Питание через сетевой кабель

Знакомимся с функцией POE — питание сетевого оборудования по LAN кабелю на примере точки доступа Level One WAP-0009

Введение

Сегодня мы познакомимся с очень простой сетевой технологией, которая может существенно облегчить установку сетевого оборудования в офисе или на предприятии. Технология POE (Power Over Ethernet), которая позволяет запитывать сетевое оборудование по сетевому кабелю, избавляя пользователей от необходимости устанавливать электрические розетки там, где это неудобно и использовать громоздкие блоки питания.

Преимущества технологии POE

Устанавливая в офисе точку доступа Wi-Fi, сетевую камеру или маршрутизатор, вы вынуждены учитывать, где установлена ближайшая электрическая розетка, чтобы подключить к ней блок питания устройства. Зачастую это ограничивает ваши возможности, и если для достижения лучшего уровня сигнала Wi-Fi вы захотите поставить точку доступа под потолком, вы можете столкнуться с проблемой выбора — либо прокладывать электропроводку и устанавливать под потолком розетку, либо ставить точку доступа в более удобном месте, пожертвовав качеством сигнала.

А если вы занимаетесь установкой стевого оборудования в труднодоступных местах (например, под крышей ангара, на чердаке и т.д.), то стоимость электропроводки и установки розеток может показаться просто заоблачной. Чтобы решить эту проблему, был создан новый стандарт IEEE 802.3AF, позволяющий передавать по сетям Ethernet не только данные, но и электрический ток. Таким образом, цель этого стандарта — обеспечить питанием периферийные устройства, используя сигнальные линии. Если кто-то из вас помнит о передаче данных по сетям электроснабжения, то вот IEEE 802.3AF — это в точности наоборот. Стандарт IEEE 802.3AF подразумевает использование уже имеющихся сигнальных линий, а значит можно использовать любые стандарты витой пары — 10Base-T, 100Base-TX, 100Base-T. Для работы устройств достаточно и существующих кабельных систем третьей и пятой категории. В отличие от сетей электроснабжения, где питание распределяется на все электроприёмники, в случае со стандартом POE, питание подаётся индивидуально каждому устройству.

Напряжение. Всё компьютерное оборудование питается от постоянного тока, поэтому нет смысла передавать по RJ45 220В переменного тока. Стандарт 802.3af подразумевает передачу по витой паре постоянного тока напряжением от 44 В до 57 В (номинал — 48 В). Выбор именно такого значения напряжения обосновывается тем, что оно может подаваться на витые пары структурированной проводки любой категории без ограничений по продолжительности. Немаловажно и то, что в условиях офиса указанное напряжение не опасно для жизни пользователя. Максимальный постоянный ток, который может протекать по одному проводнику витой пары линейного и шнурового кабелей СКС вне зависимости от формы его исполнения и категории, ограничен действующими стандартами в пределах 175 мА. Для удвоения этой величины без нарушения технических условий производителя для передачи тока питания в одном направлении одновременно задействуются оба проводника пары, которые параллельно подключаются к соответствующему полюсу источника и потребителя. Таким образом, по одному кабелю может передаваться ток величиной до 350 мА. Итого, мощность POE устройства может достигать 16 Вт, более чем достаточно!

Расстояние, на которое может передаваться напряжение в стандарте IEEE 802.3af, составляет 100 метров.

Благодаря автоматическому измерению сопротивления, сетевые устройства ещё до подачи напряжения определяют, какое именно напряжение потребуется приёмнику и поддерживает ли приёмник технологию POE вообще. Таким образом, исключается повреждение устройств, не поддерживающих IEEE 802.3af.

Сейчас сетевые устройства только начинают обзаводиться поддержкой IEEE 802.3af, и для питания оборудования по витой паре используются три типа POE-устройств.

POE инжектор. Устройство, которое передаёт в сигнальные кабели электрическую мощность. POE инжектор может быть встроен в сетевое оборудование, например, в маршрутизатор, а может представлять собой отдельное устройство. В последнем случае, оно подключается в разрез кабеля RJ45 и к электрической розетке. Получается, что на входе POE инжектор имеет только данные, а на выходе — данные и электрическое напряжение.

POE сплиттер. Устройство, обратное инжектору по своему назначению. Сплиттер подключается к POE сети, в которой по сигнальному проводу передаётся ещё и электрическая мощность, и выделяет из неё отдельно электрическую составляющую, а отдельно — сигнальную. То есть, на входе у него стандартный сетевой RJ45 порт, а на выходе — RJ45 и разъём питания. Сплиттер используется для питания в IEEE 802.3af сетях устройств, не поддерживающих этот стандарт. То есть, чтобы запитать от Ethernet старенький роутер или сетевую камеру.

