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POE網絡攝像機模塊化設計及構成特點
  瀏覽次數:1899   發布日期:2011/11/4   作 者:管理員 【安防百科】
 POE的概念
    POE(Power Over Ethernet)技術指的是在現有的以太網雙絞線布線基礎架構不作任何改動的情況下,在為一些基于IP的終端(如IP電話機、無線局域網接入點AP、網絡攝像機等)傳輸數據信號的同時,還能為此類設備提供直流供電的技術。
    POE標準為使用以太網的傳輸電纜輸送直流電到POE兼容的設備定義了兩種方法:一種稱作“中間跨接法”( Mid -Span ),使用以太網電纜中沒有被使用的空閑線對來傳輸直流電,相應的Endpoint PSE支持POE功能的以太網交換機、路由器、集線器或其他網絡交換設備。另一種方法是“末端跨接法”(End-Span),是在傳輸數據所用的芯線上同時傳輸直流電,其輸電采用與以太網數據信號不同的頻率。Mid-span PSE是一個專門的電源管理設備,通常和交換機放在一起。它對應每個端口有兩個RJ45插孔,一個用短線連接至交換機,另一個連接遠端設備?梢灶A見,End-Span會迅速得到推廣,這是由于以太網數據與輸電采用公用線對,因而省去了需要設置獨立輸電的專用線,這對于僅有8芯的電纜和相配套的標準RJ-45插座意義特別重大。
POE供電的工作過程
一個完整的POE系統包括供電端設備(PSE,Power Sourcing Equipment)和受電端設備(PD,Power Device)兩部分。PSE設備是為以太網客戶端設備供電,同時也是整個POE以太網供電過程的管理者。而PD設備是接受供電的PSE負載,即POE系統的客戶端。
    當在一個網絡中布置 PSE供電端設備時,POE以太網供電工作過程如下所示:
    檢測:一開始,PSE設備在端口輸出很小的電壓,直到其檢測到線纜終端的連接為一個支持IEEE 802.3af標準的受電端設備。
    PD端設備分類:當檢測到受電端設備PD之后,PSE設備可能會為PD設備進行分類,并且評估此PD設備所需的功率損耗。
    開始供電:在一個可配置時間(一般小于15μs)的啟動期內,PSE設備開始從低電壓向PD設備供電,直至提供48V的直流電源。
    供電:為PD設備提供穩定可靠48V的直流電,滿足PD設備不越過 15.4W的功率消耗。
    斷電:若PD設備從網絡上斷開時,PSE就會快速地(一般在300400ms之內)停止為PD設備供電,并重復檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設備。如圖1所示:
1POE以太網供電工作過程示意圖
POE的傳輸模式
    標準的五類網線進行數據傳輸時有四對雙絞線,但是普通的網絡攝像機在l0M BASE-T100M BASE-T中只用到其中的兩對。IEEE802.3af允許兩種用法,應用空閑腳供電時,4、5腳連接為正極,7、8腳連接為負極。應用數據腳供電時,DC電源加在傳輸變壓器的中點,不影響數據的傳輸。在這種方式下線對1、2和線對3、6可以為任意極性。802.3af標準不允許同時應用以上兩種情況。電源提供設備PSE只能提供一種用法,但是電源應用設備PD必須能夠同時適應兩種情況。該標準規定供電電源通常是48V、13W的。PD設備提供48V到低電壓的轉換是較容易的,但同時應有1500V的絕緣安全電壓。
模塊化設計概念
    為開發具有多種功能的不同產品,不必對每種產品施以單獨設計,而是精心設計出多種模塊,將其經過不同方式的組合來構成不同產品,以解決產品品種、規格、制造周期、成本之間的矛盾,這就是模塊化設計的含義。
    模塊化設計與產品標準化設計、系列化設計密切相關,即所謂的“三化”!叭被ハ嘤绊、互相制約,通常合在一起作為評定產品質量優劣的重要指標。到本世紀50年代,歐美一些國家正式提出“模塊化設計”概念,把模塊化設計提到理論高度來研究。目前,模塊化設計的思想已滲透到許多領域,例如計算機、安防、化工、家電等等。產品的模塊化設計使其在安裝維護和擴容方面表現極為突出。
