РоE питание панацея или частный случай

РoE – не панацея, а частный случай

РоЕ – это буквосочетание мы сегодня слышим все чаще и чаще, если речь заходит об IP-видеонаблюдении . Рынок все более настойчиво предлагает нам это самое РоЕ, а потребитель, в свою очередь, и зачастую исключительно под влиянием такой настойчивости предложений сам начинает активно интересоваться наличием этого самого РоЕ в предлагаемых ему изделиях, оценивать предложения с точки зрения соответствия «последним велениям времени», зачастую не задумываясь, а надо ли такое решение именно для его конкретной задачи. 
Мы не будем подробно вдаваться в саму технику. Мы только проанализируем в самых общих чертах применение этой технологии, но уже не вообще, а в совершенно конкретном вопросе построения систем IP-видеонаблюдения. Потому что если говорить о «вообще», то существуют подобные технологии достаточно давно, разрабатывались и разрабатываются для самых различных задач. Что же касается новизны вопроса для нашего рынка, то связано это не более чем с общим стремлением рынка IT-технологий развиваться за счет внедрения на рынок c и рынка видеонаблюдения, в частности, как его сегмента. 
Итак, РоЕ. Дословно – power over Ethernet. То есть мощность поверх Ethernet. А если еще проще – передаем питание вместе с Ethernet по одному кабелю. Почему не нашлось русскоязычного сокращения в соответствии с русскоязычными же синонимами, непонятно. Да еще и такая мудреная смена регистров: заглавная – прописная – заглавная. В общем, Жириновского на них нет с приверженностью к импортным наименованиям. Ну, да ладно, как определили, тому и будем следовать. Питание может передаваться как по свободным парам в кабеле, если таковые остались, так и по тем же самым, что задействованы непосредственно для линии Ethernet. Принципиального отличия нет, есть отличия только в самой схеме устройств реализации. Наиболее часто для передачи питания задействуются две пары, но могут быть задействованы и четыре в зависимости от требуемой мощности питания. 
Казалось бы, при наличии свободных проводников в кабеле передача питания никакой особой сложности не представляет: поставил блок питания на одном конце, через кросс подключил линию питания к соответствующим проводникам, на приемном конце через такой же кросс подключил к линии питания приемную аппаратуру. Однако вот так, «в лоб» не получится. Кабель для линии Ethernet – это исключительно витая пара 5-й категории. Диаметр проводника весьма маленький – 0,5 мм. Поскольку, как мы помним, сопротивление проводника обратно пропорционально его сечению и прямо пропорционально его длине, а ток потребления для основного потребителя на рынке IP-видеонаблюдения – IP-видеокамер – сравнительно большой (а если это наружная видеокамера, требующая обогрева кожуха, то ток дополнительно может вырасти в разы, не говоря уже о возможном наличии ИК-подсветки), падение напряжения в линии, пусть и на максимальных дальностях, всего-то в 100 м, что определяется стандартом Ethernet, сделает такое решение «в лоб» технически не реализуемым. И «бесплатно отапливать атмосферу» вряд ли можно считать оправданным, и максимально допустимое напряжение, подаваемое в линии, ограничено по действующим нормам безопасности для такого кабеля – не более 60 В. 
Суть технического решения PoE – передача именно мощности. 
Помимо источника питания и собственно потребителя в схему включаются еще два устройства: инжектор и сплиттер (рис. 1). 
На инжектор приходит собственно линия Ethernet. А также с внешнего блока питания подается напряжение (Uинж.), которое далее будет подано в линию передачи (Ethernet +Ринж.). Ну и, конечно, в миссию инжектора входит объединение линии передачи данных и мощности в единую линию. На выходе инжектора имеем один-единственный разъем RG45, к которому и подключается линия Ethernet + линия передачи мощности. 
В сплиттере (разделители) эти две линии разделяются. 
Однако объединением линий и их последующим разделением функции инжектора и сплиттера не ограничиваются. Более того, это отнюдь не самые главные их функции. Самая главная их функция – управление передачей мощности. 
Напряжение, подаваемое с внешнего блока питания на инжектор и с него в линию, может в несколько раз превышать напряжение, требуемое конечным потребителем. Наиболее часто встречающийся вариант – 48 В (при этом потребителю может быть необходимо 12 В, а то и меньше). 

