POE技术在视频监控系统中运用

以太网供电(POE+)技术在视频监控系统中运用摘要：工业视频监控系统在化工生产装置和治安保卫区域得到了广泛运用，信号传输在经历了模拟向数字转换后，随着以太网供电技术的发展，实现了在同一根网线上既可以传输数据又可以传输电力，更方便快捷地架构传输线路，节省成本和施工时间。本文重点介绍了POE+以太网供电技术的原理和应用。关键字：POE、以太网供电、802.3af、802.3at一、引言我公司的工业视频监控系统始于上世纪九十年代，目前在各化工生产装置和治安保卫区域得到了广泛运用。最初都是模拟系统，前端每路摄像机都要铺设大量的视频线缆和供电线缆，一路摄像机要对应一条视频缆和一条电源缆。施工相对麻烦，线路过长，且受传输距离限制。2010年前后，随着数字系统的迅猛发展，交换机和光缆在视频监控系统中广泛应用，中间传输线路多采用光缆，大大节省了后端主控设备至前端摄像机的视频传输线路，解决了信号传输中的一传多问题，通过两芯光纤就可以传输多路、甚至几十路的视频信号，简化了视频信号线路。近几年，POE技术开始在视频监控领域运用，尤其是POE+技术，突破了以太网100米的传输距离限制，实现了在同一根网线上既可以传输数据又可以传输电力，解决了两个前端设备超过100米距离必须铺设光纤或者加中继的瓶颈，将五类线的传输距离延长到200米、甚至是300米，具有广泛的应用前景。可以说，POE+技术利用原有五类线，解决了前端接线箱到摄像机--最后几百米范围的视频信号传输和设备供电问题。二、以太网供电技术原理我们在财务共享中心淄博服务部办公楼，进行了以太网供电技术组网构建视频监控系统的尝试，通过在楼宇内仅仅铺设网线，完成了整个视频监控系统视频信号的传输和前端摄像机供电。我们来了解一下以太网供电技术的发展和实现原理。（一）以太网供电技术发展POE(PowerOverEthernet)以太网供电技术，是指的在现有以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端设备（如网络摄像机、IP电话机、无线局域网接入点AP等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。借助以太网电缆，将电源和数据集成在同一有线系统中，在确保原有结构化布线安全的基础上，同时又保证了网络的正常运。，POE也被称为基于局域网的供电系统(POL，PoweroverLAN)或有源以太网(ActiveEthernet)，有时也被简称为以太网供电。IEEE802.3af(15.4W)成为了首个POE供电标准，规定了以太网供电标准，是现在POE应用的主流实现标准。受电设备上的POE功耗被限制为12.95W，这对于传统的IP电话以及网络摄像机而言足以满足需求。2005年7月，IEEE802.3at(25.5W)应大功率终端的需求而诞生，在兼容802.3af的基础上，提供更大的供电需求，将供电功率扩展到25W或更高，我们把IEEE802.3at简称为POE+以太网供电技术，也可以理解为POE+为增强型的POE以太网供电技术。（二）POE系统的设备组成一个完整的POE系统分为两部分：一是PSE（PowerSourcingEquipment）设备，即供电设备，负责通过网线提供电力，并实施功率规划和管理；二是PD设备（PowerDevice），是接受网线供电的另一端，即受电设备。PSE设备主要有POE交换机。PD设备有支持POE供电的网络摄像机、无线AP、网络电话及POE分离器等。（三）以太网技术原理分析（图1）以太网供电技术的原理，如图1所示。标准的五类网线有四对双绞线，但是在10MBASE-T和100MBASE-T中只用到其中的两对，也就是1、2、3、6线芯。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。该标准规定PSE供电电源通常是DC48V/15W，PD端受电设备实现DC48V到低电压的转换是较容易实现的。POE供电的工作过程：1.PSE端初始检测：一开始，PSE设备在端口输出很小的电压，直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE802.3af标准的受电端设备。当检测到同一网络中存在受电端设备PD之后，PSE设备会对PD设备进行分类，并且评估此PD设备所需的功率损耗。2.PSE端开始供电：在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内，对于符合供电条件的PD设备，PSE设备和PD设备开始“握手”，PSE设备开始从低电压向PD设备供电，直至提供48V的直流电源。3.正常运行阶段：为PD设备提供稳定可靠48V的直流电，满足PD设备不越过15.4W的功率消耗。而POE+能够提供25W或者更高的功率消耗。4.断电：若PD设备从网络上断开时，PSE就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为PD设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。（四）POE+供电特性IEEE802.3at（POE+）主要供电特性参数有：.PSE输出电压在44～57V之间，典型值为48V.PSE输出功率=30W.