Lucero Artemio, chef de produit senior
Qu'est-ce que l'alimentation par Ethernet dans les réseaux ?
Power over Ethernet (PoE) est une technologie innovante qui transmet l'alimentation électrique via un câble Ethernet à paire torsadée aux appareils alimentés. Utilisé dans les maisons, les bureaux et les écoles, il permet à un câble RJ45 de fournir une connexion de données et une alimentation électrique à ces autres appareils au lieu d'un câble séparé pour chacun.
PoE est l'une des technologies de mise en réseau les plus rentables disponibles. Il permet aux professionnels d'installer des équipements distants ou externes sans se connecter à l'alimentation secteur et peut fournir de l'énergie à plusieurs endroits sans avoir à installer des câbles ou des prises électriques supplémentaires à chaque endroit. PoE (Power over Ethernet) permet également aux entreprises d'étendre plus facilement leurs réseaux et de réagir plus rapidement.
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Classes d'alimentation sur Ethernet Standard
IEEE 802.3af-2003 norme est communément appelée "PoE". Il définit les classes PoE 0-3, avec une puissance maximale à PD de 12.95 W.
IEEE 802.3at-2009 norme est communément appelée "PoE+" or "PoE Plus", et il s'agit de la dernière mise à jour de la norme IEEE 802.3af-2003 "PoE". Il définit les classes PoE 0-4, où les classes 0-3 sont incorporées à partir de l'ancienne norme 802.3af "PoE" sous "Type 1", et "Type 2" inclut uniquement la classe 4 avec une puissance maximale à PD de 25.5 W.
IEEE 802.3bt-2018 est appelé "4PPoE". Il incorporait les classes 0 à 4 des normes antérieures et ajoutait le "Type 3" (classes 5-6) et le "type 4" (classes 7-8), avec une puissance maximale à PD de 71.3 W.
Type PoE 1
Nom: PoE, PoE 2 paires
Standard: IEEE 802.3af
Puissance maximale des ports: 15.4W
»PoE» a été initialement conçu pour alimenter des appareils à faible consommation tels que les téléphones IP. En 2003, IEEE 802.3af a été normalisé pour utiliser deux des quatre paires torsadées de fils dans les câbles Ethernet Cat3 standard (à l'époque). IEEE 802.3af fournit jusqu'à 12.95 W aux appareils alimentés à 37 V-57 V. Il y a une certaine perte, donc un port de commutateur PoE est généralement évalué à 15.4 W et entre 44 V et 57 V. Parmi les exemples d'appareils pouvant être pris en charge par PoE Type 1 figurent les caméras de surveillance statiques, les points d'accès sans fil et les téléphones VoIP.
Type PoE 2
Nom: PoE+, PoE 2 paires
Standard: IEEE 802.3at
Puissance maximale des ports: 30W
PoE+ ou la norme Ethernet IEEE 802.3at, publiée par l'Institute of Electrical and Electronics Engineers en 2009. Il fournit jusqu'à 30 W de puissance au niveau du port via un câble Ethernet à paire torsadée et jusqu'à 25.5 W de puissance pour chaque appareil. Il connecte des appareils plus puissants à un réseau, tels que des caméras PTZ, des téléphones IP vidéo et des systèmes d'alarme. Cependant, comme il est rétrocompatible, il peut prendre en charge les types de périphériques généralement pris en charge par PoE Type 1 et les périphériques pris en charge par PoE Type 2.
Type PoE 3
Nom: PoE++, PoE 4 paires, PoE 4P, Ultra PoE
Standard: IEEE 802.3bt
Puissance maximale des ports: 60W
Également connu sous le nom de PoE à 4 paires, 4PPoE, PoE++ ou Ultra PoE, le PoE de type 3 utilise les quatre paires dans un câble en cuivre à paire torsadée pour alimenter le PD, contrairement aux types 1 et 2, qui n'utilisent que deux paires. Ce niveau supérieur de PoE est conforme à la norme IEEE 802.3bt, qui est sortie en 2011. Il fournit jusqu'à 60 W de puissance à chaque port PoE et jusqu'à 51 W de puissance à chaque appareil. Ces niveaux supérieurs de dispositifs de prise en charge de l'alimentation comprennent des points d'accès sans fil multi-radio, des caméras PTZ, des dispositifs de gestion de bâtiment et des équipements de visioconférence. Il prend en charge les câbles Cat5 ou mieux.
