Подключение IP-камеры на расстоянии больше 100 м

Алгоритм безопасности №3, 2018
Автор: Владимир Мальцев

Сразу уточним, что речь идёт не просто о каких-то расстояниях между оборудованием, а о конкретной задаче подключения IP-камеры к порту коммутатора при удалении её свыше 100 метров.

Вопрос о максимальном расстоянии такого подключения возникает при проектировании уличного видеонаблюдения – где требуется разместить камеры на фасадах зданий, вдоль периметра и так далее. Размеры объектов – и, соответственно, расстояния от серверного оборудования до камер могут достигать нескольких километров — максимальная длина же «медной» линии связи не может быть более 100 метров. Естественно, встаёт вопрос — как же спроектировать подключение к камере, удалённой от коммутатора более чем на 100 метров?

Существует немало способов решения этой задачи. Далее мы рассмотрим их по порядку, постараемся выявить их «плюсы» и «минусы» и попробовать очертить границы их применимости. Ещё раз уточним, что мы говорим не о построении какого-то фрагмента локальной сети, а конкретно о соединении IP-камер с коммутатором.

Экскурс в историю

Откуда вообще взялись эти пресловутые «100 метров»? Дело в том, что все существующие на сегодняшний день IP-камеры могут работать только в сетях стандарта Ethernet. В частности, порты подключения IP-камер поддерживают на канальном уровне модели OSI стандарты IEEE 802.3i (10Base-Т) и IEEE 802.3u (100Base-Т/100Base-ТХ). И, согласно спецификациям этих стандартов, максимальная длина одной линии — кабеля между двумя активными устройствами — не должна превышать 100 метров (включая патч-корды). Это объясняется прежде всего разного рода неизбежными ухудшениями сигнала, возрастающими по мере увеличения длины кабеля: затухание сигнала в кабеле, перекрестные наводки, внешние наводки, фазовые дрожания т.д. Ну а теперь давайте представим себя на месте проектировщика, вычерчивающего очередную линию от коммутатора до IP-камеры и обнаружившего, что расстояние по старому доброму «медному» Ethernet-кабелю превышает 100 метров. И что теперь с этим делать?

Подключение с нарушением стандарта

А почему бы и нет? Найдётся немало монтажников, которые расскажут о подключении камеры кабелем на 100, 120, 150 и т.д. метров, после чего «всё нормально было». И, в общем, ничего удивительного в этом нет – характеристики любого серийно выпускаемого оборудования колеблются в некоторых, разрешённых стандартами и ТУ производителя допусках и при счастливом стечении обстоятельств могут «приподнять» электрические параметры получившейся линии связи. Ограничение в 100 метров вообще-то является довольно искусственным – с точки зрения теории ничто не мешает идеально изготовленному оборудованию (камера, коммутатор, кабели) работать на длине кабеля в несколько сотен метров. Но тут нужно понимать, что примеры такой «нормальной» работы – не более чем случайность. И при возникновении любых проблем первое, на что укажут вендоры или аудиторы — не соблюдение стандартов.

Так что такой вариант годен для обсуждения в «курилках», для домашних экспериментов, но не более того.

«Дальнобойные» коммутаторы

Вариант одновременно и простой, и не очень. Простота заключается в том, что у производителя IP-камер могут быть в ассортименте коммутаторы, у которых заявлено подключение камер по кабелям длиною более 100 метров:

И получается, что в проект достаточно заложить соответствующие коммутаторы и камеры, после чего вопрос с расстоянием считать решённым. 

Преимущество налицо:

• увеличение дальности до 250 метров.

Недостатки же в том, что:

• ассортимент подобных изделий невелик;
• не рекомендуется использовать оборудование от разных производителей, т.е. привязка к конкретному бренду;
• пропускная способность линии связи будет снижена до 10 Мбит/с. С учётом рекомендуемого запаса по пропускной способности рассчитывать стоит на передачу потока не более 5 Мбит/с, что резко сужает область применения подключённых таким образом камер.

Внимание

Увеличение длины линии свыше 100 метров не является каким-то новым стандартом или новой технологией! Нередко это всего лишь результат опыта по подключению оборудования высококачественным кабелем при ограничении скорости в 10 Мбит/с (напомним, что изначально 10BASE-T разрабатывался для кабеля т.н. 3-ей категории — Cat.3)

В результате имеем весьма узкую область применения таких изделий: с камерами либо небольшой разрешающей способности (порядка 1 Мпикс), либо невысокой скорости передачи видео (1-2 к/с). Что ж, может быть, кому-то достаточно и этого. И, если поставщик гарантирует работоспособность такого варианта и готов помогать с настройкой и эксплуатацией — то можно применить для задач наблюдения со «скромными» требованиями к изображению.

«Станции пересадки» (промежуточные коммутаторы)

Идея проста: если нельзя использовать один длинный кабель, то используем несколько коротких, соединённых через промежуточные коммутаторы. В таких случаях иногда используют термин «цепочка»:

Перечислим преимущества и недостатки. Начнём с преимуществ:

• пропускная способность не зависит от расстояния;
• допустимо большое количество промежуточных коммутаторов.

