключение через «станцию пересадки» получило большее распространение внутри зданий, чем снаружи. Этот вариант не является панацеей, существуют другие возможности, обеспечивающие более привлекательный, простой, удобный способ подключения устройств на расстоянии более 100 м.

Экстендеры (удлинители)

В основе такого соединения лежат особенности предыдущего способа, но он имеет свои отличительные черты. Это улучшенный вариант, который предполагает подключение единственного удаленного устройства. Экстендер – это упрощенный коммутатор, в его составе присутствует один вход и один выход (рис. 3).

Рис. 3. Подключение IP-камеры через удлинитель

Питание осуществляется двумя способами – удлинитель подключается к источнику питания или использует технологию РоЕ. В первом случае обеспечивается практически такой же принцип подключения, как в предыдущем случае, когда каждый экстендер требует собственного питания. Второй способ интереснее для большинства пользователей.

Упрощенные коммутаторы можно соединять последовательно, как и обычные (рис. 4).

Рис. 4. Подключение камеры через несколько удлинителей

При использовании специализированного оборудования предусматривается возможность увеличения длины линии:

Из таблицы и рисунка 4 видно, что экстендеры нужно размещать через 100 м при использовании медного провода Ethernet. Задача проектировщика – определить подходящие места для установки и подобрать влагостойкий короб для защиты устройства на улице.

Такое решение позволяет получить существенные преимущества:

• простое сопряжение и эксплуатация;
• обмен данными и питание через один кабель;
• увеличение расстояния подключения без снижения скорости обмена данными.

Но вариант имеет и свои недостатки:

• число экстендеров определяется передаваемой на каждое устройство мощностью через РоЕ, расходом электроэнергии;
• частичный расход энергии, проходящей по РоЕ, на питания удлинителя.

Соотношение мощностей – потребляемой IP-камерой и экстендерами – это основной вопрос для проектировщиков. Он определяет целесообразность применения данного способа подключения.

Обращаем внимание, что часть камер, в частности с возможностью поворота и управления, характеризуются мощностью 60 Вт. Этот показатель соответствует максимальной мощности, которую способно передавать современное РоЕ коммутационное оборудование и инжекторы. Поэтому использование удлинителей с подобными устройствами не допускается.

Фирмы предлагают приобрести экстендеры и инжекторы, которые используются для передачи большей энергии на линию РоЕ, чтобы к ней можно было подключить экстендер. Данные о них приведены в таблице. Это подходит для тех вариантов, когда мощности обычного РоЕ коммутатора не хватает для работоспособности камеры и удлинителя одновременно.

Такой способ подходит для камер высокой мощности, если расстояние до них превышает 100 м. Он имеет право на существование благодаря широким возможностям применения.

Приемники сигнала – передатчики, преобразователи, модуляторы

Первые устройства такого типа появились еще при использовании аналогового видеонаблюдения. Это надежные и недорогие трансформаторы коаксиального провода в «витую пару». Сейчас подход к системам видеонаблюдения практически не изменился, только стали учитываться особенности кабелей Ethernet и РоЕ.

Для сопряжения используется два элемента – передающий и принимающий. Первый монтируют около камеры, а второй – около коммутационного устройства. Между ними прокладывается провод «витая пара» или коаксиальный (рис. 5).

Рис. 5. Подключение IP-камеры через приемник и передатчик с поддержкой PoE

Некоторые модели передающего и принимающего оборудования питаются через РоЕ, передают питание на камеру. Они и получили наибольшее распространение в видеонаблюдении.

Производители предлагают широкий ассортимент подобных устройств, они отличаются дальностью, возможностью подключения проводов разного типа и прочими характеристиками. Чаще всего их используют при замене старой аналоговой системы видеонаблюдения на IP, т.к. можно и дальше использовать уже имеющиеся и проложенные провода. Однако, как показывает практика, состояние таких кабелей обычно не позволяет продолжить их эксплуатацию с новыми камерами. Это обусловлено наличием внутренних изломов, нарушением изоляции, отклонением от заявленных характеристик, несоблюдением требований подключения и устройств. Поэтому чаще всего кабеля прокладывают повторно.

Такой способ подключения имеет достоинства:

• передает сигнал и питание;
• реально использовать кабель длиной в несколько сотен метров;
• меньшее потребление энергии (в сравнении с экстендерами) относительно удлинителей;
• возможность подключения к существующей сети.