Type PoE 4
Nom: PoE haute puissance, PoE++
Standard: IEEE 802.3bt
Puissance maximale des ports: 100W
Communément appelé PoE haute puissance, le PoE de type 4 offre les capacités de puissance les plus élevées de tous les types PoE existants. Ce type PoE permet de répondre aux besoins croissants en énergie des périphériques réseau et de l'IoT. Conforme à la dernière norme IEEE 802.3bt, le PoE de type 4 fournit 90 W de puissance à partir du PSE et jusqu'à 70 W de puissance d'entrée au niveau du PD pour chaque appareil. Cependant, il a le potentiel de fournir un maximum de 100 W de puissance par port si nécessaire. En raison des grandes quantités d'énergie qu'il produit, le PoE de type 4 peut prendre en charge des appareils extrêmement gourmands en énergie tels que les ordinateurs portables et les écrans plats.
Power over Ethernet Types d'EPS
Il existe trois principaux types de PSE (Power Source Equipment) en usage aujourd'hui ; tous sont compatibles avec les câbles Cat5e ou de catégorie supérieure. Le type de PSE est choisi en fonction de l'infrastructure existante et du nombre d'appareils PoE connectés.
- Commutateur réseau et convertisseur de média fibre
Un commutateur Power over Ethernet (PoE) est un appareil qui peut alimenter des appareils via un câble Ethernet. Il peut être utilisé pour alimenter des appareils tels que des téléphones IP, des points d'accès sans fil et des caméras de sécurité. UN Commutateur PoE peut également être utilisé pour connecter des appareils qui ne sont pas compatibles PoE à l'aide d'un injecteur PoE.
A Convertisseur de média fibre PoE combine l'alimentation et les données sur un seul câble offrant une connectivité cuivre-fibre tout en fournissant l'alimentation au PD. Le convertisseur de média PoE offre une voie économique pour étendre la distance de transmission d'un réseau existant.
Figures 2 et 3, commutateur PoE et convertisseur de média PoE
- Injecteur à port unique (Midspan)
Un injecteur PoE à port unique (Midspan) est conçu en ligne avec un câble Ethernet pour alimenter un appareil. Il convient aux applications où vous n'avez pas assez d'appareils Ethernet poe ou si les données doivent être transmises sur une longue distance avant d'être reconverties en câblage en cuivre, puis de mettre sous tension.
L'inconvénient de l'utilisation d'un injecteur PoE à port unique est la nécessité d'une prise secteur pour fonctionner et la tendance à devenir coûteuse lorsque plusieurs appareils nécessitent de l'énergie.
Négociation d'alimentation sur Ethernet
La négociation Power over Ethernet (PoE) est le processus permettant de déterminer si et combien d'énergie doit être fournie à un appareil via un câble Ethernet. Cela se fait généralement via un protocole de signalisation spécial entre la source d'alimentation (généralement un commutateur PoE) et l'appareil qui doit être alimenté (appelé PD ou Powered Device). Si le commutateur PoE et le PD prennent en charge la même norme PoE (telle que IEEE 802.3at), ils peuvent alors négocier pour fournir au PD la puissance maximale spécifiée par cette norme. Cependant, si le commutateur PoE et le PD ne prennent pas en charge la même norme, ils doivent négocier pour fournir au PD une puissance inférieure. La négociation PoE vise à garantir que seule la puissance nécessaire est fournie au PD. Cela permet d'éviter les problèmes potentiels tels que les surcharges et les risques électriques. Cela permet également d'économiser de l'énergie, car les appareils qui n'ont pas besoin de beaucoup d'énergie peuvent être alimentés par des normes PoE à faible puissance.
La négociation comprend trois étapes : la découverte, la classification et l'exploitation.
Découverte
Le PSE laisse le port Ethernet hors tension et vérifie périodiquement si quelque chose a été branché. La basse tension utilisée lors de la détection est peu susceptible d'endommager un appareil non conçu pour l'alimentation par Ethernet. Lorsqu'un PD est connecté au port du PSE, le PSE le détecte et passe à l'étape de classification.
PoE Classification
La classification est le processus par lequel le PSE détermine si l'appareil connecté a besoin d'alimentation et, le cas échéant, de quelle classe d'alimentation PoE il a besoin. La classification peut se produire sous une forme à 1 ou 2 événements, selon la classe PoE du PD.
Classification à 1 événement – pour les PD de 802.3af/at Classe 0-3
PSE envoie une impulsion de tension unique au PD, lit la valeur actuelle sur le fil, vérifie à quelle classe PoE cette valeur actuelle correspond et fournit l'alimentation en conséquence. Si le PD renvoie des valeurs de classe 1, 2 ou 3, le PSE fournit une alimentation de classe 1, 2 ou 3, respectivement. Si PD renvoie une valeur de classe 0, une alimentation de classe 3 est fournie.
