Электропроводка для передачи IP-видео. (Опыт применения технологии Powerline Communication)

С.В. Панкин, А.С. Воронков

В статье рассматривается частный случай использования существующей сети электропитания для организации передачи видеопотоков с IP-видеокамер в коттедже.

При решении задач оборудования теми или иными слаботочными системами уже сданных в эксплуатацию объектов приходится сталкиваться с ситуацией, когда прокладка кабелей для обеспечения нужд системы затруднена или вообще невозможна в связи с нежеланием заказчика портить дорогостоящий интерьер.

С такой ситуацией мы и столкнулись. Заказчик пожелал установить в своем загородном доме охранное видеонаблюдение, но при этом, недавно завершил дорогостоящий косметический ремонт.

Предполагалась установка четырех наружных камер и четырех - внутри дома. При этом, требовалось получить сигналы с этих видеокамер на регистраторе, не прокладывая новых проводов! Дополнительно заказчик хотел просматривать живое видео и архив удаленно, через интернет.

На приведенной ниже схеме («Рисунок 1») отражено то, с какими исходными данными мы приступили к решению задачи.

Рисунок 1

На фасаде здания когда-то стояли аналоговые камеры, и от них осталась проводка, которая частично решала проблему: на все уличные камеры можно было без затруднений подать электропитание и пофантазировать на тему использования коаксиального кабеля в наших целях (об этом чуть позже). С внутридомовыми же камерами дело обстояло сложнее, так как для них проводов не было совсем.

Для места установки видеорегистратора мы выбрали помещение цокольного этажа, где располагался роутер с подключением к сети интернет (как мы уже упомянули, одним из пожеланий заказчика была возможность просматривать видео удаленно, через интернет). Получалось, что уличные камеры устанавливались на уровне второго этажа, внутридомовые - на первом и втором этажах, а регистратор – в подвале (для пущей наглядности, см. «Рисунок 1»).

Итак, исходные данные мы обрисовали. Теперь о том, какие способы решения этих задач мы использовали.

Начнем с уличных камер. Как известно, протокол Ethernet в первых своих версиях (в 80-е годы) использовал в качестве среды передачи данных именно коаксиальный кабель, и лишь со временем начали использоваться витая пара и оптоволокно.

Несмотря на то, что в современных условиях применение витой пары является наиболее распространенным и логичным, по-прежнему существует техническая возможность использовать коаксиальный кабель для передачи Ethernet. Существуют преобразователи, которые позволяют заменять коаксиальным кабелем отрезок трассы, который не удалось проложить витой парой.

В нашем случае мы применили Evidence Cross - 1/RG S (см. «Рисунок 2»)

Рисунок 2

Для того, чтобы схема его использования была понятнее, приведен «Рисунок 3».

Рисунок 3

Старая проводка уличных камер собиралась в промежуточном шкафу, на 2-м этаже коттеджа (см. «Рисунок 1»). Поэтому, приемники мы разместили в этом шкафу, а передатчики в кожухах уличных камер (что немаловажно - габариты передатчиков это нам позволили).

При этом возникли затруднения. Коаксиальный кабель от одной из уличных камер был «похоронен» во время ремонта, и найти его конец не представлялось возможным (на «Рисунке 1» обозначено вопросительным знаком).

По коаксиальному кабелю еще одной камеры соединение при помощи преобразователя установить не удалось. Возможно, целостность его была нарушена или длина/качество кабеля этого не позволяли – что именно, для нас это было уже не так важно, главное – поток IP камеры при помощи преобразователя уже не передать.

Итого, в промежуточном шкафу удалось заполучить сигналы 2-х уличных камер из 4-х. Как получить еще 2? К тому же, будущие внутридомовые камеры тоже как-то нужно соединить сетью с регистратором.

Благо, в коттедже потолки были выполнены из гипсокартона, за ним можно было пытаться протянуть провода, но при этом как перейти с этажа на этаж? В нашем случае не было полноценных стояков, по которым можно это сделать без нарушения косметического ремонта. И тут возникла идея: может быть, удастся передать наш видеопоток по проводам электропитания?