И недостатки такого подхода:

• требуется организовать питание каждого из промежуточных коммутаторов;
• требуется место для установки каждого промежуточного коммутатора (что не всегда возможно);
• увеличивается стоимость решения, пропорционально количеству дополнительных коммутаторов, необходимых для формирования линии связи;
• ухудшается надежность системы – любое активное оборудование имеет свойство время от времени выходить из строя.

Да, таким образом действительно можно обеспечить надёжную передачу данных, но придётся потратиться на дополнительные коммутаторы, их установку, подведение питания к каждому из них и пр. Такой вариант может быть применим в небольших системах видеонаблюдения, с небольшим трафиком, при условии, что уже есть места где можно расположить коммутаторы и без особых усилий подать на них питание. И, если в помещении чаще всего нет сложностей с подводом питания, то вне помещений это может стать большой проблемой. Специально рекомендовать вариант с промежуточными коммутаторами мы не станем, т.к. есть более удобное, более простое ну и более красивое решение, о котором идёт речь дальше.

«Удлинители» (экстендеры)

Можно сказать, что это — предыдущий вариант, оптимизированный и предназначенный для подключения одного достаточно далеко расположенного устройства. Экстендер (от англ. «extender») по сути является этаким сильно упрощённым коммутатором — только с одним входом и одним выходом. Питание может требоваться от внешнего источника питания (т.е. к месту установки экстендера нужно подводить линию питания), но большинство экстендеров работают по PoE. Фактически использование экстендеров с внешним питанием ничем не отличается от варианта с промежуточными коммутаторами — и далее говорим только об экстендерах, питающимся по PoE.

Заметим, что экстендеры можно подключать друг за другом. Как и коммутаторы.

Как видно из рисунков, экстендер размещается не реже чем через каждые 100 метров «медного» Ethernet (причины этого — в начале статьи): проектировщику достаточно выбрать место установки и герметичную коробку для размещения экстендера внутри (в случае уличной установки). 

В итоге имеем неоспоримые «плюсы»:

• увеличение расстояния без потери пропускной способности;
• передача не только данных, но и питания;
• простота подключения и использования.

«Минусы» такого решения тоже есть:

• использование части передаваемой по PoE энергии для питания самого экстендера. Камера требует 15 Ватт? Значит, коммутатор должен отдавать все 30, т.к. часть заберёт экстендер.
• Количество экстендеров в «цепочке» ограничено отдаваемой на порт по PoE мощностью, потреблением питания экстендерами и требованиями к питанию со стороны камеры.

Соотнесение потребляемой мощности камеры и экстендеров в данном варианте подключения является ключевым вопросом для проектировщиков.

Некоторые IP-камеры (большей частью — поворотные управляемые) потребляют мощность до 60 Ватт, т.е. максимум что могут отдавать современные PoE-коммутаторы и PoE-инжекторы. Использовать экстендеры с такими камерами невозможно.

Ряд производителей IP-камер имеют в линейке не только экстендеры, но и PoE-инжекторы, специально спроектированные выдавать в линию PoE с «запасом» для возможного подключения экстендера. Это может помочь в случаях, когда мощность стандартного PoE-коммутатора или инжектора недостаточна для питания и камеры и экстендера.

В общем, неплохой вариант для не самых «прожорливых» камер в случае, когда дальность линии ненамного превышает границу в 100 метров — и его смело можно рекомендовать к применению.

Приемники-передатчики, преобразователи, модуляторы, «усиляторы»…

Такого рода оборудование начало применяться ещё в эпоху господства аналогового видеонаблюдения. Специалисты помнят надёжные и недорогие преобразователи коаксиала в витую пару. В наши дни производители переориентировались на IP-технологии, Ethernet и PoE, общий же подход остался прежним… Итак, берётся пара устройств — передатчик и приёмник. Передатчик ставится рядом с камерой, приёмник — рядом с коммутатором. Линия связи между передатчиком и приёмником может быть как «витая пара», так и коаксиальный кабель.

Отдельные модели приемников-передатчиков поддерживают питание по PoE и передачу питания на камеру. Именно о таких устройствах для систем видеонаблюдения мы и поговорим

Существует немало оборудования такого рода: с разной максимальной дальностью, для разного типа кабеля и т.д. Наиболее широко декларируемое применение — это использование существующей кабельной инфраструктуры в случае замены аналоговой системы видеонаблюдения на IP, т.к. может использовать уже проложенные аналоговые кабели. Но на практике же состояние уже имеющихся кабелей не позволяет применять такого типа приемники-передатчики: за годы эксплуатации в кабелях могут появиться внутренние изломы, может нарушиться изоляция, да и сам кабель изначально может не отвечать, как требуемым (со стороны приёмников-передатчиков), так и заявленным электрическим характеристикам (быть бракованным, проще говоря). Так что считаем, что линию всё равно надо прокладывать заново и переходим к «плюсам» и «минусам».

Преимущества такого способа:

• возможность использования имеющейся кабельной структуры;
• меньшее (по сравнению с экстендерами) потребление передаваемой по PoE мощности;
• реально использовать кабель длиной в несколько сотен метров;
• передача как сигнала, так и питания.

