دوربین مداربسته POE

به زبان ساده هنگامی که می‌گوییم دوربین POE ست، یعنی اینکه نیاز به کابل برق مجزا ندارد؛ در این مطلب با جزئیات بیشتری به معرفی دوربین‌های POE می‌پردازیم، برای مطالعه و دریافت توضیحات جامع و کامل در مورد استفاده از این دوربین‌ها با ما همراه باشید.  

POE یک دوربین با کابل پاور و سیگنال

همه دوربین‌ها برای عملکرد خود نیاز به برق دارند. قبلا دوربین‌های آنالوگ کابل‌های مجزایی برای تامین برق و تصویر خود داشتند. اما در حال حاضر با تولید دوربین‌های IP و POE، برق و سیگنال از طریق یک کابل شبکه عبور می‌کند. 

حذف کابل دوم و منبع تغذیه، سبب کاهش هزینه‌ها خواهد شده است. 

استفاده همیشگی از POE

در بیشتر دوربین‌های مداربسته تحت شبکه از POE استفاده شده است. در حال حاضر تعداد کمی از دوربین‌ها از برق ولتاژ پایین به‌صورت مجزا استفاده می‌کنند. 

استثناء در استفاده از POE

در برخی از پروژه‌های دوربین مداربسته IP، از POE استفاده نمی‌شود. 

1- اترنت فیبر یا وایرلس

در پروژه‌هایی که از دوربین‌هایی با فیبر نوری یا وایرلس استفاده شده، برق دوربین‌‌ها اغلب توسط منابع تغذیه با ولتاژ پایین به‌صورت لوکال تامین می‌شود. برای مثال، دوربین‌های نصب شده در پارکینگ که در فواصل دورتری قرار دارند، به‌صورت لوکال تامین برق می‌شوند. 

2- تامین برق از طریق سولار

برای تبدیل از باتری‌های 12/24 ولت دی سی به ولتاژهای بالاتر مورد نیاز POE، سیستم سولار احتمالا نسبت به برق ولتاژ پایین  ترجیح داده می‌شود. زیرا این سبب کاهش تجهیزات مورد نیاز و افزایش کارایی در قیاس با ولتاژ تبدیلی است. 

تجهیزات تامین کننده (PSE) و مصرف کننده برق (PD)

هنگامی‌که به مشخصات POE نگاهی می‌اندازیم، احتمالا عبارات مخفف PSE و PD را مشاهده می‌کنیم. PSE ها همان سوییچ‌ها، میداسپن‌ها، NVRها و ... هستند. در حالی‌که PDها دوربین‌های مداربسته، اکسس پوینت، کنترلرها و ... هستند.

دو فاکتور خیلی مهم در این زمینه ولتاژ POE و وات مصرفی است. از آنجایی‌که ویژگی‌ها بسته به تجهیزات، متفاوت هستند، در ادامه در این مورد صحبت خواهیم کرد.

کاربرد استانداردهای POE

بر اساس استانداردهای IEEE پی او ای به این شکل تعریف می‌شود:

802.3af

به این استاندارد Standard POE گفته می‌شود. در آن دستگاه توانایی تولید توان 15.4 وات را دارد (PSE). این استاندارد برای 90 درصد دوربین‌ها کارآیی دارد.  

802.3at

به این استاندارد High POE گفته می‌شود. برای دوربین‌هایی که نیاز به توانی بالاتر از 15.4 وات دارند، از این استاندارد با 30 وات توان، استفاده می‌شود. 802.3at عموما برای دوربین‌های PTZ  استفاده می‌شود. اما برای دوربین‌های Outdoor هیتردار و دوربین های مداربسته با IR قوی مانند LPR نیز کاربرد دارد. 

802.3bt

جدیدترین استاندارد POE است که برای تامین توان بالای 100 وات استفاده می‌شود (گرچه برخی از PTZهای بزرگتر به بیش از 100 وات توان نیاز دارند). این استاندارد برای روشنایی معابر، کنترل کننده‌های صنعتی و برنامه‌های غیر امنیتی استفاده می‌شود. 

