淺談PoE技術在網絡監控中的應用

　　一、前言：

　　以太網供電(PoE)標準正式頒布到現在短短數年時間，全球各地的企業都開始迫不及待地采用這項新興技術。一項調查結果表明，從2004到2008年的4年間，采用PoE技術的供電設備復合年增長率已超過33%。2008年全球采用PoE技術的受電設備(Powered Devices, PD)市場突破了52億美元，年復合增長率高達38%。隨著全球安全市場的增長，用戶逐步開始考慮在現有以太網絡架構之上盡可能地布置一些網絡安全攝像機及其他一些網絡安全設備。基于PoE技術的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。自2010年中國安防行業網絡高清化浪潮被掀起，PoE技術成為網絡攝像機相較于模擬攝像機的一個重要優勢點，同時能省去配置電源線的時間與金錢，使整個裝置系統的成本明顯降低。極大的推動了安防行業IP化進程。

　　隨著以太網的廣泛應用,目前全球均普遍采用RJ-45網絡插座，因此各種PoE設備都具備相容性。PoE不需要更改以太網線路的纜線架構即可運作，所以采用PoE系統不但節省成本易于布線安裝還具備了遠程通電、斷電的能力,從而很好的解決了網絡攝像機所需的電源難題,將在未來安防監控領域的發展中起到非常重要的作用。

　　二、PoE在網絡監控中的主要應用

　　近年來，由于社會經濟和信息化技術的飛速發展，國家各行業對視頻監控產生了前所未有的需求。應用領域越來越廣，除了金融、政府、交通等特殊行業外，社區、酒店公共場所、工廠和商場都已應用或正在實施數字監控。規模和輻射區域越來越大。典型的例子是 “平安中國”項目，其項目范圍涉及到了整個城市，攝像頭達到上萬個。而視頻監控產品也從本地的DVR方式向IP Camera網絡發展。

　　但是，網絡視頻監控設備的安裝卻受到環境的制約，嚴重影響了網絡視頻監控的發展。網絡視頻監控所用網絡攝像頭除了需要通過網線來傳輸視頻信號外，還必須全天候為其提供足夠的電力。在實施過程中，經常會出現因為無法提供穩定的電源，而不得不重新設計攝像頭的安裝地點的情況，而重新設計安裝地點可能會導致出現監控死角，使安防監控失去意義。

　　通常情況下，正常工作的網絡攝像機需要外接兩根線，一根網線，一根電線。而以下情況會導致網絡監控鏡頭無法安裝：

　　1、攝像頭安裝位置無電源。

　　2、攝像頭安裝的位置有電源，但卻是照明電源，無法提供全天候供電。

　　以上導致網絡攝像機無法安裝的情況，均發生在網絡攝像機的供電問題上。要想使網絡攝像機在預計地點正確安裝，就必須解決網絡攝像機的供電問題。既然不能正常提供電力，就應該考慮使用網線來給攝像機供電，畢竟部署一條網線比部署一條強電線要容易的多，而且如果使用網線供電，只要數據交換機端的電力不中斷，網絡攝像機就可以正常工作。使用網線給網絡攝像機供電，可以歸納為以下兩種情況：

　　1、網絡攝像機支持IEEE802.3af\IEEE802.3at協議，可以直接使用PoE供電設備通過網線給網絡攝像機供電。

　　2、網絡攝像機不支持IEEE802.3af\IEEE802.3at 協議，不能直接使用POE設備供電。這時需要用到另外一種配套設備——PoE分離線或者PoE分離器。它的作用可以將集成有電力的網線分離成純數據網線和電源線。這樣就可完成數據與電源分離，達到一根網線即傳輸了數據又提供電源。

　　如下圖所示：

　　三、解析PoE網絡攝像機

　　PoE網絡攝像機是利用PoE技術來實現網絡視頻監控的網絡攝像機，它擁有PoE受電設備端的功能，利用以太網供電的供電端設備(PSE)提供的直流電,通過雙絞線傳輸至受電端(PD)。PoE功能在若干年以后毫無疑問會是攝像機的必備功能，網絡攝像機的引進PoE功能極大的靈活了網絡攝像機的供電需求，既可以就地取電，也可以通過網線取電，布局的時候不再受傳統的電力線取電點的制約，可以隨意移動和變更攝像點，在許多領域都具備極大的優勢。伴隨著光網視等PoE產品廠商的大力投入PoE技術開發、培育市場，PoE產品在性能上逐步升級，在價格上逐步平民化，PoE網絡攝像機的用量成倍增長。安防行業已經逐步走進無PoE不高清的“以太網供電PoE時代”

