Окончателното ръководство за захранване през Ethernet

Какво е захранване през Ethernet в мрежата?

Захранването през Ethernet (PoE) е иновативна технология, която предава електрическо захранване през Ethernet кабел с усукана двойка към захранвани устройства. Използван в домове, офиси и училища, той позволява един RJ45 кабел да осигури връзка за данни и електричество на тези други устройства вместо отделен кабел за всяко.

PoE е една от най-рентабилните налични мрежови технологии. Той позволява на професионалистите да инсталират дистанционно или външно оборудване, без да се свързват към променливотоково захранване и може да доставя захранване на няколко места, без да се налага да инсталирате допълнителни електрически кабели или контакти на всяко място. PoE (Power over Ethernet) също улеснява компаниите да разширяват своите мрежи и да реагират по-бързо.

Избор на правилното решение за захранване през Ethernet

Надстройте вашата мрежова инфраструктура с нашия мощен Gigabit PoE Fiber Media Converter. Нашата авангардна технология осигурява светкавично бърз трансфер на данни по оптично влакно, като същевременно осигурява до 30 W мощност на свързаните устройства, като ви дава спокойствие, знаейки, че вашата мрежа работи с максимална ефективност. Доверете ни се, няма да искате да пропуснете това устройство, променящо играта!

Идеалното решение за вашите енергоемки устройства, нашият 24-портов гигабитов неуправляем PoE превключвател осигурява надеждна и светкавично бърза свързаност, без да се налага да управлявате сложни конфигурации. Проектиран с мисълта за мрежовите инженери, този превключвател е готов да се справи дори с най-взискателните натоварвания с лекота.

Надстройте вашата бизнес мрежа с нашия 24-портов управляван PoE комутатор – най-доброто решение за захранване на множество устройства с лекота. Със стабилна и надеждна Ethernet свързаност, този комутатор е задължителен за мрежовите инженери, които искат да подобрят възможностите на своята система. Доверете ни се, за да осигурим безпроблемен и ефективен източник на захранване за вашите безжични точки за достъп, IP камери, VoIP телефони и визуални домофони!

Неуправляваните/управлявани индустриални PoE комутатори на Fiberroad са най-доброто решение за мрежовите инженери, които търсят надеждни и здрави комутатори. С широка гама от налични опции вие със сигурност ще намерите идеалното решение за нуждите на вашата индустриална мрежа. Доверете се на качеството и експертизата на Fiberroad, за да осигурите несравнима производителност, която поддържа вашата мрежа да работи с максимална ефективност.

Класове захранване през Ethernet Standard

IEEE 802.3af-2003 стандартът е известен като „PoE“. Той определя PoE класове 0-3, като максималната мощност при PD е 12.95 W.

IEEE 802.3at-2009 стандартът е известен като „PoE+“ or „PoE Plus“, и това е по-късната актуализация на стандарта IEEE 802.3af-2003 „PoE“. Той определя PoE класове 0-4, където класове 0-3 са включени от по-стария стандарт 802.3af „PoE“ под „Тип 1“, а „Тип 2“ включва само клас 4 с максимална мощност при PD, която е 25.5 W.

IEEE 802.3bt-2018 е кръстен „4PPoE“. Той включва класове 0-4 от по-ранните стандарти и добавя „Тип 3“ (Класове 5-6) и „Тип 4“ (Класове 7-8), като максималната мощност при PD е 71.3 W.

PoE Тип 1

Име: PoE, 2 чифта PoE

Standard: IEEE 802.3af

Максимална мощност на порта: 15.4W

"PoE" първоначално е проектиран да захранва устройства с ниска мощност като IP телефони. През 2003 г. IEEE 802.3af беше стандартизиран за използване на две от четирите усукани двойки кабели в стандартни (по това време) Cat3 Ethernet кабели. IEEE 802.3af осигурява до 12.95 W за захранвани устройства при 37V-57V. Има известна загуба, така че портът на PoE превключвател обикновено се оценява на 15.4 W и между 44 V-57 V. Примери за устройства, които PoE тип 1 може да поддържа, включват статични камери за наблюдение, безжични точки за достъп и VoIP телефони.

PoE Тип 2

Име: PoE+, 2 чифта PoE

Standard: IEEE 802.3at

Максимална мощност на порта: 30W

PoE+ или IEEE 802.3at Ethernet стандарт, който Институтът на инженерите по електротехника и електроника пусна през 2009 г. Той доставя до 30 W мощност на ниво порт през Ethernet усукана двойка и до 25.5 W мощност към всяко устройство. Той свързва устройства с по-висока мощност към мрежа, като PTZ камери, видео IP телефони и алармени системи. Въпреки това, тъй като е обратно съвместим, той може да поддържа типовете устройства, обикновено поддържани от PoE тип 1, и устройствата, поддържани от PoE тип 2.