Недостатков, к сожалению, тоже хватает:

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

И ещё один момент, который является следствием большой длины кабеля — влияние помех, наводок, статического электричества гораздо более ощутимо, чем при разделении линии на 100-метровые сегменты. Как минимум стоит задуматься о защищенности линии связи.

Внимание

Большинство производителей комплектов «приемник и передатчик» настоятельно рекомендуют дополнительно устанавливать устройства грозозащиты, специально разработанные для работы с такими комплектами.

В итоге мы имеем вариант, который действительно позволяет преодолеть 100-метровое ограничение и может быть рекомендован в случаях, когда оборудования можно установить только непосредственно рядом с коммутатором и IP-камерой (и невозможно установить где-то «на линии»). Однако проектировщику обязательно нужно будет уточнить пропускную способность и передаваемую по приемо-передатчикам мощность на камеру (PoE) для каждого конкретного случая применения — для конкретной длины кабеля.

В принципе, на этом «медную» часть статьи можно и закончить. Да! Мы не рассказали про передачу через RS-422/RS-485, про использование SHDSL- и VDSL-оборудования, про передачу данных по силовым линиям и прочую экзотику, так как считаем, что принципиально такие виды связи мало чем отличаются от использования комплектов «приемник-передатчик». Ну разве что применением стандартизированных протоколов, что позволяет не привязываться к конкретной марке оборудования, уменьшить влияние помех и зависимость от качества кабельной инфраструктуры.

Казалось бы — раз есть проблемы с «медью», так переходи на другие среды! Наиболее очевидными решениями будут «оптика» и «радиоканал».

Оптические линии связи

Этот способ пользуется всё большей популярностью. Оборудование, работающее с оптическими линиями связи, может обеспечить длину линии связи в несколько десятков километров! Способ же построения линии связи будет следующим:

Наверняка сразу вспоминается вариант с приемниками-передатчиками по «меди». Да, медиаконвертер можно считать разновидностью таких устройств. Вместо медиаконвертера можно использовать коммутатор с SFP-модулем, и даже найти камеру с возможностью установки SFP-модуля и подключать «оптику» напрямую.

Преимущества очевидны:

• длина линии до нескольких десятков километров;
• высокая пропуская способность, не зависящая от расстояния;
• оборудование стандартизировано;
• не чувствителен к помехам и наводкам от электромагнитного воздействия;
• огромный ассортимент оборудования, кабельной продукции и аксессуаров.

Недостатки тоже есть, однако их критичность снижается со временем в связи с широким распространением оптоволоконных технологий:

• требуется специализированное оборудования для монтажа и тестирования;
• требуется более высокий уровень квалификации проектировщика и инсталлятора;
• невозможно передать питание.

На ценовую сторону вопроса, думаем, можно не обращать особого внимания. Да, сами по себе кабели дороже «медных», но итоговая стоимость «оптической» системы может быть даже ниже стоимости системы, построенной целиком на «меди» (с учётом стоимости экстендеров, передатчиков, промежуточных коммутаторов и аксессуаров к ним); особенно если сравнивать линии одинаковой пропускной способности.

Радиоканал

Помимо сопоставимой с «оптикой» дальностью этот вариант обладает ещё одним преимуществом — для передачи сигнала вообще никакие кабели не нужны. Нередко, кстати, радиоканальный вариант является единственным, безальтернативным вариантом. Пропускная способность при этом составляет от 11 до 54 Мбит/с, что вполне позволяет пропустить «живое» мегапиксельное видео.

Перейдём к преимуществам и недостаткам. Итак, преимущества:

• длина линии до нескольких десятков километров;
• оборудование стандартизировано;
• не требуется прокладка магистрального кабеля.

И, соответственно, недостатки:

• требуется прямая видимость между антеннами;
• пропускная способность ниже, чем у «медного» Ethernet;
• высокая чувствительность к помехам и наличию других сетей радиосвязи (работающих в этом же диапазоне).

Выводы и рекомендации.

Как видим, задача построения длинной линии связи с камерой, отстоящей от коммутатора на большом расстоянии, может успешно решаться разными способами. Какой же способ выбрать? Думаем, что выбор зависит прежде всего от требуемой дальности (при этом не забываем про питание камеры и размер потока). Отсюда советы:

1. Если от коммутатора до камеры от 200 до 300 метров, то сначала рассмотреть вариант с PoE-экстендерами;
2. Если от коммутатора до камеры расстояние от 300 до 600 метров, то начать стоит с поиска подходящей пары приемника и передатчика по «витой паре» или коаксиальному кабелю;
3. Если же расстояние более 600 метров, то прежде всего следует изучить вариант с «оптикой»;
4. Если кабель вообще невозможно проложить – смотрим радиоканальное оборудование;

И ещё раз скажем: всегда! В любом случае! В любом варианте! Обязательно уточнить пропускную способность получающейся линии и (для PoE-оборудования) получение-потребление питания камерой, коммутатором и выбранным оборудованием связи.

Источник: https://www.videomax-server.ru/support/articles/podklyuchenie-ip-kamery-na-rasstoyanii-bolshe-100-m/