Power Over Ethernet の決定版ガイド

ネットワークにおける Power over Ethernet とは何ですか?

Power over Ethernet (PoE) は、ツイストペア イーサネット ケーブルを介して受電装置に電力を渡す革新的なテクノロジーです。 家庭、オフィス、学校で使用されることで、それぞれに個別のケーブルを使用するのではなく、45 本の RJXNUMX ケーブルで他のデバイスにデータ接続と電力を供給できるようになります。

PoE は、利用可能なネットワーク テクノロジの中で最もコスト効率の高いものの XNUMX つです。 これにより、専門家は AC 電源に接続せずにリモートまたは外部の機器を設置でき、各場所に追加の電気ケーブルやコンセントを設置することなく、複数の場所に電力を供給できます。 また、PoE (Power over Ethernet) により、企業はネットワークを拡張し、より迅速に対応することが容易になります。

適切な Power Over Ethernet ソリューションの選択

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Power over Ethernet のクラス スタンダード

IEEE 802.3af-2003 標準は一般にとして知られています 「PoE」。 PoE クラス 0 ~ 3 を定義し、PD での最大電力は 12.95 W です。

IEEE 802.3at-2009 標準は一般にとして知られています 「PoE+」 or 「PoEプラス」であり、IEEE 802.3af-2003「PoE」規格のその後のアップデートです。 これは PoE クラス 0 ~ 4 を定義しており、クラス 0 ~ 3 は「タイプ 802.3」の古い 1af「PoE」規格から組み込まれており、「タイプ 2」には PD での最大電力が 4 W のクラス 25.5 のみが含まれています。

IEEE 802.3bt-2018 という名前 「4PPoE」。 以前の標準のクラス 0 ~ 4 を組み込み、「タイプ 3」 (クラス 5 ~ 6) および「タイプ 4」 (クラス 7 ~ 8) を追加し、PD での最大電力は 71.3 W です。

PoE タイプ 1

名前 :PoE、2ペアPoE

スタンダード:IEEE802.3af

最大ポート電力:15.4W

'PoE対応' は当初、IP 電話などの低電力デバイスに電力を供給するために設計されました。 2003 年に、IEEE 802.3af は、標準 (当時) の Cat3 イーサネット配線で 802.3 本のツイストペア線のうちの 12.95 本を使用するように標準化されました。 IEEE 37af は、57V ~ 15.4V で受電デバイスに最大 44W を供給します。 ある程度の損失があるため、PoE スイッチ ポートの定格は通常 57 W、1 V ~ XNUMX V です。 PoE タイプ XNUMX がサポートできるデバイスの例には、静的監視カメラ、ワイヤレス アクセス ポイント、VoIP 電話などがあります。

PoE タイプ 2

名前 :PoE+、2ペアPoE

スタンダード:IEEE802.3at

最大ポート電力:30W

PoE対応+ これは、イーサネット ツイスト ペア ケーブルを介してポート レベルで最大 802.3 W の電力を供給し、各デバイスに最大 2009 W の電力を供給します。 PTZ カメラ、ビデオ IP 電話、警報システムなどの高出力デバイスをネットワークに接続します。 ただし、下位互換性があるため、通常 PoE タイプ 30 でサポートされるデバイスのタイプと、PoE タイプ 25.5 でサポートされるデバイスをサポートできます。

PoE タイプ 3

名前 : PoE++、4ペアPoE、4P PoE、Ultra PoE

スタンダード:IEEE802.3bt

最大ポート電力:60W

4 ペア PoE、4PPoE、PoE++、または Ultra PoE とも呼ばれるタイプ 3 PoE は、ツイストペア銅線ケーブル内の 1 つのペアすべてを使用して PD で電力を供給します。2 つのペアのみを使用するタイプ 802.3 および 2011 とは異なります。 この高レベルの PoE は、60 年に発表された IEEE 51bt 標準に準拠しています。各 PoE ポートに最大 5 W の電力、各デバイスに最大 XNUMX W の電力を供給します。 これらの高レベルの電力サポート デバイスには、マルチ無線ワイヤレス アクセス ポイント、PTZ カメラ、ビル管理デバイス、およびビデオ会議機器が含まれます。 CatXNUMX ケーブル以上をサポートします。