Дело в том, что существует технология передачи данных по силовой проводке. И существует она еще с 20-х годов прошлого века, только тогда ее применение было весьма ограничено, поэтому потребителям она недостаточно широко известна.

Однако с появлением современных DSP-процессоров возможности технологии резко выросли. Теперь по электросети можно передавать данные с реальной пропускной способностью до 80 Мбит/сек. Это обеспечивается современным стандартом HomePlug AV.

Некоторые провайдеры даже предлагают данную технологию в качестве решения «последней мили», то есть подключают с её помощью к интернету квартиры и целые подъезды. На рынке сейчас представлено немало HomePlug адаптеров разных производителей.

Для того чтобы проверить работоспособность данной технологии в конкретных условиях объекта, была взята пара адаптеров D-Link DHP-300, которые оказались в загашниках нашего системного администратора (спасибо, Сергей Иванович!).

Рисунок 4

Такие адаптеры позволяют использовать домашнюю электропроводку для того, чтобы заменить витую пару там, где её невозможно или трудно проложить. Нам нужно только два провода: на одном фаза, на другом - ноль. По этим проводам подается питание на адаптер, по ним же передается и видеопоток.

Принципиальная схема подключения приведена на «Рисунке 5». Как видно из схемы, при желании, можно соединить в общую сеть более двух адаптеров. В таком случае они создадут между собой своеобразную подсеть. Каждый адаптер будет способен передать данные любому адаптеру внутри «подсети».

Настраивается такая «подсеть» по-разному, в зависимости от модели адаптера. Для некоторых, например, DHP-300, существует специальная утилита, которая устанавливается на ПК. С её помощью можно настроить ключ шифрования и увидеть к какой «подсети» относится конкретное устройство. Другие модели синхронизируются при помощи небольшой кнопки на корпусе, и никакой дополнительной утилиты не предусмотрено.

Рисунок 5

Итак, мы вооружились двумя адаптерами, IP-камерой и ноутбуком. Поскольку мы уже представляли, куда и откуда нужно передать видео, оставалось попробовать это сделать. Методика была следующей: на концах интересующего сегмента подключались адаптеры. Затем, с одной стороны к адаптеру подключалась видеокамера, а с другой - ноутбук. Полученное на ноутбуке видео с камеры означало успех. Итак, была проведена следующая работа.

1. В промежуточном шкафу 2-го этажа было получено видео с 2-х оставшихся уличных камер.
2. Проверена возможность передачи видео из промежуточного шкафа к главному электрощиту в подвале.
3. Проверена возможность передачи потока между главным щитом и помещением, в котором находился роутер.
4. У этажных щитов поочередно получено видео со всех 4-х точек установки внутридомовых камер (для наглядности, см. «Рисунок 6»).
5. Проверена возможность передачи от этажных щитов к главному.

Рисунок 6

Самым сложным оказался 4-й пункт списка. Для того, чтобы подключить адаптер в местах предполагаемой установки камер, пришлось проявить творческий подход.

Как мы уже упомянули, потолки внутри дома выполнены из гипсокартона. В этот гипсокартон врезаны светильники. Кому-то может прийти в голову идея: «А почему бы просто не взять питание от светильников?». И всё бы хорошо, но освещение выключают, а вместе с ним будет выключаться и камера. Нам нужно подать питание, которое не будет прерываться выключателем.

Поэтому, мы вынули светильники в местах неподалеку от установки камер и начали обследование электропроводки. Благо, оказалось, что к ним повсеместно проложен четырёхжильный провод, две жилы которого не задействованы.

Это означало, что за потолком нам нужно лишь пробросить провод от ближайшего светильника до камеры. Оставалось найти эти незадействованные жилы со стороны этажного щита. Тогда, подав на них фазу и ноль, можно будет обеспечить питание адаптера и камеры, и по этим же проводам передать видео.

Однако в этажных щитах этих «пустых» жил не обнаружилось, что закономерно. Ведь, прежде чем оказаться в щите, провод проходит через распаечные коробки и выключатели. В нашем случае отдельных распаечных коробок не предусматривалось, вся «распайка» была выполнена в выключателях. Сняв, выключатели, удалось найти и «прозвонить» те самые свободные провода.