کلاس بندی POE

استانداردهای POE، کلاس را مشخص می‌کنند. اینکه کدام بخش چقدر برق مصرف می‌کند، در جدول زیر به‌صورت کامل آمده است.

مشخصات POE باید شامل هر دو نوع و کلاس باشد، اما این نیازمندی اصولا رد می‌شود. اغلب، POE به‌عنوان 802.3af و بدون تغییر کلاس تعریف می‌شود. این یعنی هر تجهیزی بین 0.44 تا 15.4 وات در دسترس خواهد بود. با این حال، هنگامی که یک کلاس داده می‌شود، حداقل و حداکثر توان را محدود می‌کند. برای مثال اگر یک میداسپن 802.3af و کلاس 2 باشد، فقط می‌تواند تا 7 وات را ارسال کند. 

تبادل دیتا در POE

هنگامی که یک PD به یک سوییچ شبکه یا سایر تجهیزات PSE وصل می‌شود، یک فرآیند تبادل دیتا رخ می‌دهد. که در آن سوییچ، ولتاژ و توان و کلاس‌بندی مناسب را تعیین می‌کند. این فرآیند خیلی سریع انجام می‌شود و اصولا توسط کاربران قابل مشاهده نیست.

بدون تبادل دیتا، ولتاژی ارسال نمی‌شود

از طریق فرآیند تبادلات اولیه، برق POE تا زمانی که تجهیز درخواست ندهد، منتقل نمی‌شود. این بدان معناست که کابل متصل به PSE تا زمانی که به دستگاه POE وصل نشود، برق‌دار نمی‌شود. پس خطری از لحاظ ایمنی ایجاد نمی‌شود.

ویژگی‌های وات، کلاس نیستند

در حالی‌که تعداد زیادی از دوربین‌ها در کاتالوگشان نیاز به برق را ذکر کرده‌اند، این به معنای آن نیست که یک دوربین به‌عنوان کلاس POE مناسب توسط یک PSE ثبت شود. 

برای مثال، یک دوربین IP، با توان 6 وات، باید در کلاس 2 قرار گیرد. اما در کلاس 0 قرار می‌گیرد. کاربران نباید تصور کنند که یک دستگاه در یک کلاس خاص فقط دیتا را تبادل می‌کند. مگر اینکه در کاتالوگ محصول قید شده باشد. حتی در این صورت نیز شک و تردید وجود دارد، زیرا بسیاری از دوربین‌ها به سادگی توسط PSE به عنوان 0 طبقه‌بندی می‌شوند. 

مشکلات کلاس 0

صرف‌نظر از مصرف واقعی، تعداد زیادی از دوربین‌ها به‌وسیله‌ی سوییچ‌ها یا سایر PSE ها در کلاس 0 (حداکثر تا 15.4 وات) با PSE طبقه‌بندی می‌شوند. به همین دلیل، سوییچ‌ها احتمالا توان بیشتری به نسبت آن چیزی که نیاز هست، اختصاص دهند. پس اگر 8 دوربین IP هر کدام به 7 وات توان نیاز داشته باشند (کلا 56 وات) و به یک سوییچ با 60 وات توان و کلاس 0 متصل شوند، دوربین‌ها احتمالا روشن نمی‌شوند یا ممکن است در cycle power قرار گیرند. به هرحال در سال 2022 این مسئله دیگر یک مشکل نیست؛ زیرا بسیاری از سوییچ‌ها کلاس را نادیده می‌گیرند و صرفا توان را بر اساس میزان درخواست، منتقل می‌کنند. 

POE اختصاصی 

همه تجهیزاتی که ادعا می‌کنند POE هستند، از استانداردهای 802.3at/af استفاده نمی‌کنند. تولیدکنندگان مختلف، وات‌های بالاتری را عرضه کرده‌اند. مانند Cisco's Universal PoE (60W) or Phihong's MegaPoE (95W).

