電力線通信(PLC)
很多常見的有線通信方式由于傳輸距離很短(如USB、SCSI、Firewire等),功能受到了限制。像RS232這樣的簡單串行數據通信,雖然在安防領域仍然有應用,但由于其數據傳輸率太低,只能用于一些簡單設備的低速連接,因此以上通信方式不在本文討論范圍之內。
我們將要討論的是中等距離系統,例如可以用于某些需要安防保衛的特殊場所的系統。這也意味著,本文不會討論遠距離通信技術,如DSL。雖然光纖技術可以在一個龐大的區域內使用,但仍不在我們討論范圍內,因為光纖技術本身就是一個專門的論題,并且光纖無法傳輸電能。
即使這樣,由于本文篇幅所限,這個問題仍然顯得太大。因此,本文將在括號中提出一些關鍵詞,有興趣了解詳細情況的讀者可以通過網絡搜索相關的知識。
因此,在這篇文章中,我們所關注的是能夠為安防系統輸送電能、視頻、音頻及其它高速數據的有線通信技術。所涉及最多的是以太網技術,這種通信技術在過去10年中已經成為使用最為普遍的高速數據傳輸技術,以至于其他的技術已經幾乎沒有討論的價值。即使小型的廉價設備如今也已經開始使用以太網技術進行互聯,而門禁以及監控系統則正在快速向基于IP的技術過渡。這種發展趨勢背后的動因很簡單:如果所有的設備都能采用完全相同的以太網技術進行連接,那么系統集成的工作就僅僅是一個軟件的問題,而設備間的兼容性、不同硬件接口之間的互通問題,以及通信協議之間的兼容問題都將不復存在。
當我們認識到以太網幾乎已成為世界通行的標準設備,現在讓我們來看看對于傳輸介質的選擇。它們包括電力傳輸線,非屏蔽雙絞線(UTP)(如常見的CAT5e/6網絡布線),屏蔽雙絞線(STP)(如電話線)以及同軸電纜(如用于在閉路電視系統中傳送模擬信號的線纜)。
電力線通信(PLC)
電力設備廠商擺脫原有的束縛,開發出了電力傳輸線通信(PLC)系統,用以尋求新的商機。他們將原有的供電線路作為可供利用的數據通信系統,并投資推動PLC技術的發展。長距離、高速率的電力線數據傳輸由于信號干擾,還面臨很多挑戰,而本地化PLC系統在本地環境中的應用則早已司空見慣。
最通行的標準來自HomePlug Powerline Alliance(電力線聯盟),有多家廠商采用這種系統(請搜索“HomePlug AV”)。不過,雖然PLC在本地應用適合,但在安防中,尤其是工業或企業系統中是否能起到很大作用較受質疑,因為在這些環境中,網絡上連接的其他設備極有可能造成信號衰減以及干擾。
根據定義,PLC系統可以傳輸電能,這沒有問題,但是數據傳輸率與距離成比例,在住宅應用適宜,對于更大型的辦公室建筑或倉庫應用來說吸引力不大,在醫院、校園、城市、監獄、機場應用則顯得不切實際。
以太網與屏蔽雙絞線(STP)
CAT5e/6 以太網
標準的網絡連接線是有線數據通信的理想介質,因為這種技術是專為以太網信號高速(最高可達1GB/s)傳輸而開發的。這種技術的另一個好處在于,多種多樣的系統在設計時都采用了CAT5e的接線方式,接口是隨處可見的RJ45。
然而,對于安防系統尤其是視頻監控系統來說,這種連接方式仍然有著嚴重的不足:傳輸距離。如果連接距離達到100米,則以太網就很有可能出現信號丟失和連接中斷的情況。對于通過結構化布線系統連接的辦公室,大量的交換機和路由器安裝在每一層樓,所以所有網絡設備與連接點的距離都不過短短幾十米而已,因此,傳輸距離并不是什么大問題。然而,網絡攝像機卻常需要安裝在一個場所的邊緣地區(如邊界、停車場、出入口、人行通道、車輛出入通道等等),這些地點到最近的交換機的距離通常都會超過100米。不過,門禁設備、VoIP電話和求助站面臨的這種情況相對較少。
