Проводка Powerline для передачи IP-видео. Опыт работы с технологией Powerline Communication

Обновлено 20 июля 2024 - 1 месяц назад

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

Решая задачи по оснащению уже введенных в эксплуатацию объектов теми или иными слаботочными системами, приходится сталкиваться с ситуацией, когда прокладка кабелей под нужды системы затруднена или даже невозможна из-за нежелания заказчика портить дорогой интерьер.

Именно такая задача стояла перед нами. Заказчик хотел установить видеонаблюдение в своем загородном доме, в котором недавно завершился дорогостоящий косметический ремонт. Предполагалось установить систему IP-видеонаблюдения, состоящую из четырех наружных камер (по 2 мегапикселя каждая) и четырех камер внутри дома (по 3 мегапикселя каждая). При этом требовалось принимать сигналы с этих камер на регистратор без прокладки новых проводов. Кроме того, заказчик хотел просматривать живое видео и архив удаленно через Интернет.

На диаграмме ниже (рис. 1) отражены исходные данные, с которыми мы начали решать задачу.

Рис. 1

На фасаде здания раньше стояли аналоговые камеры, и от них осталась проводка, что частично решило проблему: все наружные камеры можно было запитать без проблем, и мы могли пофантазировать на тему использования коаксиального кабеля для наших целей (подробнее об этом позже). С камерами внутри помещения дело обстояло сложнее, так как проводов для них не было вообще.

Местом установки видеорегистратора мы выбрали цокольный этаж, где находился роутер с подключением к Интернету (как мы уже упоминали, одним из пожеланий заказчика была возможность удаленного просмотра видео через Интернет). Получилось, что уличные камеры были установлены на уровне второго этажа, внутренние камеры - на первом и втором этажах, а регистратор - в подвале (для большей наглядности см. рис. 1).

Итак, мы описали исходные данные. Теперь давайте поговорим о методах, которые мы использовали для решения этих задач. Первое, что может прийти в голову, - использовать Wi-Fi. Прокладывать провода нет возможности, так почему бы не использовать беспроводные технологии? Однако в описанной конфигурации размещения оборудования между регистратором и камерами находятся стены и потолки нескольких этажей. Значит, необходимо либо устанавливать мощные передатчики, либо размещать передатчики на каждом этаже, а затем подключать их к ближайшим сетевым розеткам. В обоих случаях уровень фонового микроволнового излучения в доме повысится. Это не очень хорошая новость для потребителя, особенно в загородном доме. Кроме того, в такой ситуации все равно нельзя быть уверенным в стабильном качестве сигнала. Поэтому мы начали искать альтернативные варианты.

Начнем с наружных камер. Как известно, протокол Ethernet в своих первых версиях (в 80-х годах) использовал в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель, и только со временем стали применяться витая пара и оптоволоконные кабели. Несмотря на то, что в современных условиях использование витой пары является наиболее распространенным и логичным, технически использование коаксиального кабеля для передачи Ethernet все еще возможно. Существуют конвертеры, позволяющие заменить коаксиальным кабелем тот участок трассы, который не удалось проложить с помощью витой пары. В нашем случае мы применили Evidence Cross - 1/RG S (см. рис. 2).

Рис. 2

Для того чтобы схема его использования была более наглядной, на рис. 3.

Рис. 3

Старая проводка уличных камер была собрана в промежуточном шкафу на 2-м этаже коттеджа (см. рис. 1). Поэтому приемники мы разместили в этом шкафу, а передатчики - в корпусах уличных камер (благо, размеры передатчиков позволяли это сделать). Возникли некоторые трудности. Коаксиальный кабель от одной из уличных камер был "закопан" во время ремонта, и найти его конец (отмечен знаком вопроса на "Рисунке 1") не удалось. Установить соединение через коаксиальный кабель другой камеры с помощью конвертера не удалось (возможно, была нарушена его целостность или длина/качество кабеля не позволяли это сделать - что именно, для нас не столь важно, главное, что IP-поток камеры не мог быть передан с помощью конвертера).

Итого, в промежуточном шкафу мне удалось получить сигналы 2 уличных камер из 4. Как получить еще 2? Кроме того, будущие внутридомовые камеры тоже нужно как-то связать с регистратором. К счастью, в коттедже потолки были из гипсокартона, за ним можно было попробовать протянуть провода, но как пройти с этажа на этаж? В нашем случае не было полноценных стояков, по которым это можно было бы сделать, не нарушая косметического ремонта. И тут мне пришла в голову идея: может быть, можно передать наш видеопоток по проводам электропитания?

