PoE

(Τροφοδοσία μέσω δικτυακού καλωδίου)

Εισαγωγή

Παράδειγμα Χρήσης ενός PoE

Το Power over Ethernet (PoE) είναι ένας διευκολυντικός και ασφαλής τρόπος παροχής ρεύματος σε συσκευές όπως δικτυακές κάμερες, τηλέφωνα IP και ασύρματες συσκευές. Με "εμψεκασμό" ρεύματος σε ένα δικτυακό καλώδιο, δεν χρειάζεται η ύπαρξη ρεύματος στο σημείο που βρίσκεται η συσκευή. Και αυτό γίνεται χωρίς να υποβαθμίζεται η απόδοση του δικτύου. Υπάρχει ένας αριθμός από ολοφάνερα οφέλη που σχετίζονται με τη χρήση του PoE:

• Μείωση καλωδίωσης, μόνον ένα καλώδιο απαιτείται
• Εύκολη εγκατάσταση σε τοποθεσίες δύσκολης προσέγγισης, καθώς δεν χρειάζεται ρεύμα
• Δεν απαιτείται ηλεκτρολόγος
• Η κεντρική παροχή παρέχει εύκολο τρόπο πρόσθεσης συστήματος αδιαλείπτου παροχής ισχύος (UPS)
• Βελτιωμένη ασφάλεια, δεν υπάρχει κίνδυνος διακοπής λόγω "δανεισμού" της πρίζας ρεύματος.
• Χαμηλότερο κόστος συστήματος αφού δεν απαιτείται η εγκατάσταση ρευματοδοτών (πριζών).

Τμήματα ενός PoE

Παράδειγμα συστήματος βασιζόμενο σε PoE

Ένα σύστημα PoE περιέχει δύο βασικά μέρη:

• Συσκευή τροφοδοσίας [Power Supply Equipment (PSE)]. Αυτή είναι η μονάδα, η οποία "εμψεκάζει" τροφοδοσία (ρεύμα) μέσα στο δικτυακό καλώδιο. Υπάρχουν διαθέσιμα δύο είδη Συσκευών Τροφοδοσίας:
  • Midspan. Αυτός είναι ένας μόνος "εμψεκαστής" ο οποίος απλά δίδει τροφοδοσία (ρεύμα) σε ένα δικτυακό καλώδιο. Χρησιμοποιείται όταν προστίθεται η τεχνολογία PoE σε ένα υπάρχον δίκτυο. Συνήθως είναι διαθέσιμος με 1, 6, 12 ή 24 θύρες.
  • Endspan. Αυτό εννοεί τους δικτυακούς μεταγωγείς (switches) που εκτός από τη λειτουργικότητα του switch έχουν επιπρόσθετα ενσωματωμένη τη λειτουργία PoE.

• Τροφοδοτούμενη Συσκευή [Powered Device (PD)]. Αυτή είναι η συσκευή που τροφοδοτείται μέσω δικτύου. Μπορεί να έχει είτε ενσωματωμένη τη λειτουργία, όπως η δικτυακή κάμερα AXIS 221, είτε να χρησιμοποιηθεί ένας εξωτερικός διαχωριστής όπως ο ενεργός διαχωριστής (Power over LAN Active Splitter) που προσφέρεται από την Axis. Ο εξωτερικός διαχωριστής είναι μια μικρή μονάδα η οποία διαχωρίζει δίκτυο και τροφοδοσία σε δυο διαφορετικές λειτουργίες/καλώδια, και χρησιμοποιείται για να παρέχει τη λειτουργία PoE σε προϊόντα που δεν έχουν ενσωματωμένο το PoE.