Сетевое устройство, с питанием от POE. Собственно, это может быть сетевая камера, роутер, сетевой винчестер, коммутатор и т.д., поддерживающий POE. Как правило, такие устройства поставляются без блоков питания, благодаря чему достигается экономия при покупке и доставке оборудования.

В общем-то, схема построения POE сети выглядит следующим образом:

На схеме показан обычный коммутатор, от которого отходят сигнальные линии синего цвета. С помощью двух POI инжекторов Level One POI-2000 в сигнальную линию добавляется электрическая мощность. В верхней части схемы через POE сеть запитывается сетевая камера, не поддерживающая интерфейс IEEE 802.3af. Поэтому перед ней устанавливается сплиттер POS-1000. В нижней части схемы к POE сети подключена точка доступа, поддерживающая POE, поэтому дополнительный сплиттер ей не нужен.

Ну что же, пришло время ближе познакомиться с POE устройствами.

Точка доступа Level One WAP-0009 и POE-инжектор Level One POI-2000

Рассмотрим работу POE-оборудования на примере точки доступа Level One WAP-0009. Это точка доступа SOHO-класса для использования в доме или малом офисе. Level One WAP-0009 поддерживает стандарты беспроводной связи IEEE 802.11b/g и может обеспечивать скорость соединения по Wi-Fi до 54 Мбит/с.

Характеристики Level One WAP-0009

Стандарт IEEE 802.11b/g

Частота 2.400 — 2.4835 ГГц

Скорость передачи данных:

до 54 Мбит/с (6/9/12/18/24/36/48/54) в сетях 802.11g

до 11 Мбит/с (1/2/5.5/11) в сетях 802.11b

WPA2 (AES Encryption)

Контроль по MAC адресу

Сигнал передатчика 18 дБ

Один сетевой порт 10/100 Mbps Auto-MDIX RJ45 с поддержкой функции POE

Размеры 127x96x30 мм

Эта точка доступа интересна ещё и тем, что она поддерживает протоколы WPA2 и WEP 128-bit, а так же режим работы Bridge и фильтрацию по MAC-адресу. Что интересно, Level One WAP-0009 поставляется без блока питания, но его можно купить отдельно, если вы не захотите использовать PoE сети.

Точка доступа WAP-0009 имеет серебристый корпус, выполненный в дизайне, характерном для всей линейки сетевого оборудования Level One. На лицевой стороне расположены индикаторы PWR, WLAN и LAN.

С обратной стороны корпуса установлены гнездо питания — если ваша сеть не будет поддерживать PoE, можете подобрать блок питания для точки доступа на рынке. Точка доступа имеет только один сетевой порт RJ45, как видите, он точно такой же, как и на другом сетевом оборудовании. технология PoE не вносит изменения в конструктив порта. Слева от антенны в углублении находится кнопка «Reset».

Для работы сетевой точки доступа WAP-0009 нам потребуется PoE инжектор Level One POI-2000.

Это низкоуровневое устройство, которое не требует установки драйверов. Оно подключается в разрез сетевого кабеля и к розетке питания 110-220 В. На входе инжектор имеет обычный Ethernet, а на выходе уже сигнал, интегрированный с питанием.

Заключение

Технология PoE задумывалась как раз для того, чтобы дать возможность сэкономить при прокладке сетей в домах и офисах. Но как это часто бывает, цена на новинки оказывается выше, чем ожидалось. И пока рынок только заполняется оборудованием с поддержкой PoE, вполне возможны ситуации, когда за поддержку PoE продавцы запросят дополнительные деньги, несмотря на то, что они экономят на блоках питания. Не дайте ввести себя в заблуждение — питание через Ethernet будет таким же обычным явлением, как питание дисковых телефонов от телефонной розетки, и со временем сети Ethernet будут модернизированы этой функцией. А ведь никаких тормозящих факторов для неё нет — полная совместимость сетей со старыми устройствами, автоматическая настройка питания, безопасное напряжение и низкая стоимость.

Если вы только планируете устанавливать локальную сеть у себя в квартире, в доме или офисе, то начните поиск сетевого оборудования с устройств, поддерживающих PoE.

Мы благодарим компанию «SVEGA Computer», официального дистрибьютора Level One в России за предоставленное оборудование.