POE پسیو

در استانداردهای 802.3af/at/bt برخی تجهیزات با نام POE Passive شناخته می‌شوند، که 12 یا 24 ولت دی سی روی زوج کابل‌های اسپیر منتقل می‌شود. بدون فرآیند تبادل دیتا که در POE مبتنی بر استاندارد استفاده می‌شود، توان روی این زوج‌ها تامین می‌شود، چه دستگاه این درخواست را داشته و چه نداشته باشد. 

در برخی موارد، تجهیزات احتمالا بتوانند بدون مشکلی POE پسیو را مدیریت کنند. با این حال مواردی که برای استفاده مشخص نشده‌اند، شاید آسیب ببینند. به همین دلیل POE پسیو را توصیه نمی‌کنیم مگر اینکه دستگاه به صراحت آن را ذکر کرده باشد. POE پسیو اصولا برای تجهیزات وایرلس استفاده می‌شود، مانند میکروتیک. 

Alternative A و Alternative B

POE بر روی پین‌های مختلفی (بسته به منبع تغذیه مورد استفاده) منتقل می‌شود، که به آن‌ها A و B گفته می‌شود. استاندارد A  برای انتقال داده از پین‌های 1، 2 ، 3 و 6 استفاده می‌کند و سایر پین‌ها استفاده نمی‌شوند و بلااستفاده (Unused)  هستند. استاندارد B پین‌های 4 و 5 و 7 و 8 برای تامین برق و سایر پین‌ها برای انتقال دیتا استفاده می‌شوند. 

اکثر تجهیزات نظارت تصویری به‌صورت auto-sense تشخیص می‌دهند که کدام جفت برای تامین برق استفاده شوند. تجهیزات زیادی برای A یا B هستند و بدون مشکل با استفاده از انواع تغذیه کار می‌کنند. 

در حالی‌که ترتیب واقعی پین‌ها بر اساس استاندارد کابلینگ متفاوت است.  TIA/EIA 568A or B

این استانداردها روی دو زوج دیتا مؤثر هستند و کاری به زوج برق ندارند. صرف‌نظر از اینکه کدام استاندارد کابل‌کشی استفاده شده باشد، اگر منابع برق و دستگاه‌ها با مشخصات 802.3af/at مطابقت داشته باشند، اتصالات برق نیز به همین روش انجام می‌شود.

محدودیت فاصله در POE

POE اساسا به همان محدودیت فاصله 100 متری محدود می‌شود. داده‌های انتقالی توسط کابل شبکه، قبل از اینکه برق به کمتر از آنچه استاندارد تضمین می‌کند، کاهش یابد، کم می‌شود. برای فواصل بیشتر از 100 متر، دو نوع راهکار برای افزایش طول خواهیم داشت: 

POE اسکتندر 

برای کاربردهای بیشتر از 100 متر، POE اکستندرها در دسترس هستند. اکستندرهای POE اغلب مسافت 300 متری تا 600 متری را فراهم می‌کنند.  

POE EXTENDED اختصاصی 

برخی از تولیدکنندگان NVR، سوییچ‌هایی را عرضه‌کرده‌اند که مسافت بیشتری را منتقل می‌کنند، یعنی معادل بین 300 تا 500 متر. این عدد اصولا برای ولتاژ های بالا (70 - 80 VDC) و برای محاسبه افت ولتاژ در فواصل طولانی‌تر به‌دست می‌آید (البته که این استاندارد کلی نیست). استفاده از  این استاندارد در طولانی مدت به دوربین احتمالا آسیب بزند، زیرا اغلب ولتاژ و توان افزایش یافته است. 

در واقع، استاندارد POE تا 100 متر انتقال خواهد داشت و فواصل بیش از این توصیه نمی‌شوند، زیرا ضمانتی برای انتقال دیتا در طولانی مدت وجود ندارند. 