При подключении сплиттера на другом конце линии сначала происходит определение подключения инжектором. С инжектора подается напряжение от 2,8 до 10 В в зависимости от конкретного стандарта. Если подключение на другом конце соответствует тому же стандарту, далее происходит процесс классификации подключения. 
На данном этапе сплиттер «информирует» инжектор о той мощности, которую ему необходимо выдать потребителю, и, если эта мощность укладывается в параметры, которые инжектор способен выдать (с учетом, конечно, потери мощности в линии), происходит подача полного напряжения в линию. 
Если же устройство инжектором не опознано или требуемая мощность не может быть обеспечена, происходит отключение линии. Таким образом, обеспечивается защита при случайном подключения какого-либо устройства в линию (разъемы-то RJ59 все одинаковые, и вечно суетливые системные администраторы с их «любовью» к порядку в кабельных сетях вполне на это способны), а также обеспечивается защита от короткого замыкания, от подачи опасного для аппаратуры напряжения. Инжектор попросту отключит линию при всех подобных вариантах еще до того, как могут наступить нежелательные последствия. 
Получив информацию о необходимой мощности от сплиттера, инжектор подает полное напряжение питания в линию, которое в разы превосходит необходимое напряжение для оконечной аппаратуры. Но, передавая необходимую для конечной аппаратуры мощность, ток в линии, в свою очередь, будет в разы меньше, нежели потребляет эта аппаратура. Таким образом, падение напряжения в линии ∆U = I xR также будет в разы меньше. Тем не менее оно будет и требует учета. Но этим учетом без нашего участия занимаются сплиттер и инжектор на этапе классификации подключения. Если с учетом падения напряжения мощности инжектора будет недостаточно, подключение просто не состоится. После разделения линий в сплиттере его выходное напряжение подается на DC/DC преобразователь, на выходе которого имеем напряжение, требуемое для оконечной аппаратуры. Соответственно, поскольку заданная изначально мощность обеспечена линией передачи, будет обеспечен и требуемый рабочий ток. Импульсный DC/DC преобразователь имеет очень высокий КПД, позволяющий пренебречь потерями на самом преобразователе. 
В общем случае DC/DC преобразователь (впрочем, как и блок питания инжектора) идеологически к системе питания РоЕ не относится. Хотя и может находиться в конкретных устройствах в одном корпусе со сплиттером и инжектором. Инжектор и сплиттер могут входить в схемы других приборов (сетевых коммутаторов, IP-камер, регистраторов и т. п.). Если на коммутаторе есть разъем для подключения линии РоЕ, значит, внутри в нем есть и инжектор, и блок питания инжектора. Если камера имеет разъем подключения РоЕ, внутри ее корпуса есть и сплиттер, и DC/DC преобразователь. Хотя существуют, и более чем оправданно, эти устройства как совершенно самостоятельные изделия. 
Итак, все, казалось бы, совершенно замечательно. Ни о чем не надо думать – воткнул RJ45 в гнездо с соответствующей маркировкой, и все закрутится само. Или не закрутится вовсе, но при этом ничего нигде не пострадает. Необходим всего один-единственный кабель на все нужды – и для Ethernet, и для питания. Одни-единственные совершенно одинаковые разъемы, которые надо просто совершенно однотипно обжать единственным инструментом. Ни отвертки вам, ни пассатижей, ни даже ножа не понадобится. 
Однако всегда помним главный закон мироздания: сумма удовольствий равна const. 

