PoE – opis standardów i szczegóły techniczne dla ciekawskich
W specyfikacji technicznej większości urządzeń wykorzystujących “PoE” czyli “Power over Ethernet” temat ten jest nie opisywany, poza wymogami dot samego PoE. Ten poradnik ma na celu uczynienie tematu prostym i zrozumiałym. Jest to funkcja polegająca na przesyłaniu kablem LAN w standardzie RJ45 poza samymi danymi także zasilania do końcowego urządzenia (kamera CCTV, telefon ethernetowy, Wi-Fi Access Point itp.)
Zacznijmy od tego że PoE generalnie powinno być podawane przez switch, a nie przez dedykowany zasilacz. Dlaczego?
- dodatkowy zewnętrzny zasilacz nie daje możliwości zasilania awaryjnego na czas braku prądu (no chyba że ma własny UPS :-),
- takie zasilanie często wymaga dodatkowo zastosowania adaptera “wstrzykującego” zasilanie w kabel komputerowy,
- więcej urządzeń to większe prawdopodobieństwo awarii,
- w/w adapter to dodatkowe złącza na kablu, co zwiększa rezystancję kabla obniżając parametry łącza,
- adapter wprowadza dodatkowy “słaby punkt” sieci grożąc kłopotami na stykach.
A teraz plusy (bo minusów nie ma) stosowania switch’y z PoE:
- transmisja zasilania i danych poprzez jeden przewód zmniejsza koszty okablowania i instalacji,
- gwarantowany minimalny zasięg to 100m przy użyciu odpowiedniego okablowania,
- wysokie bezpieczeństwo dzięki transmisji niskim napięciem oraz procedurom badania łącza i urządzenia,
- zabezpieczenia przed podłączeniem napięcia do urządzeń niezgodnych ze standardem,
- łatwość i prostota instalacji,
- wsteczna kompatybilność ze starszymi wersjami zasilania via PoE.
Kupowany switch powinien być wyposażony w funkcję PoE na tylu portach, na ilu będzie to konieczne. W tym przypadku warto zwrócić uwagę na moc jaką oferować będzie switch dla urządzeń PoE na każdym porcie osobno, i sumarycznie na wszystkich portach z PoE. Należy zawsze kupować switch o mocy większej niż sumaryczne zapotrzebowanie podłączanych urządzeń. Typowe obciążenie portu przez różne urządzenia wykorzystujące PoE nie przekracza 5 watów/port.
| Klasa | Moc wyjściowa zasilacza (W) | Moc urządzenia końcowego (W) |
| 0 | 15,4 | 0,44 -12,95 |
| 1 | 4,0 | 0,44 – 3,84 |
| 2 | 7,0 | 3,84 – 6,49 |
| 3 | 15,4 | 6,49 – 12,95 |
| 4 | 30 | 12,95 – 25,5 |
Standard PoE został zoptymalizowany pod kątem bezpieczeństwa użytkowania. Oprócz bezpiecznego zakresu napięć, urządzenia muszą komunikować się według ustalonych procedur. Dzięki takiej komunikacji możliwe do ustalenia jest faktyczne zapotrzebowanie na moc z dokładnością do 1.11W. Urządzenie zasilające co określony czas przesyła informację na temat zapotrzebowania na moc. W 2003 r. organizacja IEEE ustanowiła standard zasilania PoE 802.3af, który został zmodernizowany w 2009 r. do standardu 802.3at. Rozróżnia on typ pierwszy (wcześniejszy 802.3af) i typ drugi o maksymalnej przesyłanej mocy 30W. Daje on możliwość prawie dwukrotnego zwiększenia mocy zasilanych urządzeń. Dzięki temu kamery z mocnymi oświetlaczami podczerwieni, mocno rozbudowane telefony IP z wielkimi wyświetlaczami i kamerami, czy drukarki sieciowe można zasilać po skrętce typowym kablem komputerowym.