Figure 5 : Classement à 1 événement
Classification à 2 événements - pour les PD de 802.3at Classe 4
Lorsque le PD est identifié comme un appareil de classe 4, le PSE utilise un deuxième événement pour vérifier que le PD a vraiment besoin d'un niveau de puissance plus élevé. Ce deuxième événement peut être l'une des deux méthodes suivantes :
Classification à 2 événements basée sur le matériel
PSE effectue d'abord une classification à 1 événement comme décrit ci-dessus. S'il lit la valeur de courant de classe 4 à partir du PD, il ne fournit qu'une alimentation de classe 3 et répète l'impulsion de tension pour la deuxième fois. Si après ce 2e événement, il est confirmé que le PD est de classe 4, le PSE fournit une alimentation de classe 4 au PD.
Classification LLDP basée sur logiciel
PSE effectue d'abord une classification à 1 événement comme décrit ci-dessus. S'il lit la valeur de courant de classe 4 à partir du PD, il ne fournit qu'une alimentation de classe 3 et demande confirmation au PD via le protocole LLDP de couche 2 pour savoir si le PD est bien de classe 4. Si après ce 2e événement, il est confirmé que le PD est de classe 4, le PSE fournit une alimentation de classe 4 au PD.
Prise en charge de la classification à 2 événements
La norme IEEE 802.3at définit que les PD de classe 4 doivent prendre en charge à la fois la classification matérielle à 2 événements et la classification logicielle LLDP, tandis que le PSE ne doit en prendre en charge qu'un mais peut prendre en charge les deux. Les injecteurs PoE+ ne prennent généralement en charge que le tri matériel à 2 événements. De nombreux commutateurs PoE+ prennent en charge les deux méthodes.
Calcul du budget d'alimentation PoE
Le calcul du budget de puissance pour un réseau Power over Ethernet (PoE) peut être délicat. Il y a beaucoup de facteurs à prendre en compte, et si vous ne faites pas attention, vous pouvez facilement finir par dépenser trop pour votre alimentation. Pour vous aider à calculer votre budget d'alimentation PoE, nous avons élaboré ce guide pratique. Nous vous guiderons à travers tous les facteurs que vous devez prendre en compte et vous montrerons comment utiliser notre calculateur de budget d'alimentation PoE gratuit.
Étape 1 : Additionnez la demande de PoE en watts
La demande de puissance totale attendue de tous vos PD doit être calculée. Il doit inclure la puissance maximale et les limites supérieures pour chaque classification de DP. Tout appareil non spécifié doit être considéré comme classe 0.
Par exemple, les appareils IEEE802.3af peuvent consommer 9 watts ; cependant, comme il s'agit d'appareils de classe 0, vous pouvez supposer qu'ils consomment 15.4 watts.
Arrondissez le nombre de temps en temps afin que le câble utilisé pour connecter le commutateur PD et PoE ne s'use pas trop rapidement.
Par exemple, une caméra IP IEEE802.3at classe 4 typique consomme 25.5 watts. Cette ronde de plus de 30 watts vous offre une mémoire tampon en cas de perte inévitable entre le commutateur PoE et votre appareil.
L'une des considérations les plus importantes lors du choix d'un budget d'alimentation PoE est de s'assurer qu'il y a des ports disponibles dans votre conception. N'oubliez pas qu'avoir au moins un port libre sur le périphérique PD peut être pratique à des fins de diagnostic ou de dépannage. Et certains clients peuvent même vouloir des ports supplémentaires pour leur offrir la possibilité d'ajouter plus de périphériques PD à l'avenir. Mais ne vous inquiétez pas - tant que vous sélectionnez les appareils PD appropriés et que vous les intégrez correctement, la prise en compte des ports de rechange n'est pas nécessaire dans le cadre du calcul du budget d'alimentation PoE.
Étape 2 : Adaptation à l'environnement d'exploitation
Si vous effectuez un calcul du bilan de puissance, vous devez tenir compte des conditions environnementales.
La vitesse à laquelle une alimentation électrique est conçue pour perdre sa capacité au fil du temps dépendra des conditions dans lesquelles elle est utilisée. La société affirme que dans des conditions favorables ou contrôlées, vous pouvez vous attendre à ce que les performances à long terme d'une alimentation électrique soient de 70 % de sa valeur nominale. Dans ce type d'environnement, vous devez diviser la puissance totale de la première étape par 0.7.
Chaque partie de l'alimentation est conçue pour résister à la chaleur, au froid et à l'humidité. Cependant, ces facteurs peuvent modifier les performances et la durée de vie. Divisez la puissance totale de la première étape par 0.6 pour ce type de réglage.
Les installations électriques fonctionnant dans des conditions extrêmes nécessitent souvent des équipements de qualité industrielle. La série Fiberroad Industrial PoE, par exemple, est une alimentation DC 48VDC conçue pour résister à des années d'exposition à des niveaux élevés de bruit et de vibrations sur le terrain.