    模塊:一組具有同一功能和接合要素,但性能、規格或結構不同卻能互換的單元。
    模塊化設計:在對產品進行市場預測、功能分析的基礎上,劃分并設計出一系列通用的功能模塊;根據用戶的要求,對這些模塊進行選擇和組合,就可以構成不同功能、或功能相同但性能不同、規格不同的產品。這種設計方法稱為模塊化設計。
 模塊化設計的主要方式有:
    1)橫系列模塊化設計。不改變產品主參數,利用模塊發展變形產品。這種方式易實現,應用最廣。常是在基型品種上更換或添加模塊,形成新的變形品種。
    2)縱系列模塊化設計。在同一類型中對不同規格的基型產品進行設計。主參數不同,導致結構形式和尺寸不同,因此較橫系列模塊化設計復雜。
    3)橫系列和跨系列模塊化設計。除發展橫系列產品之外,改變某些模塊還能得到其它系列產品,便屬于橫系列和跨系列模塊化設計了。
    4)全系列模塊化設計。包括縱系列和橫系列。
    5)全系列和跨系列模塊化設計。主要是在全系列基礎上用于結構比較類似的跨產品的模塊化設計上。
     安防產品主要會用到橫系列模塊化設計、橫系列和跨系列模塊化設計。其它幾種模塊化設計方式應用較少。
POE模塊化產品的構成
    前面提到一個完整的POE系統包括供電端設備(PSE, Power Sourcing Equipment)和受電端設備(PD, Power Device)兩部分。所以POE模塊主要由POE供電端及POE受電端構成。
    POE供電模塊即PSE供電端設備在以太網RJ45端口輸出很小的電壓,直到其檢測到線纜終端的連接為一個支持IEEE 802.3af標準的受電端設備,根據受電設備輸出相應的電壓。當多塊POE供電模塊集成到一個供電模組箱內,就構成POE供電箱,POE交換機(集成了多個PSE供電端設備)也具備POE供電箱的功能。
    POE受電模塊是將以太網絡供電(POE)的受電裝置(PD)所需的偵測接口回路(IEEE 802.3af interface)DC/DC Converter整合至單一包裝模塊,支持功率識別電路(classification,Ag8000/8100),讓局端供電裝置遞送適當的功率需求, 提升整體系統的功率消耗效能。作為POE受電模塊,其可為普通安防產品提供不高于13W的功率。同樣,POE受電模塊可集成到普通安防產品(如網絡攝像機),形成一個獨立的產品POE網絡攝像機。
    POE網絡攝像機就是利用POE模塊(包括POE受電模塊、POE供模塊)來實現以太網供電的,它擁有POE受電模塊的功能,利用供電端設備(PSE)提供的直流電,通過雙絞線傳輸至POE網絡攝像機。
    根據視頻監控現場環境,我們可以靈活選擇網絡攝像機的供電方式:當取電方便、成本合理時直接鋪設電源線供電。反之,我們可通過POE模塊通過以太網雙絞線給前端網絡攝像機供電。POE受電模塊可獨立出來,也可集成到網絡攝像構成POE網絡攝像機;同樣POE供電模塊可單獨給前端設備供電,當前端需供電設備較多時也可插入模塊箱形成POE供電箱來通過以太網雙絞線集中供電。整個應用體現出POE模塊化的優勢。
POE模塊化產品優勢:除了從以太網電纜為連接設備提供通用供電支持外,POE模塊降低了投資開支,從而降低了在統一IP基礎設施中整合入上電設備的總部署成本。POE模塊免除了為終端設備安裝墻壁電源連接的需要,因而降低了與支持終端設備相關的電源插座成本。它還可在部署本地交流電源較為困難的場所安裝網絡連接設備,從而提供了更大的靈活性。因為POE受電模塊具有支持功率識別電路的功能,在我們使用UPS供電的時候,節能的優點體現的更加明顯。
POE模塊化產品的工程應用特點
對比項
POE模塊化產品
POE模塊化產品
靈活性
自由組合,靈活選擇
比較單調,沒有選擇余地
施工難度
安裝簡單,只需要布置一根雙絞線,不需要敷設電源線,可以省去昂貴的電源線,省去敷設電源線的工作量。