　　跟普通網絡攝像機相比，PoE網絡攝像機具有以下優點：除了從以太網電纜為連接設備提供通用供電支持外，PoE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。我們在實際運用中也可以將PoE 網絡攝像機中的受電端從攝像機中剝離出來，分成普通的網絡攝像機加PoE分離器(光網視型號：PD3101)或者PoE分離線(光網視型號：PD3201)。前端同樣有提供PoE供電的以太網交換機(光網視常用型號：POE31004P)，后端配置PoE分離器或者PoE分離線，將雙絞線傳輸過來的直流電源轉換給網絡攝像機，提供網絡攝像機的工作電源。因為受電模塊具有支持功率識別電路的功能，在我們使用智能PoE交換機供電的時候，節能的優點體現的更加明顯。

　　下表列出了在具體工程應用中PoE網絡攝像機與普通網絡攝像機的對比效果。

　　四、PoE技術在網絡監控中應用的優勢

　　安防行業應用PoE組網主要有簡化布線、節能靈活、安全方便等優勢。眾所周知，一般的網絡攝像機除了需要通過網線來傳輸視頻信號外，還必須全天候為其提供足夠的電力。而在現實施工中，經常會出現因為無法提供穩定的電源，而不得不重新設計攝像頭的安裝地點的情況。如此一來，重新設計安裝地點額可能會導致出現監控死角，使監控失去意義。

　　1、靈活性，PoE只需要安裝和支持一條電纜，簡單而且節省空間，并且設備可隨意移動;

　　2、節約成本，視頻監控攝像機等，都需要安裝在難以部署AC電源的地方，PoE使其不再需要昂貴電源和安裝電源所耗費的時間，節省了費用和時間;

　　3、供電智能化，DC電源像數據傳輸一樣，PoE可以通過使用簡單網管協議(SNMP)來監督和控制設備;

　　4、消除供電安全隱患，PoE供電端設備只會為需要供電的設備供電，只有連接了需要供電的設備，以太網電纜才會有電壓存在，因而消除了線路上漏電的風險;

　　5、集中供電優勢，一個單一的UPS就可以提供相關所有設備在斷電時的供電;

　　6、設備兼容性優勢，用戶可以自動、安全地在網絡上混用原有設備和PoE設備，這些設備能夠與現有以太網電纜共存;

　　7、使網絡設備便于管理，當遠端設備與網絡相連后，能夠遠程控制、重配或重設;

　　8、在網絡攝像機局域網中，PoE可以簡化測試任務，接入點能夠被輕松地移動和接入。

　　五、PoE在網絡監控中的發展趨勢

　　1 、IEEE 802.3af標準是目前的國際標準主要應用

　　該標準規定可以通過RJ45接口向受電設備提供功率高達13W、48V的電源，這就允許設備使用與傳輸數據一致的電纜提供或吸收功率。標準中規定了兩個可選電源實體的功能及電氣特性：即受電設備(Power Device，or PD)和供電設備(Power Sourcing Equipment，or PSE)，該標準可向下兼容。較早的PoE設備不會與IEEE802.3af 標準相沖突，有效功率級還將有望面向未來的應用。

　　IEEE 802.3af PoE 標準允許設計師通過以太網電纜為用電設備(PD)提供高達12.95W 的電力，同時符合安全特低電壓(SELV)要求。根據IEEE 802.3af標準，PD可按所需功率分為四個不同的級別。Class 1 設備需要的工作功率為0.44～3.84W，Class 2 設備需要的工作功率介于3.85W 和6.49W之間，Class 3設備的功率范圍則介于6.5～12.95W之間。設計師可以根據功率要求將他們的設備指定為特定的級別。低成本解決方案可以使用一般的