PoE タイプ 4

名前 : 高電力 PoE、PoE++

スタンダード:IEEE802.3bt

最大ポート電力:100W

一般に高電力 PoE として知られるタイプ 4 PoE は、既存のすべての PoE タイプの中で最高の電力機能を提供します。 この PoE タイプは、ネットワーク デバイスと IoT の増大する電力要件を満たすのに役立ちます。 最新の IEEE 802.3bt 規格に準拠したタイプ 4 PoE は、PSE から 90 W の電力を供給し、PD で最大 70 W の入力電力を各デバイスに供給します。 ただし、必要に応じてポートごとに最大 100 W の電力を供給できる可能性があります。 タイプ 4 PoE は大量の電力を生成するため、ラップトップやフラット スクリーンなどの非常に電力を消費するデバイスをサポートできます。

Power over Ethernet PSEの種類

現在使用されている PSE (電源装置) には主に 5 つのタイプがあります。 すべて CatXNUMXe 以上のカテゴリのケーブルと互換性があります。 PSE タイプは、既存のインフラストラクチャと接続されている PoE デバイスの数に基づいて選択されます。

  • ネットワークスイッチとファイバーメディアコンバーター

Power over Ethernet (PoE) スイッチは、イーサネット ケーブル経由でデバイスに電力を供給できるデバイスです。 IP電話、ワイヤレスアクセスポイント、セキュリティカメラなどのデバイスに電力を供給するために使用できます。 あ PoEスイッチ PoE インジェクターを使用して、PoE に準拠していないデバイスを接続するためにも使用できます。

A PoEファイバーメディアコンバーター XNUMX 本のケーブルで電力とデータを結合し、PD に電力を供給しながら銅線とファイバー間の接続を提供します。 PoE メディア コンバータは、既存のネットワークの伝送距離を延長するための経済的なパスを提供します。

Power over Ethernet PSE の種類
Power over Ethernet PSE の種類

図 2 および 3、PoE スイッチおよび PoE メディア コンバータ

  • シングルポートインジェクター(ミッドスパン)

シングルポート PoE インジェクタ (ミッドスパン) は、イーサネット ケーブルと連携して XNUMX つのデバイスに電力を供給するように設計されています。 これは、十分な poe イーサネット デバイスがない場合、またはデータを銅線ケーブルに変換して電力を供給する前に長距離を送信する必要がある場合のアプリケーションに適しています。

シングルポート PoE インジェクタを使用する場合の欠点は、電源コンセントが動作する必要があることと、複数のデバイスが電力を必要とする場合にコストが高くなる傾向があることです。

Power over Ethernet インジェクタ
図 4: シングルポート インジェクター

パワーオーバーイーサネットネゴシエーション

Power over Ethernet (PoE) ネゴシエーションは、イーサネット ケーブル経由でデバイスに電力を供給するかどうか、またその量を決定するプロセスです。 これは通常、電源 (通常は PoE スイッチ) と電力を受け取るデバイス (PD または受電デバイスと呼ばれる) の間の特別な信号プロトコルを通じて行われます。 PoE スイッチと PD の両方が同じ PoE 規格 (IEEE 802.3at など) をサポートしている場合、その規格で指定されている最大量の電力を PD に供給するようにネゴシエートできます。 ただし、PoE スイッチと PD が同じ規格をサポートしていない場合は、より低い量の電力を PD に提供するようにネゴシエートする必要があります。 PoE ネゴシエーションは、必要なだけの電力が PD に供給されるようにすることを目的としています。 これは、過負荷や電気的危険などの潜在的な問題を回避するのに役立ちます。 また、多くの電力を必要としないデバイスには低電力の PoE 規格で電力を供給できるため、エネルギーの節約にも役立ちます。

ネゴシエーションは、検出、分類、操作の XNUMX つの段階で構成されます。

Discovery

PSE は、イーサネット ポートに電力が供給されていない状態にし、何かが接続されているかどうかを定期的にチェックします。検出中に使用される低電圧により、Power over Ethernet 用に設計されていないデバイスが損傷する可能性はほとんどありません。 PD が PSE のポートに接続されると、PSE はこれを検出し、分類段階に進みます。

