Na jakou vzdálenost funguje bezpečnostní kamera Wi-Fi?

Při navrhování moderních systémů video sledování a přepínání kamer je nutné vzít v úvahu některé funkce. Zejména se jedná o možnost připojení IP kamery k přepínači na vzdálenost 100 m a více.

Když je potřeba instalovat video monitorovací zařízení na fasádu budov, podél obvodu míst, na objektech umístěných na velkou vzdálenost, vyvstává otázka ohledně maximální vzdálenosti pro připojení zařízení. V závislosti na vlastnostech objektu – rozměry, umístění serverů a přepínačů, může být párování vyžadováno po několika kilometrech. U mědi je povolena instalace ve vzdálenosti 100 metrů. Pak vyvstává logická otázka: jak tento limit zvýšit?

Zvažme několik možností řešení tohoto problému, zdůrazněme výhody / nevýhody každého z nich a vyvodíme závěry. Vezměte prosím na vědomí, že uvažujeme přesně o metodách připojení IP kamer k přepínačům, nikoli o zásadách výstavby LAN.

Co rozhoduje o volbě vzdálenosti?

Vznik jasné hranice 100 m vznikl díky schopnosti moderních IP kamer fungovat přes ethernetový kabel. Porty pracují na kanálu OSI pomocí protokolů IEEE 802.3i (10Base-T) a IEEE 802.3u (100Base-T/100Base-TX). V souladu se specifikacemi jsou zajištěny tratě dlouhé až 100 m. Důvodem je zhoršení signálu, které se projeví při vytváření delších úseků. Důvodem je zhoršení kvality spojení, vliv rušení a jitter fáze.

Při vytváření projektu pomocí ethernetového kabelu s měděným jádrem je důležité zajistit úseky mezi zařízeními do 100 m Pokud není možné kabel položit tímto způsobem, je třeba myslet na záložní možnosti.

Co se stane, když je vzdálenost větší než 100 m?

Je možné nakreslit takovou čáru, prakticky nic ji fyzicky nebrání. Existují případy, kdy je vzdálenost mezi přepínačem a kamerou až 150 m a vše funguje správně. To je způsobeno určitými tolerancemi, které umožňují poněkud podcenit technické vlastnosti v pasu výrobku. S úspěšným výběrem zařízení se vlastnosti mírně zvyšují.

Limit 100 m je poněkud přehnaný. S ideální charakteristikou zařízení lze parametr zvýšit na několik set metrů. Jde však spíše o výjimku z pravidla, protože. Neexistují žádná dokonalá zařízení. Technické specifikace a další regulační dokumenty uvádějí dovolené odchylky. Pokud se vyskytne problém, prodejci a auditoři okamžitě upozorní na odchylku od norem. Proto je tato metoda vhodná k diskuzi nebo experimentování.

Přepínače rozšířeného rozsahu

Připojení pomocí dálkových spínačů má výhody i nevýhody. Výrobci kamer nabízejí ke koupi a instalaci přepínač schopný přenést signál na vzdálenost větší než 100 m bez zjevné ztráty kvality (obr. 1).

Rýže. 1. Přepínač se zvýšeným dosahem

V tomto případě můžete pomocí nich navrhnout linku a připojit zařízení na vzdálenost až 250 m, metoda má však řadu nevýhod:

• malý sortiment výrobků; • musíte používat zařízení od stejné společnosti, tzn. připojení k výrobci; • schopnost přenášet až 10 Mbit/s.

Poslední parametr udává, že uživatel bude moci přijímat data až 5 Mbit/s, protože rychlost musí být určitá rezerva. Tím se rozsah použití takových systémů výrazně zužuje.

Vezměte prosím na vědomí, že zvýšení vzdálenosti není inovativní řešení nebo vývoj! Nejčastěji mohou zvětšenou vzdálenost navrhnout specialisté s bohatými zkušenostmi, kteří mohou předem říci, že linka zůstane v provozu. Připojení je provedeno pomocí vysoce kvalitního kabelu a rychlost je omezena na 10 Mbit/s.