PoE Тип 3

Име: PoE++, 4 чифта PoE, 4P PoE, Ultra PoE

Standard: IEEE 802.3bt

Максимална мощност на порта: 60W

Известно също като 4-чифтово PoE, 4PPoE, PoE++ или Ultra PoE, тип 3 PoE използва всичките четири двойки в меден кабел с усукана двойка, за да достави захранване към PD – за разлика от тип 1 и 2, които използват само две двойки. Това по-високо ниво на PoE се придържа към стандарта IEEE 802.3bt, който излезе през 2011 г. То осигурява до 60 W мощност за всеки PoE порт и до 51 W мощност за всяко устройство. Тези по-високи нива на устройства за поддържане на мощност включват точки за безжичен достъп с множество радиостанции, PTZ камери, устройства за управление на сгради и оборудване за видеоконференции. Поддържа кабели Cat5 или по-добри.

PoE Тип 4

Име: High-Power PoE, PoE++

Standard: IEEE 802.3bt

Максимална мощност на порта: 100W

Обикновено известен като Higher-Power PoE, тип 4 PoE предлага най-високите мощностни възможности от всички съществуващи типове PoE. Този тип PoE помага да се задоволят нарастващите изисквания за мощност на мрежовите устройства и IoT. В съответствие с най-новия стандарт IEEE 802.3bt, тип 4 PoE доставя 90 W мощност от PSE и до 70 W входна мощност при PD за всяко устройство. Въпреки това, той има потенциал да достави максимум 100 W мощност на порт, ако е необходимо. Поради големите количества мощност, които произвежда, тип 4 PoE може да поддържа изключително енергоемки устройства като лаптопи и плоски екрани.

Захранване по Ethernet Типове PSE

Днес се използват три основни вида PSE (оборудване за източник на енергия); всички са съвместими с кабел Cat5e или по-висока категория. Типът PSE се избира въз основа на съществуващата инфраструктура и броя на свързаните PoE устройства.

  • Мрежов превключвател и оптичен медиен конвертор

Превключвателят за захранване през Ethernet (PoE) е устройство, което може да захранва устройства чрез Ethernet кабел. Може да се използва за захранване на устройства като IP телефони, безжични точки за достъп и охранителни камери. А PoE превключвател може също да се използва за свързване на устройства, които не са PoE-съвместими, чрез използване на PoE инжектор.

A PoE Fiber Media Converter комбинира захранване и данни на един кабел, предлагащ свързаност мед към влакно, като същевременно осигурява захранване към PD. PoE медиен конвертор предлага икономичен път за разширяване на разстоянието на предаване на съществуваща мрежа.

Power over Ethernet PSE типове
Power over Ethernet PSE типове

Фигури 2 и 3, PoE комутатор и PoE медиен конвертор

  • Еднопортов инжектор (среден размах)

Еднопортов PoE инжектор (Midspan) е проектиран в съответствие с Ethernet кабел, за да осигури захранване на едно устройство. Той е подходящ за приложения, при които нямате достатъчно Poe Ethernet устройства или ако данните трябва да бъдат предадени на голямо разстояние, преди да бъдат преобразувани обратно в медни кабели и след това да се приложи захранване.

Недостатъкът на използването на PoE инжектор с един порт е изискването за работа на електрически контакт и тенденцията да става скъпо, когато повече от няколко устройства изискват захранване.

Инжектор за захранване през Ethernet
Фигура 4: Инжектор с един порт

Захранване през Ethernet преговори

Договарянето на захранване през Ethernet (PoE) е процес на определяне дали и колко мощност трябва да бъде предоставена на устройство през Ethernet кабел. Това обикновено се извършва чрез специален протокол за сигнализиране между източника на захранване (обикновено PoE превключвател) и устройството, което трябва да получи захранване (известно като PD или Powered Device). Ако и PoE превключвателят, и PD поддържат един и същ PoE стандарт (като IEEE 802.3at), тогава те могат да преговарят да осигурят на PD максималното количество мощност, определено от този стандарт. Въпреки това, ако PoE превключвателят и PD не поддържат един и същ стандарт, те трябва да преговарят, за да осигурят на PD по-ниско количество мощност. Договарянето на PoE има за цел да гарантира, че на PD се предоставя само толкова мощност, колкото е необходима. Това помага да се избегнат потенциални проблеми като претоварване и електрически опасности. Той също така помага за пестенето на енергия, тъй като устройства, които не се нуждаят от много енергия, могат да бъдат захранвани от стандарти за PoE с по-ниска мощност.

Преговорите се състоят от три етапа: откриване, класифициране и експлоатация.