Михаил Дегтярёв (aka LIKE OFF)
5/03.2007

Источник

Технология Power over Ethernet

Power over Ethernet, или PoE — технология, позволяющая передавать удалённому устройству вместе с данными электрическую энергию через стандартную витую пару в сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, Web-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.

Отукуда сразу же становится понятно с какой целью изобреталась данная технология — кому охота тащить питающий кабель до веб-камеры или VoIP девайса, тем самым и так увеличивая кабельное хозяйство офиса или дома.
Правда кидаться внедрять PoE везде и всюду надо внимательно, т.к. это внедрение требует пересмотра вопросов электропитания и охлаждения (естественно речь идет о промышленном внедрении)

Если не принять в расчет возросшие потребности в мощности энергоснабжения и охлаждения, то следует быть готовым к непредвиденным отключениям и нарушениям в работе оборудования. Поскольку PoE обычно применяется в системах связи и контроля доступа, негативный эффект от таких отключений особенно заметен.

Как подается питание в линию?

Для подачи энергии в сеть Ethernet предусмотрены следующие методы:

• коммутатор с подачей напряжения в линию;
• «инжектор питания», устанавливаемый между коммутатором и кроссом;
• кросс с подачей напряжения в линию;
• «инжектор питания» для одной линии (последний обеспечивает питание РоЕ-совместимых устройств в сетях, лишенных такой поддержки)

Технология PoE не оказывает влияния на качество передачи данных. Для ее реализации используются свойства физического уровня Ethernet:

А) Использование высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток. Постоянное напряжение питания подается на центральные отводы вторичных обмоток этих трансформаторов, и так же с центральных отводов снимается на приемной стороне. Использование центральных отводов сигнальных трансформаторов позволяет без взаимного влияния, передавать по одной паре проводов и высокочастотные данные и постоянное напряжение питания.

В) Использование свободных пар для подключения питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100Base-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.

Соответственно есть два варианта подачи питания устройством PSE:

• A — на витые пары по которым идут данные
• B — на неиспользуемые пары в кабеле

PSE устройства (инжекторы) отличаются, в зависимости от вариантов А или В, при этом сплиттеры, то есть PD устройства, являются универсальными. Устройство PD обязано уметь принимать питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель типа компьютер — компьютер). Важным является то обстоятельство, что устройство PSE подает питание в кабель только в том случае, если подключаемое устройство является устройством типа PD. Таким образом, оборудование, не поддерживающее стандарт PoE и случайно подключенное к устройству PSE, не будет выведено из строя. Процедура подачи и отключения питания на кабель состоит из нескольких этапов.

Предельно допустимый уровень мощности порядка 15-16 Вт на порт при токе 350мА и напряжении 48В, исходя из этих ограничений вырисовывается список устройств, который может запитываться по этой технологии.
Типичный IP-телефон потребляет до 5 Вт энергии, IP-телефон с поддержкой видео, как и считыватель меток RFID или фиксированная камера видеонаблюдения, — 10-12 Вт, беспроводная точка доступа, считыватель карт или электромеханический замок — от 8 до 12 Вт.

Находящаяся на стадии разработки версия стандарта PoE+ (IEEE 802.3at) позволит подключать устройства с энергопотреблением до 30 Вт при передаче данных по двум парам (10BaseT и 100BaseTX) и оборудование мощностью до 60 Вт в случае передачи по всем четырем парам (для гигабитного Ethernet 1000BaseT). Таким образом, точки доступа Wireless Mesh Network мощностью до 50 Вт, управляемые камеры видеонаблюдения с энергопотреблением до 20 Вт и другие достаточно мощные устройства смогут получать питание по одному проводу.

На что следует обратить внимание при внедрении PoE в корпоративной сети?

Допустим наш офис насчитывает 50 машин. Имеется два 48-портовых коммутатора и «инжектор» для подачи напряжения на устройства с поддержкой PoE. И, предположим, что наши устройства потребуют не более 7Вт по мощности.

Без использования технологии PoE энергопотребление коммутационного оборудования малого офиса не превысит 90 Вт. Для поддержки такой нагрузки достаточно ИБП мощностью 500 Вт/750 ВА.
Однако если мы запитаем от ИБП всё телекоммуникационное оборудование, веб-камеры и другое дополнительное оборудование, то нам придется учесть увеличившуюся нагрузку (для малого офиса на 50 активных устройств она увеличится примерно в 6 раз)на ИБП, что может повлечь за собой замену ИБП на более мощный аналог.
Также, возможно, придется выполнять расчет тепловыделения, т.к. новый ИБП в режиме заряда батарей будет выделять больше тепла.