Implementace takového řešení má několik významných nevýhod, které omezují rozsah aplikace. Je povoleno při instalaci kamer s nízkým rozlišením (až 1 megapixel) nebo při nízké rychlosti přenosu videa (1-2 fps). V některých případech jsou takové tolerance dostatečné. Další výhodou bude podpora dodavatele, který pomůže zařízení nastavit.

Mezilehlé spínače

To zahrnuje propojení několika krátkých kabelů v sérii přes přepínače – vytvoření „řetězce“. Mezi výhody řešení patří:

• zachování rychlosti přenosu dat bez ohledu na vzdálenost;
• možnost připojení více mezilehlých přepínačů.

Ale připojení přes více přepínačů má také nevýhody:

• snížená spolehlivost systému – zařízení se mohou pravidelně porouchat a je třeba je vyměnit za nové přepínače;
• zvýšení nákladů na pokládku vedení v důsledku nákupu dalších přepínačů;
• musíte najít místo pro instalaci dalšího zařízení, což není vždy reálné;
• napájení pro každý jednotlivý spínač, připojení ke zdroji el.

Tato metoda skutečně umožňuje přenášet data na vzdálenost větší než 100 m, ale zároveň vyžaduje velké finanční investice na nákup, instalaci a napájení zařízení (obr. 2).

Rýže. 2. Připojení IP kamery pomocí „předávací stanice“

Toto zapojení našlo uplatnění v malých video monitorovacích systémech s nízkým provozem, kde je možné umístit další přepínače a napájet je. Proto se připojení přes „přestupní stanici“ stalo běžnějším uvnitř budov než venku. Tato možnost není všelék, existují další možnosti, které poskytují atraktivnější, jednodušší a pohodlnější způsob připojení zařízení nad 100 m.

Extender (rozšíření)

Toto spojení je založeno na vlastnostech předchozí metody, ale má své vlastní charakteristické rysy. Toto je vylepšená možnost, která zahrnuje připojení jediného vzdáleného zařízení. Extender je zjednodušený přepínač, který obsahuje jeden vstup a jeden výstup (obr. 3).

Rýže. 3. Připojení IP kamery pomocí prodlužovacího kabelu

Napájení je zajištěno dvěma způsoby – prodlužovací kabel je připojen ke zdroji energie nebo využívá technologii PoE. V prvním případě je princip připojení prakticky stejný jako v předchozím případě, kdy každý extender vyžaduje vlastní napájení. Druhá metoda je pro většinu uživatelů zajímavější.

Zjednodušené spínače lze zapojit do série, jako běžné spínače (obr. 4).

Rýže. 4. Připojení kamery pomocí několika prodlužovacích kabelů

Při použití specializovaného zařízení je možné zvýšit délku vedení:

PoE přepínač nebo Axis 15 W midspan (802.3at)

Poe + spínač (802.3at)

Axis 30W midspan (802.3at)

200 m (656 stop) použijte 23AWG nebo těžší kabel (typicky Cat 6) (spolu s Axis 60 W midspan)

Z tabulky a obrázku 4 je vidět, že při použití ethernetového měděného drátu je třeba umístit extendery každých 100 m. Úkolem projektanta je určit vhodná místa instalace a vybrat krabici odolnou proti vlhkosti, která zařízení ochrání venku.

Toto řešení vám umožní získat významné výhody:

• jednoduché párování a ovládání;
• výměna dat a napájení přes jeden kabel;
• zvýšení vzdálenosti připojení bez snížení rychlosti výměny dat.

Ale tato možnost má také své nevýhody:

• počet extenderů je určen výkonem přenášeným do každého zařízení prostřednictvím PoE a spotřebou energie;
• částečná spotřeba energie procházející PoE pro napájení prodlužovacího kabelu.

Poměr energie spotřebované IP kamerou a extendery je hlavním problémem pro designéry. Určuje proveditelnost použití tohoto způsobu připojení.

Upozorňujeme, že některé kamery, zejména ty s možností otáčení a ovládání, se vyznačují výkonem 60 W. Tento údaj odpovídá maximálnímu výkonu, který jsou moderní PoE spínací zařízení a injektory schopny přenášet. Proto není použití prodlužovacích kabelů s takovými zařízeními povoleno.