Мы подали на них ноль и фазу, минуя выключатель. Теперь предстояло найти в этажном щите автомат, на который приходит фаза из интересующего нас выключателя, что и было сделано. Таким образом, была организована индивидуальная «трасса» для каждой из внутридомовых камер.

Предварительное тестирование с участием адаптеров DHP-300 показало, что принципиальная возможность передать видео на всех указанных участках существовала.

На этом предварительное обследование объекта было решено завершить и перейти к заказу оборудования, так как сроки уже поджимали.

Отметим, что авторы настоящей статьи не претендуют на исчерпывающее исследование применения технологии “HomePlug AV”, а лишь делятся конкретным опытом решения поставленной задачи. Для нас это был первый опыт использования данной технологии в подобных целях, а времени решать какие именно адаптеры использовать – было мало.

На глаза попались D-Link DHP-309AV, предварительное тестирование осуществлялось на их предшественниках DHP-300. К тому же, нам понравились их относительно небольшие габариты (важно при размещении в кожухе камеры), поэтому мы решили закупить их («Рисунок 7»).

Рисунок 7

Главным предметом нашего волнения составляло следующее: нам удалось передать видео на каждом отдельном участке, но что будет, когда мы соберем систему целиком? Как будет работать такое количество устройств в одной электросети одновременно? Не будут ли они мешать друг другу, создавать помехи? Такая система похожа на своеобразный сетевой коммутатор (switch), распределенный по всему дому, и у него будут свои узкие места, где собирается трафик с нескольких камер. Впереди нас могло ждать немало неожиданностей.

Тем не менее, оборудование было закуплено, и мы отправились на объект. Мы планировали собрать схему, изображенную на Рисунке 8.

Рисунок 8

Глядя на схему, вы спросите: «Зачем вам использовать коаксиальный кабель на двух камерах и дополнительные адаптеры Cross/RG? Ведь, поток со всех камер можно получить по электропроводке!».

Дело в том, что в данной ситуации нам важно было использовать все возможности для повышения качества передачи сигнала, все-таки мы не страницы из интернета загружаем, а передаем видеопоток, который весьма требователен к качеству соединения. При использовании HomePlug AV немалое значение имеют длина трассы и количество соединений. Cross/RG в данном случае позволил сократить длину сразу двух трасс (причем, на наиболее уязвимых участках - от камеры до шкафа).

Как видно из схемы, электропроводка в доме использует все 3 фазы. С одной стороны, это усложняло схему, вынуждало использовать больше адаптеров, так как адаптеры способны устанавливать связь друг с другом только в пределах одной фазы. С другой стороны, больше фаз – больше пространства для маневра, и шансов решить поставленную задачу.

Теперь нужно было синхронизировать адаптеры между собой. Для чего это нужно?

Во-первых, таким образом настраивается шифрование. Если шифрования нет, то можно будет подключить аналогичный адаптер к электросети, и принимать передаваемый поток, что неправильно с точки зрения безопасности.

Во-вторых, синхронизированные устройства «видят» только друг друга, создается изолированная «подсеть». Мы стремились избежать попыток установить «лишние» соединения со стороны адаптеров. При таком количестве устройств в одной электросети трудно было предсказать их поведение, и мы решили «разделять и властвовать» - пусть друг с другом общаются только те устройства, которым это действительно необходимо.

При синхронизации DHP-309AV предлагается пользоваться маленькой чёрной кнопочной на корпусе адаптера (видно на Рисунке 7). Процесс выглядит так: вы вставляете оба адаптера в один удлинитель и нажимаете эти кнопочки одновременно. На адаптерах начинают мигать светодиоды, и, когда связь установлена, средний светодиод загорается зелёным.

Если нужно синхронизировать 3 и более устройств, процедура та же – просто одновременно нажимаете на кнопки. Честно говоря, гораздо удобнее было синхронизировать DHP-300, благодаря предусмотренной утилите. Так надёжнее – всё сразу видно на экране. К тому же, такую кнопочку легко нажать нечаянно в процессе установки, особенно, когда речь идет о работе в условиях объекта. Потом волнуешься – не придется ли настраивать заново, а для этого, возможно, придется извлекать другой адаптер из кожуха камеры, установленной на стене.