مصرف و مشخصات استاندارد POE

هر تولیدکننده‌ی دوربین مداربسته تحت شبکه‌ای، علاوه بر اینکه مشخص می‌کند دوربین از POE پشتیبانی می‌کند یا خیر، میزان مصرف توان را نیز اعلام می‌کند. نکته مهم دانستن میزان کل توان مورد نیاز دوربین‌ها بر حسب استاندارد 802.3af POE است. چون در این صورت توان مصرفی از حداقل 2 وات تا حداکثر 15 وات متغیر است. به‌عنوان یک قانون کلی، دوربین‌های ثابت بین 4 تا 7 وات توان مصرفی دارند. 

مصرف توان دوربین IP به نسبت دوربین معمولی بیشتر است. 

محاسبه توان کل 

دوربین‌های مداربسته آی پی معمولا توسط یک دستگاه تغذیه می‌شوند. پس باید توان مورد نیاز دوربین ها در سیستم بررسی شوند. برای مثال 6 دوربین زیر در مجموع 34 وات توان نیاز دارند. اما سوییچ تنها تا 30 وات توان کل می‌تواند تولید کند. پس احتمالا یک دوربین روشن نمی‌شود یا توان برق به‌صورت مداوم در چرخه خواهد چرخید. 

PSEها: سوییچ‌ها، NVRها و Midspans

POE اصولا به یکی از 3 روش زیر ارائه می‌شود:

1. از یک سوییچ شبکه که از POE پشتیبانی می‌کند. 
2. از یک NVR که همانند سوییچ شبکه دارای پورت‌های POE روی خودش هست
3. از طریق یک جعبه نصب شده به‌صورت سری با کابل که به آن اینجکتور Midspan گفته می‌شود. 

سوییچ شبکه، تا حد زیادی رایج‌ترین رویکرد برای ارائه توان POE است. میداسپن کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر چه برخی آن را ترجیح می‌دهند. زیرا امکان جداسازی انتخاب سوییچ و پشتیبانی از میداسپن / توان POE را فراهم می‌کند.

عموما دستگاه‌های NVR که پورت‌های POE روی خودشان دارند، معمولا در پروژه‌های سیستم‌های نظارت تصویری کوچک‌تر استفاده می‌شوند. 

مشکلات سوییچ شبکه 

با استفاده از POE رایج، یافتن سوییچ‌هایی که POE ارائه می‌دهند چندان کار سختی نیست. با این حال، باید مراقب باشید که برق در تمام پورت‌های سوییچ شبکه در دسترس باشد. در تصویر زیر یک سوییچ با 5 پورت دیده می‌شود. فقط 1 پورت آن به‌صورت POE است و سایر پورت‌ها ساده هستند:

در سوییچ‌های شبکه حرفه‌ای، کل توان فراهم شده، احتمالا نیمی از توان مورد نیاز تجهیزات با استاندارد 802.3af است. برای مثال، سوییچ‌های 12 پورت اغلب از 90 وات توان پشتیبانی می‌کنند که به معنی 7.5 وات برای هر پورت است. اگر شما از همه 12 پورت با دوربین IP استفاده کنید، احتمالا نیاز به توانی بیش از 90 وات دارید. در چنین مواردی، دوربین‌های نظارتی می‌توانند به‌صورت تصادفی آفلاین شوند و با دوربین خراب اشتباه گرفته شوند. در حالی‌که سوییچ توانایی تولید توان کافی برای دوربین‌ها را ندارد و پورت‌ها را خاموش می‌کند. 

NVRهایی که خود دارای پورت POE هستند

برخی از NVR‌ها روی خودشان پورت POE دارند (یک گزینه‌ی خوب برای پروژه‌های کوچک). مزیت اصلی این دستگاه سادگی آن است. زیرا دیگر خرید یک سوییچ POE مجزا نیازی نیست. 