Firmy nabízejí ke koupi extendery a injektory, které slouží k přenosu většího množství energie do PoE linky, aby se k ní dal připojit extender. Údaje o nich jsou uvedeny v tabulce. To je vhodné pro ty možnosti, kdy výkon běžného PoE přepínače nestačí k současnému provozu kamery a extenderu.

Tato metoda je vhodná pro výkonné kamery, pokud vzdálenost k nim přesahuje 100 m, má právo na existenci díky svým širokým možnostem použití.

Přijímače signálu – vysílače, převodníky, modulátory

První zařízení tohoto typu se objevila, když bylo použito analogové video sledování. Jedná se o spolehlivé a levné koaxiální transformátory s kroucenými páry. Nyní se přístup k video monitorovacím systémům prakticky nezměnil, pouze se začaly brát v úvahu vlastnosti ethernetových a PoE kabelů.

Pro párování se používají dva prvky – vysílací a přijímací. První je namontován v blízkosti fotoaparátu a druhý – v blízkosti spínacího zařízení. Mezi nimi je položen kroucený pár nebo koaxiální vodič (obr. 5).

Rýže. 5. Připojení IP kamery přes přijímač a vysílač s povoleným PoE

Některé modely vysílacích a přijímacích zařízení jsou napájeny přes PoE a přenášejí energii do kamery. Nejrozšířenější jsou ve video dohledu.

Výrobci nabízejí širokou škálu takových zařízení, liší se rozsahem, schopností připojit různé typy vodičů a dalšími vlastnostmi. Nejčastěji se používají při výměně starého analogového video monitorovacího systému za IP, protože Můžete nadále používat stávající a položené dráty. Jak však ukazuje praxe, stav takových kabelů obvykle neumožňuje jejich další provoz s novými kamerami. To je způsobeno přítomností vnitřních trhlin, selháním izolace, odchylkou od deklarovaných charakteristik a nedodržením požadavků na připojení a zařízení. Nejčastěji se proto kabely znovu pokládají.

Tento způsob připojení má následující výhody:

• přenáší signál a energii;
• je reálné použít kabel dlouhý několik set metrů;
• nižší spotřeba energie (ve srovnání s extendery) ve srovnání s prodlužovacími kabely;
• možnost připojení k existující síti.

Má však nevýhody:

• nekompatibilita mezi zařízeními různých značek v páru „přijímač-vysílač“ (neexistují jednotné normy);
• kapacita závisí na vzdálenosti;
• Maximální přenášený výkon závisí na vzdálenosti.

S rostoucí délkou úseků se zvyšuje vliv rušení a statické elektřiny. Proto je nutné zajistit ochranu komunikační linky.

Upozornění: výrobci doporučují používat dodatečnou ochranu před bleskem. Je k dispozici i v sortimentu většiny výrobců, kteří se maximálně orientují na práci s těmito systémy.

Tato možnost ve skutečnosti umožňuje umístění zařízení více než 100 m od sebe. Je racionální jej použít při instalaci přijímacího a vysílacího zařízení v blízkosti přepínače a kamery. Ale konstruktér musí brát v úvahu rychlost a výkon přenášený do kamery (PoE) individuálně.

V tomto okamžiku jsou možnosti připojení přes měděné vodiče vyčerpány. Je také možné připojit zařízení přes RS-422 nebo RS-485, používat SHDSL a VDSL zařízení a vysílat informace přes napájecí kabely. Tato řešení jsou velmi podobná metodě přijímač-vysílač. Charakteristickým rysem je, že funguje na základě standardních protokolů, díky čemuž je možné instalovat zařízení od různých výrobců, snížit množství rušení a vliv charakteristik linky.

Další možností řešení problému vzdálenosti je použití optického kabelu a rádiových kanálů.

Optické vlákno pro vytvoření sítě

Tato možnost připojení je stále oblíbenější. Takto připojená zařízení mohou být od sebe vzdálena několik desítek kilometrů. Princip konstrukce vedení je znázorněn na obrázku 6.