Πως λειτουργεί

Βασική περιγραφή Όλα τα δικτυακά προϊόντα έχουν δύο κοινά σημεία. Απαιτούν δικτυακή σύνδεση και τροφοδοσία. Συνήθως η δικτύωση επιτυγχάνεται με την προϋπόθεση ύπαρξης δικτυακών πριζών στο σημείο σύνδεσης της δικτυακής συσκευής. Όσον αφορά τη τροφοδοσία της δικτυακής συσκευής, αυτή γίνεται από τον πλησιέστερο ρευματοδότη (πρίζα) χωρίς να λαμβάνεται υπόψη ποιες άλλες συσκευές τροφοδοτούνται από αυτή την ομάδα ή να υπάρχει γνώση που και ποια είναι η ασφάλεια για αυτή την ομάδα. Εάν απαιτείται ελεγχόμενη τροφοδοσία, π.χ. χρήση UPS, αυτό συνήθως σημαίνει όδευση ξεχωριστού καλωδίου τροφοδοσίας από μία ή δύο τοποθεσίες εντός του κτιρίου. Η χρήση του PoE συνδυάζει αυτές τις δύο λειτουργίες με ένα μόνο καλώδιο, το δικτυακό καλώδιο.

Το Πρότυπο

Η λειτουργία του PoE ορίζεται από το πρότυπο IEEE 802.3af και περιγράφει τις απαιτήσεις τροφοδοσίας καθώς ανίχνευση και απομάκρυνση συσκευών. Το πρότυπο καλύπτει δύο διαφορετικά μέσα για τη μεταφορά της τροφοδοσίας (ρεύματος). Το πρώτο στηρίζεται στη χρήση των εφεδρικών αγωγών (4,5,7 & 8) ενός δικτυακού καλωδίου Cat 5 ή 5e, ενώ το άλλο μέσο χρησιμοποιεί τους αγωγούς (1,2,3 & 6) και αποκαλείται "ρευματοδοσία Phantom" που σημαίνει ότι ρεύμα και πληροφορία θα μοιρασθούν τους ίδιους φυσικούς αγωγούς. Το όφελος από τη χρήση της "ρευματοδοσίας Phantom" είναι ότι μια κακή σύνδεση ή φθαρμένο δικτυακό καλώδιο δεν θα προκαλέσει την ενεργοποίηση/λειτουργία της συσκευής χωρίς να έχει δικτυωθεί σωστά. Αυτό όμως μπορεί να γίνει (ενεργοποίηση/λειτουργία συσκευής) όταν διαφορετικοί αγωγοί χρησιμοποιούνται. Το πρότυπο ορίζει ότι όλες οι Τροφοδοτούμενες Συσκευές πρέπει να συμμορφούνται και με τις δύο μεθόδους παροχής τροφοδοσίας. Το πρότυπο θέτει ως όρο 48VDC και μέγιστη κατανάλωση 15.4W ανά θύρα. Λόγω της αναμενόμενης απώλειας λόγω καλωδίου, η τροφοδοτούμενη συσκευή δεν θα απαιτεί πάνω από 12.95W. Η απόσταση λειτουργίας για σύνδεση PoE είναι η ίδια όπως μια συνηθισμένη δικτυακή σύνδεση με χρήση καλωδίου Cat 5 ή 5e, π.χ. έως 100 μ. Για βελτίωση της απόδοσης της συσκευής τροφοδοσίας, η μονάδα θα ταξινομεί σε κατηγορίες τις συνδεδεμένες συσκευές, βασιζόμενη στις απαιτήσεις τροφοδοσίας τους. Η διαβάθμιση μιας τροφοδοτούμενης συσκευής είναι προαιρετική, εάν η συσκευή δεν το υποστηρίζει, τότε αυτόματα διαβαθμίζεται κλάσης 0.

Σύνδεση μιας συσκευής

Η τροφοδότηση δικτυακών συσκευών όπως φορητοί υπολογιστές με 48V πιθανότατα θα γίνει μόνιμη ζημιά στη συσκευή, έτσι η Συσκευή Τροφοδοσίας δεν δίνει ρεύμα σε μια θύρα εάν αυτή δεν ανιχνευθεί και πιστοποιηθεί ως συσκευή με δυνατότητα PoE. Και όλα αυτά γίνονται αυτόματα με τη σύνδεση του καλωδίου στη θύρα. Η Συσκευή Τροφοδοσίας το κάνει αυτό χρησιμοποιώντας την τεχνολογία που ονομάζεται "Resistive Power Discovery", που σημαίνει ότι η μονάδα στέλνει προς τα έξω (προς τη Τροφοδοτούμενη Μονάδα) δύο διαφορετικά βραχέα χαμηλά σήματα διαπίστωσης (μεταξύ 2.7V και 10.1V), με χρονική διαφορά τουλάχιστον 2ms.