| Cecha/standard | 802.3af (802.3at typ 1 ) | 802.3at typ 2, czyli pełne mocy POE+ 🙂 |
| Moc wyjściowa zasilacza (W) | 15.4 | 30* |
| Minimalna moc dostępna dla urządzenia końcowego (W) | 12.95 | 25.5* |
| Napięcie wyjściowe zasilacza (V) | 44-57 | 50-57 |
| Napięcie dostępne dla urządzenia końcowego (V) | 37-57 | 42.5-57 |
| Maksymalny prąd (mA) | 350 | 600 |
| Kompatybilne standardy sieci | 10BASE-T, 100BASE-TX oraz 1000BASE-T | 10BASE-T, 100BASE-TX oraz 1000BASE-T |
| Zasięg gwarantowany (m) | 100 | 100 |
| Okablowanie | Skrętka min. kat. 3 | Skrętka min. kat. 5 |
*Niektóre firmy stworzyły implementację standardu wykorzystując do przesyłu zasilania 4 pary (np. UPoE firmy Cisco zwane też PPoE). Pozwala to zwiększyć maksymalną moc wyjściowa z zasilacza do 60W, co daje 51W dostępnych dla urządzeń zasilanych (maksymalna strata mocy na linii 100m to 9W). Warto też wspomnieć, że pojawiają się już urządzenia którym wystarcza napięcie zasilania na pułapie 24V, jednak należą one do rzadziej spotykanych.
Schemat połączeń zasilania w switchu z PoE (kolor żółty to typowe PoE, fioletowy to opcjonalne dodatkowe PoE):
OPIS STANDARDÓW PODAWANIA ZASILANIA:
A. Alternative A zwane też End-span.
Standard ten wykorzystuje tylko dwie pary, z czterech par skrętki komputerowej. To piny (styki w gnieździe RJ45) 1 i 2, oraz 3 i 6. Pary te wykorzystywane są jednocześnie do transmisji danych i zasilania. Pozostałe dwie pary pozostają wolne. Ponieważ Ethernet oparty na skrętce używa różnicowego przesyłania sygnałów w każdej parze, to metoda ta nie powoduje zakłócania transmisji danych.
B. Alternative B zwane też Mid-span – stare najbardziej popularne typowe PoE.
Ten standard do zasilania wykorzystuje dwie pozostałe wolne pary, czyli piny 4 i 5 oraz 7 i 8. Ułatwia to rozwiązywanie ewentualnych problemów z zasilaniem przez rozdzielenie przewodów/pinów do transmisji danych z przewodami/pinami zasilającymi.
C. UPoE zwane też 4PPoE.
Tu wszystkie cztery pary skrętki używane są do zasilania podłączonego urządzenia. W standardzie Gigabit Ethernet i szybszych wszystkie cztery pary skrętki wykorzystywane są do transmisji danych, więc zastosowane jednocześnie tryby Alternative A i Alternative B przekazują energię przez pary skrętki, którymi przesyłane są również dane. Pozwala to zastosować wyższą moc do zasilania takich urządzeń jak kamery PTZ, wysokowydajne punkty dostępu sieci bezprzewodowych czy nawet do ładowania baterii w laptopach.
Dodatkowo, poza wyżej wymienionymi technikami przekazywania energii, standard IEEE PoE zapewnia komunikację między urządzeniem zasilającym (ang. Power Sourcing Equipment – PSE) a urządzeniem zasilanym (Powered Device – PD). Ta komunikacja pozwala wykryć źródłu zasilania obecność zgodnego urządzenia i umożliwia urządzeniu zasilanemu i źródłu wynegocjowanie wymaganej lub dostępnej mocy.
Poniżej prezentujemy przykład zastosowania PoE w systemowych telefonach stacjonarnych marki Panasonic. Dzięki wbudowanemu w telefon switchowi zasilanemu z tego samego PoE z którego korzysta telefon pojedyncze łącze LANowe wyposażone w PoE obsługuje przesył danych z i do telefonu, oraz do komputera na biurku docelowego użytkownika. Takie rozwiązanie likwiduje wymóg prowadzenia dodatkowego kabla do telefonu oraz niezależnie do komputera jednocześnie eliminując stosowania dodatkowych zasilaczy do telefonu i switch’a. Korzyści? Brak zbędnych zasilaczy zajmujących gniazdka sieciowe, mniej kabli na i koło biurka, jedno awaryjne zasilanie dzięki któremu nawet jak nie ma prądu to sieć i urządzenia dalej działają, a do tego wychodzi to taniej 🙂
Należy zaznaczyć, że pasywne PoE jest niezgodne ze przyjętym standardem i z wielu wyżej wymienionych powodów nie jest zalecane przy realizacji profesjonalnych sieci.
data publikacji – 12.06.2017r / uzupełnienia – 11.09.2019r.