Дело в том, что существует технология передачи данных по силовой проводке. Причем существует она еще с 20-х годов прошлого века, только тогда ее применение было весьма ограниченным, поэтому она не была широко известна потребителям. Однако с появлением современных DSP-процессоров возможности технологии значительно расширились. Теперь по электросети можно передавать данные с реальной пропускной способностью до 80 Мбит/с. Это обеспечивает современный стандарт HomePlug AV. Некоторые провайдеры даже предлагают эту технологию в качестве решения "последней мили", то есть используют ее для подключения к Интернету квартир и целых подъездов. Сейчас на рынке представлено множество адаптеров HomePlug от разных производителей.

Для того чтобы проверить работоспособность этой технологии в конкретных условиях объекта, мы взяли пару адаптеров D-Link DHP-300, которые оказались в карманах нашего системного администратора (спасибо, Сергей Иванович!).

Рисунок 4.

Эти адаптеры позволяют использовать домашнюю проводку для замены витой пары там, где ее невозможно или сложно проложить. Нам нужно всего два провода: один - фаза, другой - ноль. По этим проводам подается питание на адаптер и передается видеопоток. Базовая схема подключения показана на рис. 5. 5. Как видно из схемы, при желании можно подключить более двух адаптеров в общую сеть. В этом случае они создадут между собой своеобразную подсеть. Каждый адаптер сможет передавать данные любому адаптеру внутри "подсети". Такая "подсеть" настраивается по-разному, в зависимости от модели адаптера. Для некоторых, например DHP-300, существует специальная утилита, которая устанавливается на ПК. С ее помощью можно настроить ключ шифрования и посмотреть, к какой "подсети" относится то или иное устройство. Другие модели синхронизируются с помощью небольшой кнопки на корпусе, и никакой дополнительной утилиты не предусмотрено.

Рис. 5

Итак, мы вооружились двумя адаптерами, IP-камерой и ноутбуком. Поскольку мы уже знали, куда и откуда нужно передавать видео, нужно было попробовать это сделать. Метод был следующим: мы подключили адаптеры на концах интересующего нас участка. Затем к адаптеру с одной стороны подключили видеокамеру, а с другой - ноутбук. Видео с камеры, полученное на ноутбуке, означало успех. Таким образом, была проделана следующая работа:

Видео было получено с 2 оставшихся уличных камер в промежуточном шкафу на 2 этаже;
Проверили возможность передачи видеосигнала от промежуточного шкафа к главному электрическому щиту в подвале.
Убедитесь, что поток между главной панелью и комнатой, где находится маршрутизатор, может быть передан.
На этажных досках поочередно получали видео со всех 4 точек установки штатных камер (для наглядности см. рис. 6).
Проверьте возможность передачи сигнала от панелей пола к главной панели.

Рис. 6

Четвертый пункт в списке оказался самым сложным. Чтобы подключить адаптер в местах предполагаемой установки камер, нам пришлось проявить изобретательность. Как мы уже упоминали, потолки в доме сделаны из гипсокартона. Светильники врезаны в этот гипсокартон. Кто-то может подумать: "Почему бы просто не запитать светильники?". И это было бы прекрасно, но свет будет выключен, а вместе с ним и камера. Нам нужно обеспечить питание, которое не будет прерываться выключателем.

Поэтому мы вытащили светильники в местах, близких к установке камеры, и стали осматривать проводку. Оказалось, что к ним везде идет четырехжильный провод, два из которых не используются. Это означало, что за потолком нам нужно было проложить провод только от ближайшего светильника к камере. Все, что нам нужно было сделать, - это найти эти неиспользуемые провода на стороне напольной панели. Затем, подав на них фазу и ноль, можно было бы подать питание на адаптер и камеру, а также передавать видео по тем же проводам. Однако этих "пустых" жил в этажных панелях не оказалось, что вполне логично. Ведь прежде чем оказаться в щитке, провод проходит через распределительные коробки и выключатели. В нашем случае отдельных распределительных коробок не было, все "распайки" делались в выключателях. Сняв выключатели, нам удалось найти и "набрать" те самые свободные провода. Мы подали на них ноль и фазу, минуя выключатель. Теперь нужно было найти в этажном щитке автоматический выключатель, на который приходит фаза от интересующего нас выключателя, что и было сделано. Таким образом, был организован индивидуальный "маршрут" для каждой из штатных камер.