Άπαξ και γίνει αυτή η ανίχνευση, και η συσκευή εξακριβωθεί ως PoE, η μονάδα θα προσπαθήσει να εξακριβώσει τη διαβάθμιση της Τροφοδοτούμενης Συσκευής. Μια PoE συσκευή διαβαθμίζεται σε μια από τις 4 διαφορετικές κλάσεις που εξαρτάται από τη κατανάλωση ισχύος της μονάδας. Αυτό βοηθά τη Συσκευή Τροφοδοσίας να βελτιστοποιήσει την απόδοσή της.

Διαθέσιμες Διαβαθμίσεις PoE Κλάση Απαίτηση Ισχύος Σχόλια 0 0.44 – 12.95W Εξ ορισμού κλάση 1 0.44 – 3.84W Προαιρετική 2 3.84 – 6.49W Προαιρετική 3 6.49 – 12.95W Προαιρετική 4 Για μελλοντική χρήση Για μελλοντική χρήση

Ένα PoE Injector

Άπαξ και η συσκευή έχει εξακριβωθεί και διαβαθμισθεί, η μονάδα θα δώσει πλήρη ισχύ στη θύρα. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι περισσότερες Συσκευές Τροφοδοσίας πολλαπλών θυρών δεν έχουν την ικανότητα να δώσουν πλήρη ισχύ σε όλες τις θύρες ταυτόχρονα. Έχουν κάποιο "budget ισχύος" το οποίο θα διανείμουν στις θύρες εξαρτώμενο από την ανάγκη της Τροφοδοτούμενης Συσκευής. Εάν η απαιτούμενη ισχύς από όλες τις συνδεδεμένες Τροφοδοτούμενες Συσκευές υπερβεί το όριο που μπορεί να δώσει η Συσκευή Τροφοδοσίας, η μονάδα θα αρχίσει να αποσυνδέει τις συσκευές μια-μια, έως ότου οι ανάγκες ισχύος φθάσουν κάτω από τη μέγιστη χωρητικότητα της μονάδος.

Αποσύνδεση μιας συσκευής

Όπως και με τη σύνδεση μιας συσκευής σε μια Συσκευή Τροφοδοσίας, η απομάκρυνση είναι μια ελεγχόμενη ενέργεια. Η Συσκευή Τροφοδοσίας μόνιμα παρακολουθεί τη Τροφοδοτούμενη Συσκευή και όταν αυτή απομακρυνθεί, η μονάδα θα αποσυνδέσει τη τροφοδοσία εντός 300-400ms. Αυτό γίνεται για να αποφευχθεί ζημιά σε νέες μονάδες που θα εγκατασταθούν μετά την απομάκρυνση των άλλων.

Εγκατάσταση συστήματος IP επιτήρησης με τη χρήση PoE

Καθώς τώρα η ποιότητα εικόνας και ο ρυθμός των καρέ των δικτυακών καμερών και video servers υπερέχουν των αναλογικών καμερών, και το κόστος των δικτύων υψηλών ταχυτήτων είναι πια μικρό, τα συστήματα IP επιτήρησης βασιζόμενα σε ψηφιακή εικονορροή (video) μέσω δικτύου αντικαθιστούν τώρα τα αναλογικά συστήματα. Και με την δυνατότητα τροφοδότησης των συσκευών χρησιμοποιώντας το ίδιο δικτυακό καλώδιο, υπάρχουν επιπλέον οφέλη και η εγκατάσταση είναι πιο οικονομική.

Σήμερα, τα συστήματα IP επιτήρησης εγκαθίστανται σε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα. Μερικά από τα πιο συνηθισμένα είναι:

• Εκπαίδευση
• Καταστήματα
• Μεταφορές (όπως αεροδρόμια)
• Κυβερνητικά (όπως φυλακές)
• Τράπεζες

Όσον αφορά τις απαιτήσεις του συστήματος επιτήρησης, υπάρχουν διάφορες ανάλογα τον τύπο του περιβάλλοντος. Μια εγκατάσταση σιδηροδρομικού σταθμού είναι πολύ διαφορετική από μια εγκατάσταση σε αποθήκη εμπορευμάτων και σχεδόν τίποτα κοινό από μια εγκατάσταση φυλακής. Ευτυχώς όμως, οι περισσότερες εγκαταστάσεις συσκευών μοιράζονται παρόμοιο δομικό σχεδιασμό.