نکته مهم این است که کاربران باید برای محاسبه توان کلی مورد نیاز تجهیزات دقت کنند. زیرا این دستگاه‌ها اغلب فقط از کلاس‌هایی با توان کمتر در تمام پورت‌ها پشتیبانی می‌کنند و معمولا استاندارد 802.3at را پشتیبانی نمی‌کنند. 

POE میداسپن

اینجکتورهای میداسپن، کم مصرف‌ترین تجهیز POE مورد استفاده در سال 2022 هستند. اما احتمالا در جاهایی که دوربین POE مورد نظر باشد، ولی یک شبکه غیر POE از قبل وجود داشته باشد، مطلوب است. 

برای مثال، اگر 8 دوربین مورد نیاز باشد، اما فقط یکی از آنها 802.3at  باشد، احتمالا خرید یک سوییچ 802.3af و یک اینجکتور 802.3at مقرون به صرفه‌تر است.

نکته مهم این است که میداسپن‌ها احتمالا با سوییچ ها یا nvrها در یک خط هستند. از آنجایی‌که میداسپن ها نیازی به برق از سوییچ تا NVR ندارند، پس تنها POE اعمال شده روی کابل از میداسپن تامین می‌شود و اغلب در مواقعی که سوییچ POE در جایی قرار دارد که دوربین ها نیاز به توان بالاتری دارند، استفاده می‌شود. پس می توان از میداسپن‌های میانی POE استفاده کرد. 

اترنت و POE

همانطور که می‌دانیم، اترنت به دو دسته فست اترنت و گیگابیت اترنت تقسیم می‌شود. هر دوی این دو از برق پشتیبانی می کنند. در گذشته استاندارهای POE و GbE با هم در تضاد بودند. اما این مسائل عمدتاً در نظارت غیرضروری به نظر می‌رسند. چرا که اکثر تجهیزات نظارتی به‌سرعت گیگابیتی نیاز ندارند و حتی به اتصالات سخت‌افزاری گیگابیتی مجهز نیستند. برق در گیگابیت اترنت بیشتر در تجهیزات بی‌سیم استفاده می‌شود چرا که سرعتی بیش از 100 مگابیت بر ثانیه دارد. 

اختلاف هزینه

هزینه گیگابیت اترنت نسبت به فست اترنت بیشتر است. تفاوت قیمت این دو سیستم چندان زیاد نیست؛ اما توجه داشته باشید که در پروژه‌های بزرگ‌تر، کمی افزایش یا کاهش قیمت می‌تواند تأثیر به سزایی در قیمت نهایی داشته باشد.

چه زمانی از فست اترنت استفاده کنیم؟

فست انترنت برای اتصال به دستگاه‌های میدانی مانند دوربین‌ها، رمزگذارها و ماژول‌های صفر و یک استفاده می‌شود. به‌ندرت می‌توان در این دستگاه‌ها گیگابیت انترنت دید. همچنین سوئیچ‌های گیگابیتی پورت‌های سنجش خودکار  10/100/1000 Mbps دارند. این پورت‌ها می‌توانند در صورت اتصال یک دستگاه فست انترنت، پورت سوئیچ را تا سرعت 100 مگابیت بر ثانیه کاهش دهند. علی‌رغم افزایش صعودی وضوح در سال‌های گذشته، دوربین‌های با تصاویر استریم، به‌اندازه کافی بزرگ نیستند تا بتواند به‌صورت پیوسته از اترنت گیگابیت پشتیبانی کنند.

چه زمانی از گیگابیت اترنت استفاده کنیم؟

استفاده از اترنت گیگابیت در اتصال بین دوربین و سویچ غیرضروری است، ولی بااین‌وجود باید بدانید که اترنت گیگابیت سه کاربرد کلیدی در سیستم‌های نظارتی دارد:

سوئیچ‌های اتصال

 سویچ‌ها را خواه در رک نصب کنیم خواه به‌صورت نامرتب در کمدهای سیم‌کشی، هنگام اتصالشان به یکدیگر، اغلب ترجیح به استفاده از سرعت گیگابیتی است. 