　　默認級別指定(Class 0)，表示PD需要的工作功率介于0.44～12.95W的工作功率。

　　作為通過以太網電纜輸電的IEEE工業標準，以太網供電(PoE)技術的發展勢頭十分強勁。這一新興技術通過傳輸以太網數據的CAT-5電纜進行供電，可以簡化用電設備(PD)的安裝和部署。這些設備包括無線接入點、監控攝像機、智能終端、智能傳感器和VoIP電話等。

　　由于IEEE802.3af標準的功率都在13W以下，但是實際應用過程中需要用到更大功率的終端，例如含有全方位云臺、變焦鏡頭的攝像機、大功率的高速球型攝像機等它們的功率大都30W以上，所以為將進一步提高信道的供電能力，IEEE802.3at標準將功率由現在的12.95W提高到30W以上，深圳市光網視科技甚至將以太網供電的端口功率做到了60W以上，深圳光網視科技2012年實現了單端口60W，2013年實現了單端口95W等超高功率的以太網供電功能，擴大了PoE在安防領域、辦公自動化方面以及智能終端和工業化智能監控等方面的應用范圍。

　　2 、IEEE 802.3at標準發展迅猛

　　目前PoE業界所采用的標準IEEE 802.3 af應用還是占據主要部分，只能向功率在13W以下的受電設備供電。雖然能夠滿足傳統的IP電話以及網絡攝像頭的需求，但隨著無線局域網雙波段接入、視頻電話、PTZ視頻監控系統(可變焦帶云臺的攝像機)、智能終端、遠處辦公設備等高功率應用的出現，原有的IEEE802.3af標準13W的供電功率顯然不能滿足需求，為此，IEEE在2005年開始開發新的PoE標準IEEE802.3at(PoE Plus)以提升PoE可傳送的電力。

　　新標準于2009年正式發布,稱為Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，它將功率要求高于12.95W的設備定義為Class 4(該級別在IEEE 802.3af中有描述，但留作將來使用)，可將功率水平擴展到25W或更高。由于能夠支持更高的功率水平，這一新標準會將PoE應用很容易擴展到新的領域，例如WLAN(無線局域網)、銷售點終端設備、交換機以及傾斜式/變焦式/云臺式監控攝像機。

　　IEEE802.3at (PoEP)標準中最引人注目的一個新變化將是，它能夠以比現有標準更詳盡的細節來控制功率分布。兼容802.3af標準的PSE識別PD的級別后，只需提供級別定義所允許的最大功率即可。IEEE802.3at系統通電后，符合標準的PSE將能夠使用Level-2 軟件與每個PD 進行通信，以確定峰值和平均功率要求。這一新功能將允許設計師根據功率預算來設計PoE兼容系統，并使系統總功率能力更接近于系統負載要求。峰值負載功率和高電流持續時間之間還可以建立通信(例如，攝像機推拉電機具有較高的短時電流要求)。不過，新標準尚未對這種Level-2通信進行完整定義。由于新標準是向下兼容IEEE802.3af標準的，因此面臨的一個主要問題是，PSE如何判斷與之相連的是IEEE802.3af兼容PD還是新的IEEE802.3at兼容PD(以及PD如何對PSE做出類似的判斷)。為了解決此問題，IEEE802.3at標準將使用與IEEE802.3af中相同的特征來指示PoE兼容PD，但這樣會在分級階段增加第二次電壓脈沖，以便指示PSE的IEEE802.3at兼容狀態。IEEE802.3at兼容PD將檢測到第二次電壓脈沖，并判斷它們已連接至IEEE802.3at兼容PSE。由于分級周期持續時間符合 IEEE802.3af時間限制，因此與當前IEEE802.3af標準兼容的PD會將第二次脈沖僅視為初始查詢和響應的一部分。

　　3 、IEEE802.3af與IEEE802.3at的對比：

　　與IEEE802.3af相比，IEEE802.3at可輸出2倍以上的電力，每個端口的輸出功率可在30W以上，因此可大幅拓寬PoE的應用領域。表1為IEEE802.3af與IEEE802.3at的對比。