PoE対応 Classification

分類とは、接続されたデバイスが電力を必要とするかどうか、必要な場合はどのクラスの PoE 電力が必要かを PSE が判断するプロセスです。 分類は、PD の PoE クラスに応じて、1 イベントまたは 2 イベントの形式で発生します。

1 イベント分類 – 802.3af/クラス 0 ~ 3 の PD 用

PSE は単一の電圧インパルスを PD に送信し、ワイヤ上の電流値を読み取り、この電流値がどの PoE クラスに対応するかを確認し、それに応じて電力を供給します。 PD がクラス 1、2、または 3 の値を返した場合、PSE はそれぞれクラス 1、2、または 3 の電力を提供します。 PD がクラス 0 の値を返した場合、クラス 3 の電力が供給されます。

パワーオーバーイーサネットネゴシエーション

図 5: 1 イベントの分類

2 イベント分類 – 802.3at クラス 4 の PD 用

PD がクラス 4 デバイスとして識別されると、PSE は XNUMX 番目のイベントを使用して、PD が本当により高いレベルの電力を必要としているかどうかを確認します。 この XNUMX 番目のイベントは、次の XNUMX つの方法のいずれかになります。

ハードウェアベースの 2 イベント分類

PSE は、前述のように、まず 1 イベント分類を実行します。 PD からクラス 4 の電流値を読み取ると、クラス 3 の電力のみを供給し、2 回目の電圧インパルスを繰り返します。 この 4 番目のイベントの後、PD がクラス 4 であることが確認された場合、PSE は PD にクラス XNUMX の電力を供給します。

ソフトウェアベースのLLDP分類

PSE は、前述のように、まず 1 イベント分類を実行します。 PD からクラス 4 の電流値を読み取る場合、PSE はクラス 3 の電力のみを供給し、レイヤ 2 LLDP プロトコルを介して PD に、PD が実際にクラス 4 であるかどうかの確認を要求します。この 2 番目のイベントの後、PD がクラス 4 であることが確認された場合、PSE は PD にクラス 4 の電力を供給します。

パワーオーバーイーサネットネゴシエーション
図 6: ハードウェアおよびソフトウェアベースの分類


2イベント分類のサポート

IEEE 802.3at 標準では、クラス 4 PD はハードウェア ベースの 2 イベントとソフトウェア ベースの LLDP 分類の両方をサポートする必要があると定義されていますが、PSE は 2 つだけをサポートする必要がありますが、両方をサポートする場合もあります。 PoE+ インジェクターは通常、ハードウェアベースの XNUMX イベント ソートのみをサポートします。 多くの PoE+ スイッチは両方の方式をサポートしています。

パワーオーバーイーサネットネゴシエーション
図 7: 2 イベント分類のサポート

PoE 電源供給予算の計算

Power over Ethernet (PoE) ネットワークの電力バジェットの計算は難しい場合があります。 考慮すべき要素はたくさんあり、注意しないと、簡単に電源に過剰な支出をしてしまう可能性があります。 PoE 電力バジェットの計算に役立つように、この便利なガイドをまとめました。 考慮する必要があるすべての要素を説明し、無料の PoE 電力バジェット計算ツールの使用方法を説明します。

ステップ 1: PoE の需要をワット単位で合計する

すべての PD からの予想される電力需要の合計を計算する必要があります。 これには、PD の各分類の最大電力と上限が含まれている必要があります。 指定されていないデバイスはすべてクラス 0 とみなされます。

たとえば、IEEE802.3af デバイスは 9 ワットを消費します。 ただし、これらはクラス 0 デバイスであるため、15.4 ワットを消費すると想定できます。

PD と PoE スイッチの接続に使用されるケーブルがすぐに摩耗しないように、数値を時々切り上げてください。

たとえば、一般的な IEEE802.3at クラス 4 IP カメラは 25.5 ワットを消費します。 この 30 ワット以上のラウンドは、PoE スイッチとデバイスの間で避けられない損失が発生した場合にバッファを提供します。