Однако у него есть недостатки:

• несовместимость между собой устройств разных марок в паре «приемник — передатчик» (нет единых стандартов);
• пропускная способность зависит от расстояния;
• максимальная передаваемая мощность питания зависит от расстояния.

При увеличении протяженности участков усиливается действие помех, статического электричества. Поэтому необходимо предусмотреть защиту линии связи.

Обращаем внимание: производители рекомендуют использовать дополнительно защиту от молний. Она также имеется в ассортименте большинства производителей, максимально ориентированы на работу с этими системами.

Этот вариант действительно позволяет располагать устройства на расстоянии более 100 м друг от друга. Его рационально использовать при монтаже принимающего и передающего устройства около коммутатора и камеры. Но проектировщик обязательно должен учитывать скорость и передаваемую на камеру мощность (РоЕ) индивидуально.

На этом возможности подключения через медные провода исчерпаны. Также есть возможность подключения устройств через RS-422 или RS-485, применения SHDSL- и VDSL-устройств, трансляции информации по силовым кабелям. Эти решения очень похожи на способ приемник-передатчик. Отличительная черта – работа на основе стандартных протоколов, благодаря которым можно устанавливать устройства разных производителей, снизить количество помех и влияние характеристик линий.

Еще один вариант решения проблемы с расстоянием – использование оптического кабеля и радиоканалов.

Оптоволокно для создания сети

Такой вариант подключения становится все более популярным. Устройства, подключаемые таким способом, могут находиться через нескольких десятков километров друг от друга. Принцип построения линии показан на рисунке 6.

Рис. 6. Подключение IP-камеры через оптоволоконный кабель

Он практически такой же, как способ «приемник-передатчик» с использованием медного провода. Медиаконвертер является одним из вариантов таких устройств. Но медиаконвертер можно заменить коммутатором с SFP-модулем, что позволяет подобрать камеру и смонтировать этот модуль, подключить оптический провод напрямую.

Достоинствами решения являются:

• большой выбор устройств, кабелей, аксессуаров;
• отсутствие чувстительности к помехам и наводкам от электромагнита;
• стандартизация оборудования;
• высокая пропускная способность, которая не меняется с увеличением дистанции;
• прокладка сети длиной несколько десятков километров.

Недостатки у решения есть, но с разработкой новых устройств их влияние значительно снижается:

• нельзя передавать питание;
• высокая квалификация у монтажника и проектировщика;
• использование специального оборудования для установки и проверки работоспособности.

Цена вопроса в данном случае не является ключевым фактором. Стоимость кабеля выше относительно медного, но при этом суммарная цена системы может быть меньше. Это обусловлено необходимостью установки в медной системе удлинителей, передатчиков, коммутационного оборудования и прочих устройств. Сравнение цены актуально при одинаковой скорости.

Радиоканал

Этот вариант позволяет передавать сигнал на большие расстояния, как и предыдущий способ. Но при этом не нужно прокладывать кабели и создавать из них сеть (рис. 7).

Рис. 7. Подключение IP-камеры по радиоканалу

Этот вариант используется в том случае, когда нет возможности создания обычной проводной сети. Пропускная способность в таком случае составляет 11-54 Мбит/с, что позволяет передавать изображение от камеры с разрешением 1 Мпикс в режиме реального времени.

К достоинствам такого решения относятся:

• не нужно прокладывать провода;
• стандартизация устройств;
• дистанция между устройствами может достигать десятков километров.

Но у него есть и недостатки:

• чувствительность к помехам и другим линиям связи с той же частотой сигнала;
• низкая пропускная способность;
• необходима прямая видимость между антеннами.

Выводы и рекомендации

С задачей передачи данных на расстояние более 100 м можно справиться несколькими способами. Какой из них выбрать, можно решить на основании расстояния, питания камеры и размера потока. Поэтому специалисты рекомендуют:

• проектировать радиосигнал, если нет возможности проложить обычный кабель;
• при дистанции сверх 600 м использовать оптоволокно;
• при дистанции 300-600 м подобрать приемник и передатчик, подключить их через «витую пару» или коаксильный провод;
• при дистанции 200-300 м реализовать способ с РоЕ экстендерами.

Перед проектированием и прокладкой сети необходимо учесть способность передавать определенный объем данных за секунду, потребность в получении и потреблении мощности камерой, коммутатором и другим оборудованием.