Откритие

PSE оставя Ethernet порта без захранване и периодично проверява дали нещо е включено. Ниското напрежение, използвано по време на откриването, е малко вероятно да повреди устройство, което не е проектирано за захранване през Ethernet. Когато PD е свързан към порта на PSE, PSE открива това и продължава към етапа на класификация.

PoE Класификация

Класификацията е процесът, чрез който PSE определя дали свързаното устройство изисква захранване, ако е така, какъв клас PoE захранване изисква. Класификацията може да се извърши под формата на 1 събитие или 2 събития, в зависимост от PoE класа на PD.

Класификация на 1 събитие – за PD от 802.3af/при клас 0-3

PSE изпраща единичен импулс на напрежение към PD, чете текущата стойност на проводника, проверява на кой PoE клас съответства тази текуща стойност и съответно осигурява мощност. Ако PD върне стойности от клас 1, 2 или 3, PSE предоставя съответно мощност от клас 1, 2 или 3. Ако PD върне стойност от клас 0, се подава мощност от клас 3.

Захранване през Ethernet преговори

Фигура 5: Класификация на 1 събитие

Класификация на 2 събития – за PD от 802.3at Class 4

Когато PD бъде идентифициран като устройство от клас 4, PSE ще използва второ събитие, за да провери дали PD наистина се нуждае от по-високо ниво на мощност. Това второ събитие може да бъде един от следните два метода:

Хардуерно базирана класификация на 2 събития

PSE първо извършва класификация на 1 събитие, както е описано по-горе. Ако прочете стойността на тока от клас 4 от PD, той доставя само мощност от клас 3 и повтаря импулса на напрежението за втори път. Ако след това второ събитие се потвърди, че PD е клас 2, PSE осигурява мощност от клас 4 на PD.

Софтуерно базирана LLDP класификация

PSE първо извършва класификация на 1 събитие, както е описано по-горе. Ако прочете текущата стойност от клас 4 от PD, той доставя само мощност от клас 3 и изисква потвърждение от PD чрез протокол LLDP на ниво 2 дали PD наистина е клас 4. Ако след това 2-ро събитие се потвърди, че PD е Клас 4, PSE осигурява мощност от клас 4 на PD.

Захранване през Ethernet преговори
Фигура 6: Хардуерна и софтуерна класификация


Поддръжка на класификация на 2 събития

Стандартът IEEE 802.3at определя, че Class 4 PD трябва да поддържа както хардуерно базирана 2-събитийна, така и софтуерно базирана LLDP класификация, докато PSE трябва да поддържа само една, но може да поддържа и двете. PoE+ инжекторите обикновено поддържат само хардуерно базирано сортиране с 2 събития. Много PoE+ комутатори поддържат и двата метода.

Захранване през Ethernet преговори
Фигура 7: Поддръжка за класифициране на 2 събития

Изчисляване на бюджета на PoE захранването

Изчисляването на енергийния бюджет за Power over Ethernet (PoE) мрежа може да бъде трудно. Има много фактори, които трябва да вземете предвид и ако не внимавате, лесно можете да преразходите на вашето захранване. За да ви помогнем да изчислите бюджета си за захранване на PoE, сме съставили това удобно ръководство. Ще ви преведем през всички фактори, които трябва да вземете предвид, и ще ви покажем как да използвате нашия безплатен бюджетен калкулатор за PoE мощност.

Стъпка 1: Добавете търсенето на PoE във ватове

Трябва да се изчисли общото очаквано потребление на мощност от всички ваши PD. Той трябва да включва максималната мощност и горните граници за всяка класификация на PD. Всички неспецифицирани устройства трябва да се считат за клас 0.

Например устройства IEEE802.3af могат да консумират 9 вата; но тъй като те са устройства от клас 0, можете да приемете, че консумират 15.4 вата.

От време на време закръглете числото нагоре, така че кабелът, използван за свързване на PD и PoE превключвателя, да не се износва твърде бързо.

Например типична IP камера IEEE802.3at Class 4 консумира 25.5 вата. Този кръг от 30+ вата ви дава буфер, ако има неизбежна загуба между PoE комутатора и вашето устройство.

Едно от най-важните съображения при избора на бюджет за захранване на PoE е да се уверите, че във вашия дизайн има налични портове. Не забравяйте, че наличието на поне един резервен порт на PD устройството може да бъде полезно за целите на диагностика или отстраняване на неизправности. А някои клиенти може дори да искат допълнителни портове, за да им осигурят възможност за добавяне на още PD устройства в бъдеще. Но не се притеснявайте – стига да изберете подходящи PD устройства и да ги интегрирате правилно, отчитането на резервни портове не е необходимо като част от изчислението на бюджета за захранване на PoE.

Стъпка 2: Мащаб за работната среда

Ако извършвате изчисление на енергийния бюджет, трябва да вземете предвид условията на околната среда.