Τα δικτυακά καλώδια οδεύονται από τον δικτυακό μεταγωγέα μέσω ενός κατανεμητή (patch panel - μετώπη μικτονόμησης ), προς τον θάλαμο επικοινωνιών και τερματίζουν σε δικτυακούς υποδοχείς που βρίσκονται σε όλο το συγκρότημα. Συσκευές όπως δικτυακές κάμερες, IP τηλέφωνα, servers εκτυπωτών και υπολογιστές συνδέονται κατόπιν σ΄ αυτούς τους υποδοχείς με τη χρήση ενός κοντού δικτυακού καλωδίου. Σχήμα 2. Αρχιτεκτονική Συστήματος Δικτυακού Video με χρήση Power over Ethernet »»

H πρόσθεση PoE δίνει τη δυνατότητα σ’ όλες τις συσκευές με ενσωματωμένο PoE (όπως δικτυακές κάμερες) να τροφοδοτηθούν μέσω της ίδιας καλωδίωσης, παρέχοντας έτσι την πιο οικονομική και ασφαλή λύση.

Εάν ο μεταγωγέας είναι ήδη εγκατεστημένος, ο απλούστερος τρόπος για να προστεθεί η λειτουργία PoE, είναι η πρόσθεση ενός αποκλειστικά αφιερωμένου midspan. Στις νέες εγκαταστάσεις, η πιο εύκολη και οικονομική λύση είναι η πρόσθεση ενός μεταγωγέα με ενσωματωμένη τη λειτουργία PoE, που συνήθως ονομάζεται endspan ή δικτυακός μεταγωγέας με δυνατότητα PoE (or PoE-enabled network switcher).

Οι προστιθέμενες αξίες με τη χρήση Power over Ethernet

Μερικά από τα ζωτικά οφέλη του PoE για την αγορά της ασφάλειας είναι:

• Εύκολη αλλαγή θέσης κάμερας
• Μεταβολή θέσης μιας κάμερας δεν απαιτεί πια εγκατάσταση νέου ρευματοδότη (πρίζας). Είναι δυνατός ο εύκολος πειραματισμός με διαφορετικές θέσεις κάμερας για να επιτευχθεί το βέλτιστο αποτέλεσμα κάλυψης.

• Εφεδρεία UPS για το δίκτυο ασφάλειας

Με τη χρήση UPS ως εφεδρεία για την Συσκευή Τροφοδοσίας/Δικτυακό Μεταγωγέα στο θάλαμο του Server, όλο το δίκτυο καμερών μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος.

Πρόσθεση λειτουργίας "απρόσβλητος από εισβολή" Εάν η είσοδος του alarm των δικτυακών καμερών είναι συνδεδεμένη με συσκευή συναγερμού όπως αισθητήρας πόρτας ή ανιχνευτή εισβολής, το γεγονός ότι η κάμερα τροφοδοτείται από το κέντρο με UPS, παρέχει στο χρήστη όχι μόνο εικόνα αλλά επίσης και ανίχνευση εισβολής και άλλες λειτουργίες συναγερμών μέσω του ίδιου κεντρικά παρακολουθούμενου και τροφοδοτούμενου δικτύου.

Περιορισμοί με το PoE

Το PoE έχει αρκετά οφέλη, αλλά υπάρχουν και κάποιοι περιορισμοί που σημαντικό είναι να γνωρίζουμε.