Предварительное тестирование адаптеров DHP-300 показало, что принципиальная возможность передачи видео на всех этих объектах существует.

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

Следует отметить, что авторы этой статьи не претендуют на исчерпывающее исследование применения технологии HomePlug AV, а лишь делятся своим конкретным опытом решения поставленной задачи. Для нас это был первый опыт использования данной технологии в подобных целях, и у нас было мало времени, чтобы решить, какие адаптеры использовать. На глаза попались D-Link DHP-309AV, предварительное тестирование которых проводилось на их предшественниках DHP-300. Кроме того, нам понравились их относительно небольшие размеры (что важно при размещении в корпусе камеры), поэтому мы решили их приобрести (рис. 7).

Рис. 7

Основное наше волнение заключалось в следующем: мы могли передавать видео на каждом отдельном объекте, но что произойдет, когда мы соберем всю систему вместе? Как столько устройств будут одновременно работать на одну и ту же электросеть? Не будут ли они мешать друг другу, не будут ли они мешать друг другу? Такая система - это своего рода сетевой коммутатор, распределенный по всему дому, и у нее будут свои узкие места, где собирается трафик с нескольких камер. Можно ожидать, что впереди нас ждет много сюрпризов.

Тем не менее, оборудование было закуплено, и мы отправились на место.

Мы планировали собрать схему, показанную на рис. 8.

Рис. 8

Глядя на схему, вы спросите: "Зачем нужен коаксиальный кабель на две камеры и дополнительные адаптеры Cross/RG? Ведь поток со всех камер можно принимать по электропроводке!". Дело в том, что в данной ситуации нам было важно использовать все возможности для улучшения качества передачи сигнала, ведь мы не скачиваем страницы из Интернета, а передаем видеопоток, который очень требователен к качеству соединения. При использовании HomePlug AV большое значение имеет длина маршрута и количество подключений. Cross/RG в данном случае позволил нам сократить длину сразу двух маршрутов (причем в самых уязвимых местах - от камеры до шкафа).

Как видно из схемы, проводка в доме использует все три фазы. С одной стороны, это усложнило схему, заставив использовать большее количество переходников, ведь адаптеры могут взаимодействовать друг с другом только в пределах одной фазы. С другой стороны, больше фаз - больше пространства для маневра и больше шансов решить поставленную задачу.

Теперь нам нужно синхронизировать адаптеры друг с другом. Для чего это нужно? Прежде всего, таким образом настраивается шифрование. Если шифрования не будет, то можно будет подключить аналогичный адаптер к сети и получить передаваемый поток, что неправильно с точки зрения безопасности. Во-вторых, синхронизированные устройства "видят" только друг друга, создается изолированная "подсеть". Мы постарались избежать попыток установить "лишние" соединения со стороны адаптеров. При таком количестве устройств в одной электросети было сложно предсказать их поведение, поэтому мы решили "разделяй и властвуй" - пусть друг с другом общаются только те устройства, которым это действительно нужно.

При синхронизации DHP-309AV рекомендуется использовать маленькую черную кнопку на корпусе адаптера (см. рис. 7). Процесс выглядит следующим образом: вы вставляете оба адаптера в один удлинитель и одновременно нажимаете на эти кнопки. Светодиоды на адаптерах начнут мигать, а когда соединение будет установлено, средний светодиод загорится зеленым. Если вам нужно синхронизировать три или более устройств, процедура такая же - просто нажимаете кнопки одновременно. Честно говоря, синхронизировать DHP-300 благодаря прилагаемой утилите оказалось гораздо удобнее. Это надежнее - на экране видно все и сразу. Кроме того, в процессе установки легко нечаянно нажать такую кнопку, особенно если речь идет о работе в условиях объекта. Потом вы будете переживать, не придется ли настраивать ее заново, а для этого, возможно, придется извлекать из корпуса настенной камеры другой адаптер.

Итак, адаптеры синхронизированы, установка завершена! Теперь самое интересное. Как все это работает вместе?

Он работает! Но с недостатком.