　　PoE 技術的機遇與挑戰：

　　PoE目前尚面臨一些挑戰，如PoE技術可讓受電設備從每個端口獲得30W以上的功率，但不是每個端口的受電設備都需要30W 的功率，因此，如何準確的感測每個受電設備的需要是一個很重要的問題，否則可能對受電設備造成損壞或對網絡基礎設施形成不安全因素。此外，由于電纜通常被匝成電纜束, 并置于配線柜中，因此線纜束的散熱問題則需要考慮。而成本問題則是PoE面臨的又一挑戰，特別是對PD制造商而言，在產品中加入PoE技術就意味著增加成本。

　　另外標準的五類網線有四對雙絞線，但是在l0MBASE-T和100MBASE-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，將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。目前的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，而電源應用設備PD必須能夠同時適應多種情況。隨著網絡監控設備向大功率供電發展的趨勢，深圳市光網視科技成功解決并實現了采用四對雙絞線全部支持供電，通過提高電源的載流量來增加供電功率,以解決設備對大功率供電的需求。

　　六、PoE在網絡監控中的市場機遇

　　PoE技術將網絡攝像機部署靈活、擴展方便的優勢發揮到了極致，然而國內的PoE網絡攝像機的市場狀況并不樂觀，只占整體監控市場的較少的份額，這其中的緣由又從何說起呢?

　　安防監控市場到目前為止發展大致分了三個階段: 模擬化技術、數字化技術和網絡化技術(IP技術)。在三個階段中，最初是以模擬信號和設備為特征的CCTV(Closed Circuit Television，閉路電視監控)系統，采用VCR(Video Cassette Recorders)存儲監控數據;到數字化或部分數字化監控系統中以DVR(Digital Video Recorder)或具有網絡功能的NVR(Network DVR)存儲監控數據;再到現在蓬勃發展的網絡化視頻監控系統(IP監控系統)，采用更新的存儲技術(DAS、NAS、IP SAN或FC SAN等)存儲監控數據。這是監控系統走過的三步發展之路，也是監控數據存儲的三個不同時代。

　　客觀地說，雖然目前的模擬化與數字技術局限性十分明顯，網絡化的安防技術應用的日益廣泛和深入，也是必然的發展趨勢，但模擬化技術與數字技術在市場中仍占據較大比重。因此從整體監控市場角度來看，網絡監控的市場比重還不高，因此，隸屬與網絡監控系統的PoE攝像機市場相對也不活躍。從技術角度來看，網絡監控市場雖然經過幾年的發展，國內PoE技術從非標準走向標準，從非智能走向智能，供電功率也不再局限于IEEE802.3af和IEEE802.3at標準規范，光網視科技分別在2012年、2013年已推出成熟的60W和95W的智能PoE產品，更高的網絡攝像機均可納入PoE供電系統，通過光纖通信技術的引進，更促使PoE產品組網的靈活性。當然從廣大工程商的認可程度來看，PoE網絡攝像機雖然有諸多優勢，但畢竟同傳統網絡攝像機在施工時存在諸多不同，如PoE的應用規范、終端設備功率的選型配套等，需要將PoE的應用技術更好的傳授到一線的安防工程師那里。另外，目前PoE市場中還混有一部分非標準PoE產品，魚目混雜，非標準PoE產品的應用嚴重傷害了安防工程商對PoE的熱情，加深工程商對PoE技術的懷疑和不認可，為此光網視科技通過百城會活動走向全國各城市開展PoE技術培訓，只有掃清PoE技術的應用障礙和誤區，才能讓廣大網絡監控用戶真正享受到PoE技術所帶來的美好體驗。

　　隨著PoE技術的發展，能提供電源的功率逐步增大，信號傳輸帶寬更高，網絡視頻監控將以PoE供電方式將逐漸被更多消費者喜愛，各監控產品供應商也都推出了PoE產品，深圳光網視科技有限公司作為安防傳輸產品領先者，也將繼續自己的開發之路，推出更多優質產品，以滿足日益增長的市場需要，相信以PoE技術為核心的網絡監控產品會逐步成為市場的主流。

　　原文鏈接：http://www.onv.com.cn /cn/news/show_353.html

　　關鍵詞：PoE技術網絡監控POE交換機網絡攝像機

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