Εξωτερικές εγκαταστάσεις

Όταν γίνεται εγκατάσταση καμερών σε εξωτερικούς χώρους, η κάμερα πρέπει να προστατεύεται από τις καιρικές συνθήκες με προστατευτική θήκη (κάλυμμα). Η θήκη συνήθως περιέχει είτε θερμαντήρα για να απομακρύνει τους υδρατμούς από το τζάμι της είτε ανεμιστήρα για να κυκλοφορεί τον αέρα εντός της θήκης και να αποφευχθεί η υπερθέρμανση. Αυτές οι δύο συσκευές χρειάζονται ρεύμα το οποίο οι Συσκευές Τροφοδοσίας δεν μπορούν το δώσουν. Το PoE μπορεί να τροφοδοτήσει μόνον τη κάμερα, οι δε συσκευές (θερμαντήρας/ανεμιστήρας) θα πρέπει να τροφοδοτηθούν ανεξάρτητα. Παρ’ όλα ταύτα, το όφελος είναι ότι η κάμερα τροφοδοτείται από τη κεντρική θέση του θαλάμου ελέγχου και μπορεί να παρακολουθείται. Όταν η γίνει διακοπή ρεύματος η κάμερα θα συνεχίσει να λειτουργεί.

Κάμερες PTZ (περιστροφής/κλίσης/ζουμ)

Μια Dome κάμερα ή μια με λειτουργία περιστροφής/κλίσης/ζουμ θα χρειασθεί επιπλέον ισχύ για τους κινητήρες και τα χαρακτηριστικά ισχύος για τις περισσότερες κάμερες με λειτουργία περιστροφής/κλίσης/ζουμ είναι πάνω από την ισχύ που μπορεί να δώσει το PoE. Υπάρχουν συστήματα PoE τα οποία δεν περιλαμβάνονται στο πρότυπο, και έχουν την ικανότητα να δώσουν μεγαλύτερη ισχύ αλλά αυτά είναι ειδικής κατασκευής. Εργασίες είναι σε εξέλιξη για την παροχή ενός νέου προτύπου έως 30W, αλλά αυτές δεν έχουν ακόμα ολοκληρωθεί.

Ασύρματες κάμερες

Λόγω της φύσης αυτών των καμερών, αυτές πρέπει να τροφοδοτούνται τοπικά. Αλλά υπάρχουν μερικά σημεία πρόσβασης (access points) στην αγορά με ενσωματωμένη τη λειτουργία PoE. Αυτό κάνει ευκολότερη την εγκατάσταση του σημείου πρόσβασης εκεί που μπορεί να έχει την καλύτερη κάλυψη σήματος, χωρίς να χρειάζεται να ληφθεί υπόψη η διαθεσιμότητα τροφοδοσίας. Έτσι, το PoE έχει επίσης οφέλη για τις ασύρματες δικτυακές κάμερες.

Χρήση επιπρόσθετων προϊόντων

Μερικές δικτυακές κάμερες έχουν την δυνατότητα να τροφοδοτήσουν τρίτες συσκευές με περιορισμένη ισχύ, μέσω ξεχωριστών συνδετήρων (της κάμερας). Αυτή η λειτουργία είναι μόνον διαθέσιμη όταν η κάμερα τροφοδοτείται από το τροφοδοτικό της, και όχι όταν τροφοδοτείται από το PoE. Σε μερικές περιπτώσεις, η κάμερα μπορεί να καταναλώνει περισσότερη ισχύ απ’ ότι η πραγματική της διαβάθμιση επιτρέπει, κάτι το οποίο θα προκαλέσει το midspan/endspan κλείσει τη θύρα λόγω υπερφόρτωσης ισχύος.

Περιορισμένο μήκος

Όπως με το συνηθισμένο δικτυακό καλώδιο, η μέγιστη απόσταση από το μεταγωγέα (switch)/midspan μέχρι τη συσκευή είναι 100 μ. Τα συστήματα μπορούν να λειτουργήσουν σε μεγαλύτερες αποστάσεις, αλλά η λειτουργία και η απόδοση δεν μπορεί να εγγυηθεί.