Все уличные камеры показывали нормально. Вероятно, это было связано с тем, что в промежуточном шкафу использовался медный провод хорошего сечения, который был проложен туда напрямую от главного щита. Это избавило от лишних соединений и помех. С внутренними камерами дело обстояло хуже. Они показывали, но видео не всегда было живым, а иногда связь терялась. Такая ситуация нас не устраивала. Почему тесты с DHP-300 прошли успешно, а с DHP-309AV начались проблемы? Во-первых, у старых адаптеров может быть немного другая мощность, во-вторых, они используют другой частотный диапазон, в-третьих, на момент проведения тестов в электросети могли отсутствовать помехи, с которыми нам неизбежно приходится сталкиваться в повседневной работе.

Как же устранить нестабильность и улучшить качество канала? Прежде всего, мы решили измерить скорость. Мы вооружились двумя ноутбуками с установленной утилитой для измерения скорости (мы использовали AIDA Network Benchmark).

На рис. 9 показаны результаты измерения скорости между адаптером камеры на 2 этаже и адаптером на главной панели в подвале. В окне утилиты скорость отображается в килобайтах, но мы будем писать скорость в мегабитах - так удобнее. Итак, средняя скорость составляет 18 Мбит/с с провалами до 9 Мбит/с. Поскольку на данном участке требовалось передавать поток сразу с двух IP-камер высокого разрешения (см. схему на рис. 8), естественно, что временами возникали проблемы. Конечно, поток с камеры можно сжать, но это скажется на качестве. Для хорошей производительности желательно иметь стабильные 10 Мбит/с для каждой камеры.

Рис. 9

Поскольку получить хорошее качество на таком большом участке не представлялось возможным, мы попытались разбить его на части. Пара таких же адаптеров была использована для проведения измерений на участке "камера - панель пола" (рис. 10). Как видите, средняя скорость выросла уже до 28 Мбит/с, а минимальная - до 18 Мбит/с. Измерения на участке "напольная панель - главная панель" дали аналогичный результат.

Рис. 10

Стало ясно, что необходимо разделить длинные участки на более короткие, так как адаптеры не могли обеспечить необходимую скорость в таких условиях. Что делать? Поместить промежуточные сетевые коммутаторы в этажные панели? Но места в распределительных щитах было очень мало. Возникла идея: можно ли использовать дополнительный адаптер в качестве ретранслятора? Как оказалось, нет. Если это один адаптер, просто подключенный к электросети в промежуточной точке, то он ничего не повторит. Но, как выяснилось в ходе экспериментов, если использовать сложную схему из двух адаптеров, то они сделают ретранслятор (см. рис. 11). Именно эту схему мы и использовали.

Рис. 11

Кстати, для начала мы попробовали использовать DHP-300 в качестве ретранслятора. Благодаря этому эксперименту мы точно выяснили: старые адаптеры не работают в одной сети с новыми. Дело в том, что они работают в разных частотных диапазонах и мешают друг другу. Как только мы подключили DHP-300, связь на новых адаптерах стала нестабильной.

Мы приобрели еще 6 адаптеров и реализовали повторение в обоих этажах. После этого соединение стало стабильным, а скорость - достаточной.

Теперь вся система работала как надо. С помощью технологии "HomePlug AV" удалось получить стабильные потоки со всех камер, добиться записи с каждой камеры в разрешении 1280x960 пикселей при 25 кадрах в секунду (кодек H.264). Никаких "телепортаций" или "шлейфов" от движущихся объектов не наблюдается.

Краткие выводы:

Использование технологий для передачи видео возможно и необходимо, если нет альтернативы.
Чтобы избежать проблем, в системе должны использоваться устройства одной модели от одного производителя.
При обследовании участка для проверки осуществимости технологии лучше:
- Сразу же использовать ту модель адаптера, которая будет закуплена;
- Сразу же измерить пропускную способность всех сегментов с помощью ноутбуков и соответствующего программного обеспечения;
- При проведении измерений постарайтесь воспроизвести наихудшую ситуацию: включите электрооборудование во всем доме, особенно то, которое генерирует высокочастотный шум (стиральная машина, пылесос...).
Качество и количество соединений в жгуте проводов имеет решающее значение для стабильности соединения и скорости передачи данных. Стремитесь исключить любые дополнительные клеммы!

Заказать