允许最大电流为600mA，最大启动电流为500mA.典型工作电流为10～600mA，超载检测电流为350～600mA。.PD输入电压DC42.5～57V.PD最大功率25.5W.在空载条件下，最大需要电流为5mA。.线缆要求CAT-5e（五）以太网线供电测试及优势分析使用以太网线供电的优势是明显的，尤其是POE+，更是突破了网线100米的限制，节省了布线成本，省时省力，架构简单，易于维护。1.POE+设备供电测试为了确保远距离POE+设备的使用安全，得到较为精确的供电距离和能力，我们对不同品牌设备、不同厂家网线进行了连续2个月的测试，测试距离分为150米、200米、250米、300米。测试目的：找出PSE设备极限供电距离，以及PSE设备和PD设备的最佳运行状态和供电距离。测试设备如下表：序号测试设备及线缆品牌型号1摄像机大华DH-IPC_HFW3300CP、大华DH-IPC-HF5200、大华DH-SD-6A1220-HNI球机、大华DH-SD-55D220-HN-PDC球机海康DS-2CD4020FWD、海康DS-2DE4582-DE3球机、海康DS-2CD4A26FWD-IZ宇视IPC-HIC2301ES-DIR、宇视IPC-HIC1621HX22-C、宇视IPC-HIC2421DE-CIR2POE交换机迈威MIEN2208P-LS-AC220、迈威MIGE3016P-2GS/M-AD220欧迈特GOE-228P-24E-4GX、欧迈特GOE-2003网线TCL济南林客浙江同创江苏铭阳测试结果：序号测试距离测试结果正常不正常1200米以内1.所有设备运行正常；2.球机和枪机运行正常，红外灯正常开启；3.图像显示正常，无丢帧延迟；无2250米以内1.所有枪机运行正常，红外灯正常开启；2.图像显示正常，无丢帧延迟；所有球机不工作，红外灯亮起；3300米大华、宇视枪机工作正常，红外灯正常开启，图像显示正常，无丢帧延迟；海康枪机有丢帧延迟情况；经过相关测试，得出结论：采用IEEE802.3at标准（POE+以太网供电）的PSE设备和PD设备，在网线250米范围以内都可以正常工作，在预留余量的情况下，可以将200米作为POE+供电安全距离。2.以太网供电优势分析序号优势详细描述1架构简单、布线方便星形架构，POE只需要一条电缆（五类线）就可以实现供电和信号传输，实现简单易行，施工方便。2节约成本在200米范围内，省却了电源缆敷设工作量，节约了材料，节省了施工费用。3便于管理像数据传输一样，POE可以通过使用简单网管协议(SNMP)来监督和控制该设备。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。448V供电，消除漏电危险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，负载小一个单一的UPS，就可以提供相关所有设备在断电时的供电。三、以太网供电组网架构实例目前，我们在财务共享中心淄博服务部办公楼、经保三队乙烯门卫等区域进行了以太网供电技术组网构建视频监控系统。我们来看一个实例。财务共享中心淄博服务部办公楼共4层,东西向走廊长约50米，在2楼机房安装一台支持POE+的4光24电交换机，以此汇聚点，向办公楼1-4层走廊东西两侧、1楼大厅和财务室的POE摄像机，各铺设一条网线。通讯管道位于楼宇的东侧，最远端网线距离超过100米。各监控点分别安装了POE红外半球，摄像机数量合计14台，在网络机房的POE+交换机，通过网线完成了所有POE摄像机的供电和信号传输。整个系统组网简单，施工方便，成本降低，视频图像清晰，采用以太网供电技术，非常适合楼宇内的数字视频监控架构。四、以太网供电系统外界影响因素分析以太网供电系统来自外界影响因素，一是信号干扰，二是网线质量。因为网线容易受到强磁干扰，因此大功率的电源缆和网线，应该分别单独敷设，在装置现场，应严格对前端线缆进行配管，除了起到防破坏的作用，也起到了对防外界强磁干扰屏蔽的作用。POE供电距离是由数据信号的传输距离决定的，单纯的电力是可以传输很远的，只要电路可通，但是数据信号的传输距离是由网线质量决定的。市面上常见的五类线，质量相差很大，很多厂商为了降低成本，将铜线用铜包铁、铜包钢替代，导致网线传输距离下降。普通的五类线数据信号传输距离在100米左右，工程上为保证施工质量，使POE的效果发挥最大，一定要使用质量好的网线，如TCL的。在前期POE测试里，网线一类的测试结果，TCL和浙江同创的质量符合要求。五、以太网供电技术应用前景在石化行业中，工业视频监控为生产装置的安全生产和物资设备的安防保卫，发挥了巨大作用。近几年摄像机的数量和视频监控系统的规模急速扩张，目前，我公司以形成了涵盖门禁、物资保卫、危化品管理、易燃易爆装置区域监控的多领域视频应用系统。相对来说，视频监控系统的前端布线较为复杂，尤其是石化行业。但是，某个区域或者某套装置内的视频摄像机，却相对集中，采取POE+技术，可以将200米、甚至到250米范围内的视频设备接入，省却了光缆线路和电源缆，解决了两个前端设备超过100米距离必须铺设光缆或者加中继的瓶颈，简化了组网架构和成本，优化了施工时间和费用，具有广泛的应用前景。随着视频监控技术日新月异的发展，会有更多的新技术运用，功能会越来越强丰富，我们在积极关注了解新技术的同时，将成熟的技术及时投入到实际运用当中，以满足用户需求。2016-1-13