Источник

FAQ по PoE, часть 2

Сегодня мы разберем:

Стандарты и типы PoE

Технология PoE на данный момент существует в нескольких, кардинально отличающихся видах. Почему так произошло?

К тому времени, как ребята из IEEE решили стандартизировать технологию, а произошло это не сразу после ее появления, некоторые корпорации уже изобрели свои собственные реализации PoE. Cisco, к примеру, еще в 2000 году представила питание устройств по витой паре.

Да и после принятия официальных стандартов IEEE 802.3af в 2003 году, IEEE 802.3at в 2009 году многие производители внедряют свои собственные способы PoE. В основном, потому что реализация полноценных стандартов 802.3af, 802.3at — это сложно и дорого, а потребителям часто нужны модели эконом-класса.

В итоге на данный момент PoE существует в нескольких вариантах:

• по стандарту 802.3af,
• по стандарту 802.3at,
• по фирменным частным стандартам, из которых наиболее известен Passive PoE.

Питание по витой паре согласно стандартам 802.3af, 802.3at называют активным PoE, питание, реализованное по технологии Passive PoE — пассивным.

Реализация питания по витой паре в устройствах может различаться по типу распиновки. А также, в зависимости от напряжения, подаваемого на порт, существует несколько классов PoE.

Все эти данные должны быть указаны в паспорте производителя и помогают правильно подобрать оборудование для проекта.

Стандарты IEEE 802.3af, 802.3at — активное PoE

Главное преимущество PoE-источников, которые поддерживают эти стандарты, это интеллектуальная схема работы. Она позволяет избежать порчи оборудования, продлить срок его службы, сэкономить потребляемую энергию.

Прежде чем подать питание на подключенное устройство, активный PoE-источник (коммутатор или адаптер) стандарта 802.3af/at проводит согласование с ним и устанавливает:

1. Поддерживает ли подключенное устройство технологию питания по витой паре. Если нет, электричество по сетевому кабелю подаваться не будет.
2. Какое напряжение необходимо устройству. PoE-источник установит его класс питания и подаст соответствующее напряжение на порт.
3. Включено ли вообще устройство (потребляет ли оно электроэнергию). Если нет, подача питания по кабелю прекращается.
4. Не произошла ли перегрузка питаемого устройства. Если да, подача питания прекращается.

Параметры

Характеристика	Стандарт 802.3af	Стандарт 802.3at (PoE+, PoE plus)
Диапазон напряжения постоянного тока на питаемом устройстве	от 36 до 57 V (номинальное 48V)	от 42,5 до 57 V
Диапазон напряжения, выдаваемого источником	от 44 до 57 V	от 50 до 57 V
Максимальная мощность PoE-источника	15,4 Вт	30 Вт
Максимальная мощность, получаемая PoE-потребителем	12,95 Вт	25,50 Вт
Максимальный ток	350 mA	600 mA
Максимальное сопротивление кабеля	20 Ом (для cat.3)	12,5 Ом (для cat.5)
Классы питания	0-3	0-4

Классы питания

Самым распространенным является 1 класс питания.

Класс	Стандарт	Мощность на порт, Вт	Мощность на устройство, Вт
0	802.3af/802.3at	15,4	0,44 — 12,95
1	802.3af/802.3at	4,5	0,44 — 3,84
2	802.3af/802.3at	7	3,84 — 6,49
3	802.3af/802.3at	15,4	6,49 — 12,95
4	802.3at	30	12,95 — 25,5

Passive PoE

Этот тип PoE — удешевленный аналог международных стандартов питания по витой паре. Как мы уже говорили выше, полноценная реализация 802.3af/802.3at сложна и повышает стоимость устройства. Поэтому производители сетевого оборудования эконом-сегмента используют вместо них в своей продукции пассивное питание по витой паре.

Его особенность в том, что источник Passive PoE не опрашивает питаемое устройство и не согласовывает мощность. По свободным проводникам витой пары просто подается постоянное напряжение. Поэтому, если соединить источник PoE и потребитель, несовместимые друг с другом, оборудование может сгореть: сразу или через некоторое время, в результате постоянного перегрева и подгорания плат.

Некоторые производители дополняют технологию Passive PoE полезными функциями. Например, PoE out в устройствах MikroTik способно определять, подключено ли к питаемому порту устройство, выявлять, нет ли перегрузки или короткого замыкания. Кроме того, функциями PoE на большинстве устройств MikroTik можно управлять: включать, отключать их на портах, менять режим и т. п. Речь, конечно идет не о простеньких PoE-шнурах, а о реализации PoE в роутерах, коммутаторах и другом оборудовании производителя.