Rýže. 6. Připojení IP kamery přes optický kabel

Je to téměř stejné jako metoda „přijímač-vysílač“ s použitím měděného drátu. Jednou z možností pro taková zařízení je media konvertor. Media konvertor lze ale nahradit přepínačem s modulem SFP, který umožňuje vybrat kameru a namontovat tento modul a přímo připojit optický kabel.

Výhody řešení jsou:

• velký výběr zařízení, kabelů, příslušenství;
• nedostatečná citlivost na rušení a rušení od elektromagnetu;
• standardizace zařízení;
• vysoká propustnost, která se s rostoucí vzdáleností nemění;
• položení sítě dlouhé několik desítek kilometrů.

Řešení má některé nevýhody, ale s vývojem nových zařízení se jejich dopad výrazně snižuje:

• jídlo nelze přenést;
• vysoce kvalifikovaný instalátor a projektant;
• použití speciálního vybavení pro instalaci a testování výkonu.

Cena emise v tomto případě není klíčovým faktorem. Náklady na kabel jsou vyšší ve srovnání s mědí, ale celkové náklady na systém mohou být nižší. To je způsobeno nutností instalovat do měděného systému prodlužovací kabely, vysílače, spínací zařízení a další zařízení. Porovnání cen platí pro stejnou rychlost.

rozhlasový kanál

Tato možnost umožňuje přenášet signál na velké vzdálenosti, jako předchozí metoda. Není ale potřeba pokládat kabely a vytvářet z nich síť (obr. 7).

Rýže. 7. Připojení IP kamery přes rádiový kanál

Tato možnost se používá, když není možné vytvořit běžnou kabelovou síť. Šířka pásma je v tomto případě 11-54 Mbit/s, což umožňuje přenášet snímky z kamery s rozlišením 1 megapixel v reálném čase.

Mezi výhody tohoto řešení patří:

• není třeba pokládat dráty;
• standardizace zařízení;
• Vzdálenost mezi zařízeními může dosahovat desítek kilometrů.

Má to ale i nevýhody:

• citlivost na rušení a jiné komunikační linky se stejnou frekvencí signálu;
• nízká propustnost;
• Je vyžadována přímá viditelnost mezi anténami.

Závěry a doporučení

Úkol přenášet data na vzdálenost větší než 100 m lze řešit několika způsoby. Který z nich si vybrat, lze rozhodnout na základě vzdálenosti, výkonu kamery a velikosti streamu. Odborníci proto doporučují:

• navrhněte rádiový signál, pokud není možné položit běžný kabel;
• pro vzdálenosti větší než 600 m použijte vláknovou optiku;
• ve vzdálenosti 300-600 m vyberte přijímač a vysílač, propojte je kroucenou dvojlinkou nebo koaxiálním drátem;
• ve vzdálenosti 200-300 m implementujte metodu s PoE extendery.

Před návrhem a instalací sítě je nutné vzít v úvahu schopnost přenášet určité množství dat za vteřinu, potřebu příjmu a spotřebu energie kamerou, switchem a dalším zařízením.

Instalace video monitorovacího systému v zásadě zahrnuje dálkové ovládání a téměř vždy se projektanti na místě setkávají s omezeními při používání komunikačních linek UTP. Toto omezení předpokládá použití kabelových vedení delších než 100 metrů. Tento údaj samozřejmě nemůže mít žádnou přesnou definici: no, nikde není psáno, že IP videokamera nebude fungovat na vzdálenost 101 metrů. Toto je doporučená délka linky pro vybudování sítě Ethernet a je předepsána standardem IEEE 802.3U. To samozřejmě znamená organizaci při použití docela dobrého krouceného párového kabelu. Například ocelové jádro potažené mědí, které se nyní používá v levných UTP kabelech, může odmítnout pracovat na kratší vzdálenost než 100 metrů. Na takovém kabelu nelze postavit dobrý video dohled, takže v článku budeme předpokládat, že všude máme kabel poměrně dobré kvality – je kompletně měděný, stíněný a má jádra o průměru alespoň 0,5 mm.