Изначально вся система РоЕ создавалась в первую очередь для модернизации существующих сетей, когда требовалась установка дополнительного активного оборудования при отсутствии вблизи источников питания. При этом мощность потребления таких дополнительных устройств была сравнительно малой и обеспечивалась в полном объеме существующими стандартами. Экономически такое решение было вполне оправданно. 
Однако применение РоЕ в системах IP-видеонаблюдения объективно накладывает жесткие ограничения и имеет свои объективные помимо плюсов и минусы. 
Во-первых, чисто ценовой фактор. Вся необходимая аппаратура существенно дороже стандартного блока питания вместе с необходимыми коммуникациями питания. 
Во-вторых, максимальная дальность передачи не может составлять более 100 м, что регламентировано стандартом Ethernet. В ряде случаев для потребителей сравнительно большой мощности эта максимальная дальность сокращается в 2 раза, т. е. составляет 50 м. Существуют удлинители линии РоЕ (вместе с удлинителями Ethernet), однако для пассивных устройств вместе с увеличением длины линии возрастает и дальнейшая потеря мощности на ней (инжектор может просто отключить такую линию при недостаточной выдаваемой мощности). Есть и активные устройства, т. е. требующие подачи на них внешнего питания. Но при наличии такового вся идея теряет практический смысл для систем видеонаблюдения. 
А что такое максимальная дальность 100 м для серьезной системы видеонаблюдения? Из претендентов автоматически исключаются периметры, большие промышленные объекты, гипермаркеты, стадионы и т. д. и т. п. Таким образом, применение РоЕ может иметь место только на небольших локальных объектах. 
И невредно понимать, что наличие встроенной функции РоЕ в применяемой аппаратуре – это уже заложенная в аппаратуру стоимость всех необходимых для РоЕ составляющих. В случае невостребованности этой функции в конкретной системе неоправданная переплата за аппаратуру будет вполне ощутимой. Поэтому не стоит расценивать наличие такой функции, как несомненный плюс аппаратуры. В зависимости от категории оснащаемого объекта это может оказаться исключительно минусом. 
Еще очень существенное ограничение применительно к системам видеонаблюдения – невозможность использования питания для нескольких устройств. Один порт – одно устройство. Или, как принято говорить, – «точка – точка». А учитывая, что наши системы нередко наращиваются, модернизируются да просто изменяются во времени под изменяющиеся во времени же требования заказчика, это можно рассматривать как очень серьезное ограничение. Одно дело, когда вдоль периметра проходит силовой кабель большого сечения с многократным запасом мощности на все мыслимые и немыслимые фантазии клиента, а другое – когда мощность на отдельное устройство выбрана буквально до последнего ватта. 
Отдельным минусом, в особенности применительно к ТСБ, следует указать такой параметр, как надежность системы. Известно, что надежность системы определяется как произведение надежностей входящих в нее взаимонезависимых элементов. Поскольку надежность каждого элемента всегда меньше единицы, с внесением в систему каждого нового элемента надежность всей системы будет неизбежно падать. Мало того что в систему питания мы добавили целый ряд дополнительных элементов в сравнении с простой классической схемой питания, так еще и элементы эти оказываются взаимозависимые, что влечет дополнительное снижение надежности.
Говоря о надежности системы, необходимо тут же отметить проблемы резервирования питания, если таковое необходимо. Резервировать придется исключительно все внешнее питание. Установкой «бесперебойников» на местах проблему решить не удастся. 
И, пожалуй, самое главное объективное ограничение, накладываемое РоЕ, – это ограничение по мощности питаемых устройств. Больше 60 В напряжения по кабелю UTP/FTP передавать просто нельзя. Передаваемый ток можно снижать, но отнюдь не до бесконечности. Меж тем нынешние системы в связи с ростом предъявляемых к ним требований, напротив, наращивают потребляемую мощность: ИК-прожекторы, сами IP-камеры (да еще с устройствами обработки и записи на борту), длиннофокусные объективы, требующие обогреваемых боксов больших размеров, поворотные платформы под солидные нагрузки и т. п. Да и требуемые для абсолютного большинства наших внешних объектов климатические параметры работают далеко не в пользу РоЕ. Так, например, для одной из купольных IP-видеокамер для внешней установки в руководстве по эксплуатации прямо указано, что организация питания по РоЕ возможна только при нижнем температурном пределе -30 0С. В случае если нижний температурный предел составляет -50 0С, питание к камере должно быть подведено отдельно. И кто в нашем климате рискнет вывесить камеру ценой в несколько тысяч у. е. на улицу, установив нижний допустимый предел в минус 30 градусов? Таким образом, для нашего рынка функция РоЕ при данных параметрах для этой камеры остается изначально невостребованной, а ее отсутствие сделало бы товар более привлекательным с точки зрения цены. Ну, и еще ограничение: при оптоволоконной передаче сигнала вся идея РоЕ теряет смысл. Разве что от оптического коммутатора непосредственно к камере? Но сам оптический коммутатор устанавливается, как правило, в монтажном шкафу, топология системы строится таким образом, чтобы минимизировать длину витой пары, и экономия на метровых длинах кабеля с существенными затратами на оборудование всегда выйдет со знаком «минус». 
В свете данной темы мне вспомнилась ситуация на рынке примерно 15-летней давности. Тогда для аналоговых камер стали активно предлагаться системы организации питания по коаксиальному кабелю. Дальность также была ограничена примерно 100 м. С появлением на рынке кабеля КВК (кабель питания и коаксиальный кабель в одной общей оболочке) спрос на подобные решения постепенно сошел на нет. Кстати сказать, рынок уже предлагает подобные кабели для IP-систем видеонаблюдения – UTP/FTP кабель + отдельный кабель питания подходящего сечения в одной общей оболочке. Собственно, довод относительно упрощения (удешевления) работ по прокладке кабельных сетей уже теряет смысл. 
Относительно возможных перспектив развития. 
Первое. Аппаратура РоЕ, применяемая на нашем рынке, будет развиваться и специализироваться под задачи именно рынка видеонаблюдения. В первую очередь в плане достижения предельной максимально возможной мощности, доводимой до потребителя. Одновременно, естественно, будет вестись развитие в плане снижения цены изделий. 
Второе. Сегодня, с одной стороны, рынок все больше предлагает оборудование для IP-систем с уже встроенной функцией РоЕ. И это естественно: задача рынка – увеличивать продажи (а вовсе не обеспечивать нашу с вами безопасность) в том числе и за счет увеличения базового пакета. С другой стороны, мы понимаем, что в реальной системе у 16-канального регистратора никогда для всех 16 каналов функция РоЕ задействована не будет. Меж тем для подобного аппарата, имеющего выходы РоЕ по всем каналам, неоправданная переплата потребителя может оказаться достаточно большой, а параметры встроенной системы РоЕ могут быть и недостаточными. Поэтому резонно применение в таких смешанных системах, имеющих в своем составе как систему питания РоЕ, так и по отдельным кабелям питания, применение отдельных комплектов с заранее заданными параметрами. Резонно обеспечить потребителю выбор таких параметров. Кроме того, предлагая комплекты (инжектор + сплиттер + DC/DC преобразователь), нет необходимости в жестком соблюдении стандарта. Достаточно обеспечить обмен данными конкретных устройств между собой, а не с любым устройством, имеющим на своей панели гнездо под РоЕ. Потребителя в конечном счете будут волновать исключительно выходные параметры, которые при таком подходе могут быть и более высокими и за существенно меньшие средства. И рынок непременно должен пойти по этому пути в противовес стандартным «праздничным наборам» в виде приложения РоЕ к любому оборудованию IP-систем. 
Что касается конечного потребителя, то выше головы не прыгнешь – и основными потребителями данной технологии останутся небольшие локальные объекты: офисы, магазины, малые внешние территории и т. п. 