Источники Passive PoE довольно широко варьируются по напряжению, мощности, силе тока. Чаще всего производители выпускают их под свое оборудование, поэтому в каждом отдельном случае нужно подбирать PoE-источник под конкретные потребности.

Типы распиновки

Для стандарта 802.3af

Тип А. И электричество, и данные подаются по жилам 1, 2, 3, 6. Жилы 5, 7, 8 не используются.

Тип B. Для подачи электропитания используются жилы 4, 5, 7, 8. Данные передаются по остальным.

Для стандарта 802.3at

Применяется только тип B. Использование распиновки типа A запрещено стандартом.

Для Passive PoE:

В большинстве случаев подача электропитания осуществляется по проводникам 4, 5, 7, 8 (как в типе B стандарта 802.3af).

(картинка увеличивается по клику).

Существует также распиновка по третьему типу, когда для подачи питания задействуются все жилы стандартного четырехпарного кабеля, но она встречается реже, обычно в фирменных реализациях PoE, например, UPOE от Cisco.

Если с обеих сторон сети вы устанавливаете оборудование с поддержкой стандартов 802.3af/802.3at, то тип распиновки, фактически не имеет значения, так как устройство-потребитель PoE по стандарту может работать с любой из них. Однако если речь идет о совмещении оборудования разных стандартов, это может быть важным.

Кабель для PoE

От качества кабеля напрямую зависит качество PoE, и то, на какую расстояние его можно провести. Витую пару необходимо подбирать:

• четырехпарную, не ниже cat.5e,
• медную, а не омедненную (не биметалл),
• с толщиной проводников не менее 0,51 мм (24 AWG),
• с сопротивлением проводников не выше 9,38 Ом/100 м (более высокие значения способствуют большей потери мощности в кабеле),
• хорошего производителя.

Отлично подойдут для линка с PoE, к примеру:

• Одескабель неэкранированный наружный.
• Одескабель экранированный внутренний. Возможность использования экранированного кабеля нужно уточнять по спецификациям производителя. Например, PoE стандарта 802.3af/802.3atв некоторых моделях MikroTik возможно только с неэкранированной витой парой.

Длина PoE

Согласно стандартов 802.3af и 802.3at длина кабеля для PoE заявляется равной 100 метрам. Однако на практике максимальная длина витой пары PoE зависит от многих факторов, в том числе заранее неизвестных:

• сечения проводников,
• металла проводников,
• количества изгибов на линии,
• наводок, неравномерных характеристик витой пары, перегибов кабеля и пр.

Со скидкой на перегибы и прочее максимальная длина кабеля PoE желательна не более 75 метров. Однако с действительно качественным кабелем, того же Одескабель, к примеру, можно сделать и больший пролет.

Если же мы говорим о Passive PoE, то здесь длина может быть меньше, вплоть до 30-60 метров. Расчет линии надо проводить с учетом:

• какое напряжение нужно питаемому устройству (в том числе при пиковой нагрузке),
• какое напряжение выдает источник,
• каково сопротивление витой пары и, соответственно, каковы будут потери напряжения на линии.

Бюджет мощности PoE

При расчете бюджета PoE нужно:

• Посчитать общую мощность всех потребителей PoE на линии. Подсчет необходимо производить по пиковой нагрузке, с учетом все работающих модулей оборудования.
• Соответственно мощности потребителей подобрать PoE-источник, обратив внимание на мощность отдельных портов (какое устройство к какому порту вы будете подключать?) и суммарную мощность источника (не превышает ли ее общая мощность потребителей?) При этом желательно, чтобы при расчете мощность PoE-источника (коммутатора, роутера) не использовалась более чем на 75% (закладываем резерв). Если линия планирует использоваться не один год, нужно понимать. что со временем выдаваемая источником PoE мощность будет снижаться, потери могут составлять до 10% в год.
• Просчитать потери мощности от источника до потребителя. Главный фактор, от которого они зависят — это сопротивление проводников. Помимо значений по умолчанию, необходимо взять в расчет также и то, что сопротивление проводника повышается при нагреве, а значит, если кабель проложен в помещении с повышенной температурой, или находится под воздействием солнечных лучей, устройство на конце линии будет получать гораздо меньшую мощность, чем в теории.

Надеемся, что информация была вам полезной 🙂

Статья может со временем дополняться новыми сведениями.

Источник