近幾年LAN以及PoE增強器的出現,輕松解決了傳輸距離的問題。這些增強器是小型的中繼器,由以太網供電,在每一百米或在不到一百米的距離上安裝一臺。這種設備能夠對接收到的以太網數據包進行修復以及再發送(類似一個交換機),從而將網線的有效傳輸距離增加到了200米。使用多臺設備,就能夠將傳輸距離延長到300米、400米,等等。根據供電情況和所需的傳輸距離(當然還要考慮中繼器的供電),PoE的有效距離還可以更遠。這種設備正逐漸成為IP視頻系統架構必備的一部分。
如今幾乎所有以太網設備的傳輸速率都可以達到百兆(100Mb/s)以上。千兆網也已經很常見,但對布線的要求更高。即使對于使用百萬像素攝像設備的IP視頻系統都不成問題,因為會使用遠距離布線的系統往往在一條遠距離線路上僅承載1路、2路,最多4路視頻信號。當網絡線接近整個網絡的主要核心交換機時(core router)(如進入主建筑時),信號會先在網絡交換機(HUB)處匯集,交換機及網絡的其它部分便可以千兆的速度運行,網線運行的距離要比由直接前端節點進入來得的更短。因此,使用CAT5e/6布線,結合LAN及PoE供電技術的以太網,幾乎可以說是各種安防系統的通行解決方案。雖然本文的主題是有線通信,但是也有必要指出,無線網絡作為整個網絡的一部分,可以與標準網絡緊密結合,從而大大提高系統設計的靈活性。然而,無線接入點的最佳位置如果與最近的優先網絡節點之間的距離超過100米的話,往往會不方便。此時,局域網和以太網供電技術一樣可以派上用場。
屏蔽雙絞線(STP)
一般來說,STP僅用于(對于高速數據傳輸)沒有其他方案可供選擇,或已經使用了STP布線,并且無法替換(如電話線)的情況。有些設備適用基于STP的以太網。如果要求長傳輸距離,則可以使用為寬帶連接開發的DSL技術,但這種情況下,數據傳輸速率往往會隨著距離的增加而衰減。
同軸電纜以太網(EoC)
同軸電纜以太網(EoC)
全世界范圍內現有大量原來專為閉路電視模擬監控攝像機傳輸信號使用的同軸電纜。實際上,雖然網絡攝像機銷售暴漲,但目前所使用的監控攝像機大部分仍然是模擬設備,其中大多數使用不同型號和品質的75歐姆同軸電纜進行連接。當這些現存的攝像機被網絡攝像機所替換時,使用有源的同軸電纜以太網(EoC)適配器,就可以將遺留下來的同軸電纜網絡作為百兆以太網的線路加以再利用。
目前市場上有多種EoC解決方案可供選擇。其中很多設計用于本地(使用電視布線架構),而這些通常不適用于專業安防目的(設備體積龐大,連接件不通用,穩定性不好,對供電有專門要求,支持不足,性能與診斷能力有限)。不過還是有很多公司已經開始專門關注監控市場中的同軸電纜解決方案,并且很多咨詢師、專業廠商和系統集成商正在努力發揮這些系統的潛力。
對現存的同軸電纜布線進行再利用,有以下許多好處:不需要重新布線;系統部署時間大大減少;用戶的業務因安裝工程而受到的影響也減少了;重復利用現有的線纜也可以環保;同時,使用這些線路,還可以在200甚至300米以上距離以百兆速率傳輸時,不需中繼器。再者,在攝像機端配上多端口EoC適配器,還可以使用一根同軸電纜傳送多路網絡攝像機的信號,這樣,就能夠在最大限度降低布線成本的前提下增加攝像機的數量。另外,還需注意,這種EoC線路可用于任何網絡連接,包括IP門禁、VoIP、IP報警系統、樓控系統,這些系統也可以與IP視頻系統同時或不同時共用。
補充說明下,在討論對同軸電纜進行再利用,以作為數字視頻傳輸媒介的同時,我們也不能忽視“HDcctv聯盟”的技術方案,然而,將HDcctv技術與EoC解決方案進行比較需要更多篇幅,本文暫不討論。
沒有一種技術是萬應靈藥
對于專業安防系統來說,PLC并非很好的解決方案,它更適合民用領域,包括家庭自動化。利用電力線路的以太網則容易受到信號干擾的影響,性能不穩定。雙絞線通常只是實在沒有更好選擇的情況下才會被采用。
以太網CAT5e/6布線是不錯的選擇,距離問題可以通過PoE供電的LAN增強器。同軸電纜線路可重新利用,成為以太網的線路,從而消除攝像機由模擬技術向IP技術過渡的一個非常大的障礙。