要敷設網絡線和電源線,增加施工量,增加成本,延長工期。
點位設定的自由度
布置點位相對比較自由,不用考慮電源取電的難題,只要網絡線可以到達的地方都可以安裝,減少安裝過程中考慮的因素。
要根據電源線來布置網絡攝像機,電源也是點位布置中要考慮的一個因素。
信號干擾度
因為網絡線容易受到強磁場的干擾,我們在POE供電時不用單獨敷設220V的電源,減少信號的干擾導致圖像不清晰、衰減大的因素。
電源線和網絡線單獨敷設,但是畢竟相隔的距離比較近,容易造成干擾。
節能程度
POE供電的網絡視頻監控系統采用集中供電時,因為受電模塊具有支持功率識別電路的功能,不會造成電能的浪費,有效的節約了能源。
采用固定功率的電源適配器供電,供電過程中造成電能的浪費。
維護成本
維護簡單,不用對電源適配器、電源線、電源插座維護,只需要管理好一根網線。
維護的成本高,需要維護的對象有電源線、網線、電源插座、電源適配器等。
集中供電難度
集中供電非常簡單,只需要對交換機進行集中供電,供電的范圍比較集中,容易管理,成本較低。
供電的范圍比較寬廣,要分散到各個攝像機。
安裝美觀度
前端安裝簡潔,不用另外處理電源適配器而設置防水盒等影響美觀的設備。
前端要隱藏電源適配器等,影響美觀。
安全性能
通過POE供電,前端沒有強電,系統的安全性好,不會因為電源問題發生事故。尤其在安全性要求高的場所,優勢更加明顯。
220的交流電到前端,分散到各個監控點,都是造成事故的隱患。
防雷性能
POE產品增加網絡防雷模塊就可以保證前端設備在雷雨天氣的安全,網絡線不超過100,不容易形成感應電勢擊壞攝像機的電子元器件。
由于有電源線,電源由室外引入室內,容易將雷雨天氣時的感應電勢帶入室內,形成脈沖或者浪涌擊穿網絡攝像機的電子元器件。
POE模塊化產品的應用與發展
POE(POWER OVER Ethernet)技術最早是由IEEE(國際電氣電子工程師協會)提出。其實在1999IEEE就開始起草該標準,最早參與的廠商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel,CiscoNational Semiconductor等廠商。
正因為在國外諸多大型廠商的努力推動下,IEEE 802.3af標準才能更廣泛的應用于市場;PoE技術的POE模塊化網絡監控設備也已經越來越被用戶所接受并且得到了快速的發展。一項調查結果顯示,從2003年到2008年的5年間,基于POE模塊的網絡攝像機復合年增長率達到33%。2008年全球采用基于POE模塊的網絡攝像機市場年復合增長率高達38%。
 目前網絡視頻監控系統以其組網方便、監控覆蓋區域廣等明顯優勢初步取代傳統模擬視頻監控系統,POE模塊化產品又是應該趨勢而誕生,目前該類產品多應用于教育、醫療、政府機構等行業。比如:教育機構的分級管理適合用網絡視頻監控系統進行聯網監控,學校前端攝像機相對比較集中,基本以交換機為中心星型分部到教學樓或教職工宿舍各個監控點,適合采用POE供電,節約成本,簡化施工。
目前802.3af標準只支持最高13 W的功率和48 V電壓,能夠滿足現在普通的網絡槍式攝像機功率需求。新一代標準“IEEE 802.3atPoE Plus)”的調查委員會(task force)在完成草案“IEEE P802.3at/Draft 3.0,向IEEE P802.3的工作組(英文發布資料)提交了草案,預計今年發布該標準,將進一步提高信道的供電能力,將功率由現在的12.95W提高到30W,這將會支持更多的設備,如含有全方位云臺、變焦鏡頭的攝像機、大功率的高速球型攝像機。
POE模塊化產品的出現,使得POE技術得到迅速推廣,應用領域不斷擴大,人們的用電安全意識也有所改變。POE模塊化產品給工程商帶來更為方便靈活、更貼于用戶需求的系統解決方案。隨著供電、受電能力的加強、POE模塊化產品的應用將越來越普及。
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