Στο Σχεδιασμό πρέπει να ληφθούν υπ' όψη

Η χρήση του PoE είναι σαφής. Οι συνηθισμένοι συντελεστές δικτυακού σχεδιασμού εφαρμόζονται επίσης και στα συστήματα δικτυακής επιτήρησης, αλλά εδώ υπάρχει επίσης η ανάγκη για δικτυακούς υποδοχείς σε "ανώμαλες" τοποθεσίες, όπως οροφές και άλλες θέσεις που συνήθως δεν δικτυώνονται. Στις περισσότερες των περιπτώσεων, η φυσιολογική θέση για μια κάμερα πρέπει να είναι λίγο ψηλά στη γωνία, είτε σε τοίχο είτε κατ’ ευθείαν στην οροφή, καθώς αυτό παρέχει καλύτερη απεικόνιση της επιτηρούμενης σκηνής και την ίδια στιγμή μειώνει την περίπτωση να καλυφθεί η κάμερα, να αποπροσανατολισθεί ή ακόμα και να κλαπεί. Επίσης τα δικτυακά καλώδια και οι δικτυακοί υποδοχείς είναι προτιμότερο να συγκαλύπτονται ή να τοποθετούνται εκτός προσέγγισης για να αποφευχθεί η αποσύνδεση/παραποίηση.

Εφεδρική χωρητικότητα

Όταν γίνεται ο σχεδιασμός συστήματος δικτυακής επιτήρησης βασιζόμενο σε PoE θα πρέπει, όπως σε όλα τα συστήματα, να σχεδιασθεί έτσι ώστε εφεδρική χωρητικότητα τουλάχιστον 15-20% να είναι διαθέσιμη για μελλοντική επέκταση. "Εποικίζοντας" από την αρχή όλες τις θύρες σε ένα Σύστημα Τροφοδοσίας, θα περιορίσει τη δυνατότητα να προστεθεί χωρίς καθυστέρηση μια κάμερα ή να γίνει ανταλλαγή θέσεων όταν υπάρχει κάποιο πρόβλημα. Αφήνοντας τουλάχιστον μια ή δύο θύρες "ακατοίκητες" στη Συσκευή Τροφοδοσίας θα παράσχει την απαιτούμενη ευελιξία κινήσεων.

Καθώς οι περισσότερες Συσκευές Τροφοδοσίας μπορούν να παράσχουν πλήρη ισχύ σε όλες τις θύρες ταυτόχρονα, είναι επίσης σημαντικό να εξασφαλισθεί ότι δεν θα ξεπερασθεί η μέγιστη ισχύς της Συσκευής Τροφοδοσίας.

Όχι περικοπές Μπορεί να είναι δελεαστικό να χρησιμοποιηθούν μερικές διαθέσιμες πρίζες ρεύματος, για να γίνει οικονομία στις συσκευές, αλλά αυτό έχει τις ακόλουθες επιπτώσεις:

• Το φαινόμενο της "ηλεκτρικής σκούπας" – το προσωπικό καθαρισμού επειδή είναι πιο εύκολο για αυτούς βγάζει τις κάμερες από τις πρίζες και βάζει την ηλεκτρική σκούπα, δημιουργώντας έτσι κενά κάλυψης στην ασφάλεια.

• "Που είναι η ασφάλεια;" – ο εντοπισμός της σωστής ασφάλειας μιας πρίζας σε ένα μεγάλο κτίριο μπορεί να χρειασθεί κάποιο χρόνο, και κανείς δεν μπορεί να γνωρίζει τι άλλες συσκευές είναι συνδεδεμένες σ΄αυτή.

• Υποστήριξη με UPS. Αυτό προσδίδει την δυνατότητα εφεδρείας για όλο το δικτυακό σύστημα επιτήρησης αφού έτσι παρέχεται κάλυψη στα PoE midspan ή endspan.

Εγκατάσταση σε ασφαλή χώρο

Η εγκατάσταση όλων των midspans και endspans πρέπει να γίνεται σε ασφαλές και κλειδωμένο θάλαμο επικοινωνιών. Για να αποφευχθεί οποιοδήποτε μπλέξιμο/ανακάτεμα με τις μονάδες το δέον θα είναι να εγκατασταθούν σε ερμάριο (rack).

Χρήση χρωματιστής καλωδίωσης

Χρήση συμπερασματικών χρωματικών συμβόλων για τη καλωδίωση των τροφοδοτούμενων καμερών, ειδικά εντός των κατανεμητών (patch panels), ως ένδειξη ότι αυτά τα καλώδια δεν πρέπει να αγγιχθούν αφού είναι μέρος του συστήματος ασφάλειας συμπεριλαμβανομένης της τροφοδοσίας.

Πηγές

• Hellas Cams - PoE