Síťové kaskády

Jak jsme pochopili, vzdálenost videokamer na 100 metrů je abstraktní hodnota, to znamená, že tímto tvrzením rozumíme vzdálenost videokamery od místa sledování nebo záznamu video informace. Nikdo nám však nebrání udělat dva stupně s mezivýhybkou. Například takto:

Od kontrolního bodu, který je na schématu označen jako notebook, k přepínači může být spojení již 100 metrů, ale i po přepnutí budeme mít k videokamerám rezervu dalších 100 metrů. A tímto jednoduchým řešením zdvojnásobíme místní síť.

Takové spínací stupně můžeme mít až tři nebo čtyři – více se nedoporučuje. Spínače samozřejmě musí mít napájecí napětí, ale zde jsou podmínky napájení mnohem jednodušší. Může být napájen spínacími zařízeními z různých síťových zdrojů, a pokud existuje pouze jeden zdroj a již s napětím, které potřebují přímo vypínače, mohou konstruktéři zvětšit průřez vodiče a tím prodloužit napájecí síť. Ale tento „trik“ nebude fungovat s kroucenými páry kabelů: standardní UTP jádra mají 0,5 mm a ne o milimetr více.

Je tu ale jedna nuance: pokud jsou IP videokamery napájeny pomocí technologie PoE (Power over Ethernet), pak platí zákon „poslední míle“, tedy posledních 100 metrů. Jinak řečeno, pro podporu PoE není vyžadován celý řetězec několika přepínacích zařízení, ale krajní přepínač, ke kterému jsou již přímo připojeny videokamery, musí podporovat PoE. Tato možnost je cenově nejpříznivější a může používat levnější přechodné přepínače, které nepodporují PoE. To je řečeno, pokud nejsou zařízení s napájením přes Ethernet připojena k mezilehlým přepínačům.

PoE extendery

Instalace video monitorovacího systému na vzdálenost více než 100 metrů může využít možnost bez přepínačů. K tomu můžete využít tzv. PoE extendery. V jádru se jedná o prodlužovací kabel, jehož princip fungování je podobný jako u vypínače. Rozdíl je v tom, že signály z kamer ve switchi jsou smíšené, kombinované, oddělené s pro ně předepsanými trasami. Extender však funguje jako jednokanálový vysílač a pracuje s jedním datovým tokem, ačkoli několik dalších zařízení je může vytvořit v tomto toku. Obecně platí, že co dostal, to předal. Má však důležitý účel: je to také PoE extender, který optimalizuje signály přes kroucené dvoulinky. Samozřejmě se vyrábí i multiportové extendery, ale ty jsou méně běžné, protože flexibilita instalace videokamer stále vyžaduje oddělení a vazba na konkrétní místo není vždy prospěšná. Rovněž se nedoporučuje budovat síť z více než dvou extenderů umístěných na lince jedné IP videokamery. A konstrukční schéma s několika víceportovými a jednoportovými zařízeními vypadá asi takto:

Jak vidíme ze schématu, je možné vytvořit komunikační linky až do 500 metrů pomocí PoE rozbočovačů a extenderů. Zde je ale také třeba věnovat pozornost tomu, že prodlužovací kabely jsou k dispozici ve dvou verzích: s napájením pomocí stejné technologie a s externím napájením. Externí napájení se také dělí na dva typy: s vestavěnými jednotkami, které pracují přímo z elektrické sítě, a externími jednotkami. Jaká zařízení zvolit závisí na objektu a proveditelnosti prodlužování jednotlivých silových vedení. Bez seznámení se s místem instalace zde nelze poradit.

Nestandardní vybavení

Nestandardním vybavením rozumíme takové vybavení, kde je možné prodloužit video přenosové linky při použití zařízení, která dle výrobce podporují dlouhé vzdálenosti. Toto zařízení je nestandardní zařízení a nesplňuje požadavky na délku trasování IEEE 802.3U. Taková řešení by již měla obsahovat jakési zesilovače videosignálu a PoE. Taková zařízení se shodují spíše špatně a pro co nejpřijatelnější výsledek by prodloužení linky mělo obsahovat zařízení od stejného výrobce. Důležité je dokonce nejen to, že existuje, ale aby řada jedné značky obsahovala zařízení pro ni určená pro výstavbu sítí „dalekého dosahu“. To znamená, že pro organizaci prodloužení linky musí být videokamera a například přepínač prezentovány jako pár. Při použití této metody výrobci slibují nárůst až o 500 metrů pouze pomocí UTP, bez mezizařízení. Ale v praxi je vzdálenost mnohem menší pro dosažení stabilního provozu. A můžeme také říci, že rychlost přenosu dat pro dosažení velkých vzdáleností s jedním „kusem“ kroucené dvoulinky je omezená a ve skutečnosti nemůže být vyšší než 5 Mbit/s. Obrázek pro prezentaci:

Instalace video monitorovacího systému bez dalšího vybavení je samozřejmě dobrá, ale stojí za to pamatovat na to, že obětujete rychlost a tedy i kvalitu obrazu.

Prodlužování video přenosových linek pomocí konvertorů

To znamená „destilaci“ na jiný standard. Mohou to být:

• konvertory,
• optické linky,
• rozhlasové kanály.

Začněme různými převodníky. Takové zařízení funguje především na principu vysokofrekvenčních modulačních zařízení a je určeno k přenosu informací po UTP kabelu daleko od konstrukce. Teoreticky je možné přenášet video obraz přes svítidla nebo jeden vodič elektrické sítě. To samozřejmě nikdo nedělá, ačkoli takové technologie existují. Zařízení pro konverzi a vysílání na jiných frekvencích se nazývají media konvertory.

Aniž bychom zacházeli do technických detailů převodu video streamu na přenášený a zpět na čitelný, můžeme říci, že tato technologie se dobře osvědčila ve video dohledu. Například přenos přes koaxiální kabel se používá velmi často a signál přes něj přenášený není vůbec analogový, jak se mnozí domnívají, ale digitální signál převedený na minimální ztráty a pro tento účel jsou zvoleny odpovídající frekvence. Převaděče video streamů se dodávají v různých variantách a výrobci uvádějí délky datových linek až několik kilometrů. Jediné pravidlo: zařízení musí být také použito od stejného výrobce. To vám umožní získat maximum z vašich linek pro vaše CCTV kamery. Mimochodem, ačkoliv by měly být frekvence víceméně redukovány na stejné parametry, taková zařízení různých značek mají různé amplitudy frekvence. Bez ohledu na to, jak banálně to zní, je to jen neférový boj s konkurenty na trhu. Konstrukce video monitorovací sítě vypadá takto:

Technologie digitálního přenosu dat může zahrnovat i přenos napájecích napětí. Tato technologie se nazývá PoC (Power over Coaxial), více si o ní můžete přečíst v odpovídajícím článku na webu.

Dále následují linie převodu video dat na světelný tok. Samozřejmě se jedná o konvertory z optických vláken. Jejich princip je podobný přenosu po koaxiálním kabelu, to znamená, že media konvertor převádí ethernetovou linku z kroucené dvoulinky na optické vlákno, navíc využívá vlnové multiplexování (WDM), čímž je dosaženo současného přenosu a příjmu po jednom optickém vlákno.

Optika umožňuje přenášet video stream na velké vzdálenosti a dosahuje několika desítek kilometrů. Optické vlákno je méně náchylné k útokům vandalů, protože pro zloděje nepředstavuje materiální hodnotu. Existují však také nevýhody: spojování optického vlákna vyžaduje speciální vybavení a pro jednorázovou instalaci není ekonomicky výhodné jej kupovat. Vlastní svařovací stroje jsou komplexní zařízení s vestavěnými počítači určená k analýze místa svařování a vyhodnocení průchodnosti optiky. Takto vypadají konvertory optických médií:

No, rádiový kanál se stále více používá k přenosu videa na velké vzdálenosti, například prostřednictvím protokolu Wi-Fi. Ale v obvyklém slova smyslu to na dálkové párování zařízení stále nestačí, protože IP videokamery s Wi-Fi na palubě jsou omezeny na téměř stejných sto metrů. Zde na pomoc přicházejí vysoce cílené Wi-Fi mosty. Umožňují přenášet mediální data až na stovky kilometrů a nejsou vázány na žádnou instalaci kabelových produktů (no, když jen trochu, vedle koncových zařízení).