Prenez ce scénario difficile, par exemple :
L'interrupteur et l'alimentation électrique seront installés dans un boîtier métallique exposé au soleil direct, sur un site du nord-est des États-Unis. En hiver, la température à l'intérieur de l'enceinte peut descendre jusqu'à –10 °F/–24 °C. Et en été, elle peut atteindre 140°F/60°C. Compte tenu de cette inflexion avec la température, nous nous attendons à ce que l'alimentation fonctionne à 60 % de sa capacité.
Afin de calculer l'alimentation dont vous avez besoin, vous devez savoir combien d'énergie votre ordinateur consommera au total. Si l'équation actuelle est X et que la baisse de performance à long terme prévue est de 50 %, multipliez simplement X par 0.5.
Étape 3 : Sélectionnez la source d'alimentation
Lors de l'examen des besoins de votre alimentation PoE, il est important de prendre en compte la quantité d'énergie nécessaire et l'environnement. Nous avons fourni des cotes commençant à 30 watts et allant jusqu'à 720 watts.
Câblage d'alimentation par Ethernet
Dans les réseaux modernes, les dispositifs électroniques de puissance alimentent les PD via le même câblage que celui utilisé pour les données. Cat5e ou un câble de catégorie supérieure convient aux appareils conformes aux normes IEEE 802.3af et IEEE 802.3at.
Tout câble Ethernet reliant le commutateur réseau PoE au PD ne doit pas mesurer plus de 328 mètres de long, même si un appareil intermédiaire est situé sur la ligne. L'injecteur PoE à mi-portée doit être considéré comme une connexion de panneau de brassage. Si 328 pieds sont dépassés, la fourniture d'énergie et la communication de données peuvent être affectées négativement.
Néanmoins, AI Extend devient de plus en plus populaire parmi les appareils Power over Ethernet, qui peuvent étendre la distance PoE jusqu'à 250 m. La série Fiberroad AI Power over Ethernet prend en charge cette fonction par commutateur DIP, chaque fois qu'elle est activée selon les besoins. La fonction AI Extend convient aux situations où votre source d'alimentation est trop éloignée. Cependant, cette limitation de bande passante doit être prise en compte.
| 10 / 100BASE-TX (802af/at, Mode A) |
10 / 100BASE-TX (802.3af/at, mode B) |
1000BASE-TX (802.3af/at, mode A) |
1000BASE-TX (802.3af/at, mode B) |
1000BASE-TX (802.3bt) |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pin | Données | Puissance | Données | Puissance | Données | Puissance | Données | Puissance | Données | Puissance |
| 1 | Réception + | CC + | Réception + | TxRx A + | CC + | TxRx A + | TxRx A + | CC + | ||
| 2 | Rx- | CC + | Rx- | TxRx A – | CC + | TxRx A – | TxRx A – | CC + | ||
| 3 | Transmission + | DC - | Transmission + | TxRxB + | DC - | TxRxB + | TxRxB + | DC - | ||
| 4 | Inutilisé | CC + | TxRxC + | TxRxC + | CC + | TxRxC + | CC + | |||
| 5 | Inutilisé | CC + | TxRxC – | TxRxC – | CC + | TxRxC – | CC + | |||
| 6 | Tx– | DC - | Tx– | TxRxB – | DC - | TxRxB – | TxRxB – | DC - | ||
| 7 | Inutilisé | DC - | TxRx D + | TxRx D + | DC - | TxRx D + | DC - | |||
| 8 | Inutilisé | CC- | TxRxD – | TxRxD – | DC - | TxRxD – | DC - | |||
Tableau 2 : Données du port LAN et brochage de l'alimentation
Notes:
- L'alimentation ne doit être appliquée que dans un mode à la fois, et le PSE prend cette décision. Le PSE peut prendre en charge le mode A ou B, ou les deux. En règle générale, la méthode sélectionnée n'est pas une préoccupation pour un utilisateur final car c'est une exigence des normes IEEE 802.3af/at que tous les PD doivent prendre en charge les deux modes.
- Avec le mode B, la technique d'alimentation fantôme permet aux paires alimentées de transporter également des données en Ethernet 10/100 Mbit/s.
- Les modes A et B sont pris en charge dans Gigabit Ethernet. La technique d'alimentation fantôme est utilisée pour les deux modes, comme dans Gigabit Ethernet, les quatre paires sont utilisées pour la transmission de données.
- IEEE 802.3bt "4PPoE" utilise toutes les paires pour fournir de l'énergie en Gigabit Ethernet, d'où le nom de la norme - 4PPoE ("4-pair Power over Ethernet").