Итак, адаптеры синхронизировали, монтаж был осуществлен! Теперь самое интересное. Как же это всё вместе заработало? Заработало! Но с недочетами.

Все уличные камеры показывали прекрасно. Наверное, сказалось то, что в промежуточном шкафу был использован медный провод хорошего сечения, который проложен туда напрямую от главного щита. Это исключало лишние соединения и помехи.

Хуже дело обстояло с внутридомовыми камерами. Они показывали, но видео было не всегда живое, к тому же, иногда связь вообще пропадала. Такая ситуация нас не удовлетворила. Почему же испытания с DHP-300 прошли успешно, а с DHP-309AV начались проблемы?

Во-первых, старые адаптеры могут иметь несколько другую мощность, во-вторых, они используют другую полосу частот, в-третьих, в момент проведения испытаний в электросети могло не быть тех помех, с которыми неизбежно пришлось столкнуться в повседневной эксплуатации.

Как же устранить нестабильность и повысить качество канала?

Для начала, мы решили замерить скорость. Мы вооружились двумя ноутбуками с установленной утилитой для замеров скорости (использовали AIDA Network Benchmark).

На Рисунке 9 приведены результаты замера скорости между адаптером камеры на 2-м этаже и адаптером у главного щита в подвале. В окне утилиты скорости отображены в килобайтах, мы же будем писать скорость в мегабитах – так привычнее. Итак, средняя скорость 18 Мбит/с с провалами до 9 Мбит/с.

Так как на данном участке требовалось передать поток сразу двух IP-камер высокого разрешения (см. схему на Рисунке 8), естественно, что временами возникали проблемы. Поток на камере, конечно, можно ужать, но это отражается на качестве. Для хорошей работы желательно иметь стабильные 10 Мбит/с на каждую камеру.

Рисунок 9

Раз не удалось получить хорошее качество на этом, большом, участке, мы попробовали разбить его на части. Пара тех же адаптеров была использована для снятия замеров на участке «камера – этажный щит» («Рисунок 10»).

Как видно, средняя скорость уже возросла до 28 Мбит/с, а минимальная до 18 Мбит/с. Замеры на участке «этажный щит – главный щит» дали похожий результат.

Рисунок 10

Стало понятно, что нужно разделить длинные участки на более короткие, так как адаптеры не могут обеспечить нужную скорость в таких условиях.

Что делать? Ставить промежуточные сетевые коммутаторы в этажных щитах? Но в щитах было крайне мало места. Возникла идея: возможно ли использовать дополнительный адаптер в качестве повторителя? Как выяснилось, нет. Если это один адаптер, просто подключенный в электросеть в промежуточном пункте, ничего он повторять не станет. Зато, как выяснилось в процессе экспериментов, если использовать изощренную схему из двух адаптеров, то из них получится повторитель (см. «Рисунок 11»).

Именно такую схему мы и использовали.

Рисунок 11

Кстати, для начала мы попробовали использовать в качестве повторителя DHP-300. Благодаря этому эксперименту, мы достоверно выяснили: старые адаптеры не работают в одной сети с новыми. Дело в том, что они работают на разных полосах частот, и создают друг другу помехи. Как только мы подключали DHP-300, соединение на новых адаптерах становилась нестабильным.

Мы приобрели еще 6 адаптеров и реализовали повторение в обоих этажных щитах. После этого соединение стало стабильным, а скорость достаточной. Теперь вся система работала так, как и должна была.

Выводы:

1. Использовать технологию для передачи видео – возможно и нужно, если другой возможности нет.
2. Во избежание проблем, в системе следует использовать устройства одной и той же модели одного и того же производителя.
3. При обследовании объекта для проверки возможности использования технологии лучше:
• Сразу использовать ту модель адаптера, которая будет закупаться
• Сразу замерять пропускную способность на всех сегментах при помощи ноутбуков и соответствующего программного обеспечения
• При снятии замеров попытаться воспроизвести наихудшую ситуацию: включить электрооборудование во всем доме, особенно создающее высокочастотные шумы (стиральная машина, пылесос ...)
4. Качество и количество соединений в электропроводке имеет решающее значение для стабильности соединения и скорости передачи. Стремитесь исключить любые дополнительные клеммы.