مثلاً فرض کنید که یک سوئیچ شبکه که 20 جریان 4 مگابیت در ثانیه (مجموعه 80 مگابیت در ثانیه) را کنترل و مدیریت می‌کند، قرار است به سویچی وصل شود. مجموع توان عملیاتی موردنیاز، فراتر از چیزی است که یک فست اترنت بتواند ارائه کند. در نتیجه نیاز به سیگنال فرستی گیگابیتی داریم.

اتصال سرورها

 هنگام اتصال سرورها به یک شبکه نظارتی، ممکن است نیاز به‌سرعت گیگابیتی داشته باشیم. مشابه مثال سوئیچ در بالا، یک لینک 10/100 ممکن است نتواند توان عملیاتی سرور را مدیریت کند. این مسئله در سیستم‌های بزرگ‌تر رایج‌تر است، زیرا سیستم‌های کوچک پهنای باندی کوچکی داشته باشند. 

شبکه‌های ذخیره‌سازی

 وقتی ذخیره‌سازی مبتنی بر شبکه را به کار می‌بریم، باید از اترنت گیگابیت استفاده کنیم. در سیستم‌هایی که برای سطوح سازمانی مطرح می‌شوند، هنگام متصل کردن سیستم و سرورها به تجهیزات SAN، شبکه‌های گیگابیتی به شبکه‌های اختصاصی ترجیح داده می‌شوند. 

وقتی سیستم حداقل 30 تا 40 دوربین داشته باشد، فست اترنت نمی‌تواند توان عملیاتی موردنیاز بین سرور و SAN را مدیریت کند. حتی در سیستم‌های کوچک که از ذخیره‌ساز SAN استفاده می‌کنند، پهنای باندی را که پخش استریم دوربین هنگام نمایش داده‌ها به چند کاربر مصرف می‌کند و به طور بالقوه پهنای باندی که بازیابی ویدئو بایگانی شده مصرف می‌کند، ممکن است بیش از 100 مگابیت در ثانیه باشد. 

اترنت ده گیگابیتی

در مواردی که توان عملیاتی یک سیستم، از توان پشتیبانی آن بالاتر باشد، اتصالات داخلی ذخیره‌سازی تنها کاربرد احتمالی اترنت ده گیگابیتی در سیستم‌های نظارتی است. به‌علاوه، پهنای باند و هزینه غیرضروری اضافه می‌شود. 

در بیشتر موارد، اترنت 10 گیگابیتی در اتصالات مرکز داده و در مسیریابی اینترنتی که حجم عظیمی از ترافیک داده عبور می‌کند، استفاده می‌شود. اترنت ده گیگابیتی حداکثر در فاصله سی‌متری با CAT 6 است. برای فاصله 100 متری به CAT A6 نیاز دارد. این مسئله در فیبر چندحالته تا 400 مترو و در فیبر تک حالته تا کیلومتر است.

آینده اترنت

انتظار ما این است که فست اترنت در سال‌های آینده، استاندارد دستگاه‌های عادی باقی بماند. حتی با وجود رزولوشن‌های امروزی که فست اترنت به‌خوبی همه آنها را پشتیبانی می‌کند، افزایش چشمگیری در وضوح و نرخ فریم لازم است تا نیازمند گیگابیت اترنت باشیم. به‌علاوه، ما انتظار داریم که تکنولوژی فشرده‌سازی نیز پیشرفت‌های خوبی داشته باشد و تأثیر افزایش وضوح را تا حدودی خنثی کند. به همین دلیل به‌احتمال زیاد اترنت ده گیگابیتی از استفاده روزانه حذف شده و به اتصالات ذخیره‌سازی منتقل می‌شود.