16/300 – High POE инжектор 16-портовый Midspan (OSNOVO) 
OSNOVO Midspan-16.300 – это устройство, внешне напоминающее коммутационную панель. Оно располагается в сегменте между коммутатором Ethernet и оконечными сетевыми устройствами: IP-камерами, IP-телефонами, WIFI точки доступа и др. Источник Midspan подает питание по кабелю Ethernet, а поток данных пропускает через себя транзитом. 
Применение Midspan PoE позволяет уменьшить расходы в расчете на один порт, кроме того, меньше требований к поддержке и техническому обслуживанию. Снижается потребление электроэнергии. В ходе установки оборудования существенно меньше страдает сетевой трафик. Питание РоЕ подается только тем устройствам, которым оно необходимо. 
Передача питания POE до 25 Вт на каждый канал. Максимальная выходная мощность – 300 Вт. Поддержка PTZ-камер. Соответствие стандартам питания: IEEE 802.3at и IEEE 802.3af. Гарантия – 2 года. 

Продукты Axis PoE (Axis) 
С продуктами Axis PoE сетевые камеры и видеокодеры Axis могут получать данные и питание через один кабель Ethernet. Cетевое видеооборудование можно устанавливать в местах, где нет обычных электрических кабелей и розеток и где их трудно установить. 
Переходные разъемы Axis PoE проводят питание к сетевому видеооборудованию со встроенной поддержкой технологии Power over Ethernet (макс. 15,4 т на порт) через кабели Ethernet. Для сетевого видеооборудования, не поддерживающего PoE, необходимо использовать разветвитель PoE, разделяющий питание и данные, поступающие через сетевой кабель. 
Переходные разъемы Axis PoE и разветвители PoE соответствуют стандарту IEEE 802.3af (кроме активного разветвителя Power over LAN), а значит, совместимы со всеми продуктами Axis, поддерживающими технологию Power over Ethernet. 

PoE-инжекторы NIP-3200-101PG и NIP-3200-161PG (NSGate) 
PoE-инжекторы предназначены для питания удаленных PD-устройств, поддерживающих стандарты PoE 802.3af/ 802.3at. 
PoE-инжектор NIP-3200-101PG гарантирует мощность 30 Вт на порту питаемого устройства и поддерживает 802.3at. Имеет встроенный источник питания и может работать с любым Ethernet 10/100/1000 Base-T оборудованием. Новый инжектор NIP-3200-161PG гарантирует удвоенную мощность 60 Вт на своем выходном порту и решает проблему обеспечения питанием удаленных устройств, которым недостаточно мощности 30 Вт. В соответствии со стандартом 802.3at инжектор обеспечивает 52 В / 30 Вт на каждой из двух групп витых пар: EndSpan (1/2, 3/6) и MidSpan (4/5, 7/8). 
Есть альтернативные решения, называемые Passive PoE, в виде промежуточного комплекта адаптеров – инжектора и сплиттера, которые позволяют применять технологию PoE для устройств, не оснащенных данной функцией изначально.