Скоростта, с която едно захранване е проектирано да губи своя капацитет с течение на времето, ще зависи от условията, при които се използва. Компанията казва, че при благоприятни или контролирани условия можете да очаквате дългосрочната производителност на захранването да бъде 70% от неговата оценка. При този тип среда трябва да разделите общата мощност от първа стъпка на 0.7.

Всяка част от захранването е проектирана да бъде устойчива на топлина, студ и влага. Тези фактори обаче могат да променят производителността и живота. Разделете общата мощност от първа стъпка на 0.6 за този вид настройка.

Електрическите инсталации, работещи в екстремни условия, често изискват промишлено оборудване. Серията Fiberroad Industrial PoE, например, е DC 48VDC захранване, което е създадено да издържа години на излагане на високи нива на шум и вибрации на полето.

Вземете например този суров сценарий:

Превключвателят и захранването ще бъдат инсталирани в метална кутия, изложена на пряко слънце, на място в североизточните Съединени щати. През зимата температурата вътре в заграждението може да бъде толкова ниска, колкото –10°F/–24°C. А през лятото може да достигне до 140°F/60°C. Като се има предвид това отклонение от температурата, очакваме захранването да работи с 60% капацитет.

За да изчислите от какво захранване се нуждаете, ще трябва да знаете колко енергия ще черпи компютърът ви общо. Ако текущото уравнение е X и очакваният дългосрочен спад на производителността е 50%, тогава просто умножете X по 0.5.

Стъпка 3: Изберете източник на захранване

Когато обмисляте нуждите на вашето PoE захранване, важно е да вземете предвид необходимото количество мощност и околната среда. Доставили сме мощности, започващи от 30 вата и достигащи до 720 вата.

Захранване през Ethernet кабели

В съвременните мрежи устройствата на силова електроника захранват PD устройствата по същия кабел, който се използва за данни. Cat5e или по-висока категория кабел е подходящ за устройства, съвместими с IEEE 802.3af и IEEE 802.3at.

Всеки Ethernet кабел, минаващ от PoE мрежовия превключвател до PD, не трябва да бъде с дължина не повече от 328 фута, дори ако на линията е разположено устройство със среден обхват. PoE инжекторът в средата на обхвата трябва да се разглежда като връзка с пач панел. Ако 328 фута бъдат надвишени, захранването и предаването на данни могат да бъдат отрицателно повлияни.

Независимо от това, AI Extend става все по-популярен сред Power over Ethernet устройствата, които могат да удължат PoE разстоянието до 250 метра. Серията Fiberroad AI Power over Ethernet поддържа тази функция чрез DIP превключвател, когато е необходимо. Функцията AI Extend е подходяща за ситуации, в които източникът на захранване е твърде далеч. Това ограничение на честотната лента обаче трябва да се знае.

10 / 100BASE-TX
(802af/at, режим A)
10 / 100BASE-TX
(802.3af/at, режим B)
1000BASE-TX
(802.3af/at, режим A)
1000BASE-TX
(802.3af/at, режим B)
1000BASE-TX
(802.3bt)
щифт Дата Захранване Дата Захранване Дата Захранване Дата Захранване Дата Захранване
1 Rx + DC + Rx + TxRx A + DC + TxRx A + TxRx A + DC +
2 Rx – DC + Rx – TxRx A – DC + TxRx A – TxRx A – DC +
3 Tx + DC - Tx + TxRx B + DC - TxRx B + TxRx B + DC -
4 неизползван DC + TxRx C + TxRx C + DC + TxRx C + DC +
5 неизползван DC + TxRx C – TxRx C – DC + TxRx C – DC +
6 Tx – DC - Tx – TxRx B – DC - TxRx B – TxRx B – DC -
7 неизползван DC - TxRx D + TxRx D + DC - TxRx D + DC -
8 неизползван DC TxRx D – TxRx D – DC - TxRx D – DC -

Таблица 2: Данни за Lan Port и Pinout на захранването

Забележки:

  • Захранването трябва да се прилага само в един режим наведнъж и PSE взема това решение. PSE може да поддържа режим A или B, или и двата. Обикновено избраният метод не е проблем за крайния потребител, тъй като е изискване на стандартите IEEE 802.3af/at всички PD да поддържат и двата режима.
  • С режим B техниката на фантомно захранване позволява на захранваните двойки също да пренасят данни в 10/100 Mbit/s Ethernet.
  • И двата режима A и B се поддържат в Gigabit Ethernet. Техниката на фантомното захранване се използва и за двата режима, тъй като в Gigabit Ethernet всичките четири двойки се използват за предаване на данни.
  • IEEE 802.3bt “4PPoE” използва all for pairs за осигуряване на захранване в Gigabit Ethernet, откъдето идва и името на стандарта – 4PPoE (“4-pair Power over Ethernet”).