PoE の電力バジェットを選択する際の最も重要な考慮事項の XNUMX つは、設計内で利用可能なポートがあることを確認することです。 PD デバイスに少なくとも XNUMX つの予備ポートがあると、診断やトラブルシューティングに便利であることを覚えておいてください。 また、クライアントによっては、将来さらに PD デバイスを追加するオプションを提供するために追加のポートを必要とする場合もあります。 ただし、心配する必要はありません。適切な PD デバイスを選択して正しく統合している限り、PoE 電力バジェットの計算の一部として予備ポートを考慮する必要はありません。

ステップ 2: 動作環境に合わせてスケールする

電力バジェットの計算を実行する場合は、環境条件を考慮する必要があります。

電源が時間の経過とともに容量を失うように設計されている速度は、使用条件によって異なります。 同社によれば、良好なまたは制御された条件下では、電源の長期的なパフォーマンスは定格の 70% になることが期待できます。 このような環境では、ステップ 0.7 の合計ワット数を XNUMX で割る必要があります。

電源のすべての部分は、熱、寒さ、湿気に耐えられるように設計されています。 ただし、これらの要因によってパフォーマンスと寿命が変化する可能性があります。 この種の設定では、ステップ 0.6 の合計ワット数を XNUMX で割ります。

極端な条件で動作する電気設備には、多くの場合、産業グレードの機器が必要です。 たとえば、Fibreroad Industrial PoE シリーズは、現場で長年にわたり高レベルのノイズや振動にさらされても耐えられるように設計された DC 48VDC 電源です。

たとえば、次のような過酷なシナリオを考えてみましょう。

スイッチと電源は、米国北東部の現場で、直射日光にさらされる金属製の筐体内に設置されます。 冬には、エンクロージャ内の温度が -10°F/-24°C まで低下することがあります。 夏には、最高気温が 140°F/60°C になることもあります。 この温度による変動を考慮すると、電源は 60% の容量で動作すると予想されます。

必要な電源を計算するには、コンピューターが合計でどのくらいの電力を消費するかを知る必要があります。 現在の方程式が X で、予想される長期的なパフォーマンスの低下が 50% である場合、単純に X に 0.5 を掛けます。

ステップ 3: 電源を選択する

PoE 電源のニーズを検討するときは、必要な電力量と環境を考慮することが重要です。 当社では、30 ワットから最大 720 ワットまでの定格を提供しています。

パワーオーバーイーサネットケーブル接続

最新のネットワークでは、パワー エレクトロニクス デバイスは、データに使用されるのと同じケーブル配線を介して PD に電力を供給します。 Cat5e 以上のカテゴリのケーブルは、IEEE 802.3af および IEEE 802.3at 準拠のデバイスに適しています。

PoE ネットワーク スイッチから PD までのイーサネット ケーブルは、ミッドスパン デバイスが線上にある場合でも、長さは 328 フィート以下である必要があります。 ミッドスパン PoE インジェクターは、パッチ パネル接続として見なす必要があります。 328 フィートを超えると、電力供給とデータ通信に悪影響を及ぼす可能性があります。

それにも関わらず、PoE 距離を最大 250m まで延長できる AI Extend は、Power over Ethernet デバイスの間でますます人気が高まっています。 Fiberroad AI Power over Ethernet シリーズは、必要に応じてオンにすると、DIP スイッチによってこの機能をサポートします。 AI 拡張機能は、電源が遠すぎる状況に適しています。 ただし、帯域幅の制限に注意する必要があります。

10 / 100BASE-TX
(802af/at、モードA)
10 / 100BASE-TX
(802.3af/at、モード B)
1000BASE-TX
(802.3af/at、モード A)
1000BASE-TX
(802.3af/at、モード B)
1000BASE-TX
(802.3bt)
ピン 且つ 出力 且つ 出力 且つ 出力 且つ 出力 且つ 出力
1 受信+ DC+ 受信+ 送受信A+ DC+ 送受信A+ 送受信A+ DC+
2 処方箋 - DC+ 処方箋 - 送受信A – DC+ 送受信A – 送受信A – DC+
3 送信 + DC- 送信 + 送受信B+ DC- 送受信B+ 送受信B+ DC-
4 未使用 DC+ 送受信C + 送受信C + DC+ 送受信C + DC+
5 未使用 DC+ 送受信C – 送受信C – DC+ 送受信C – DC+
6 送信 – DC- 送信 – 送受信B – DC- 送受信B – 送受信B – DC-
7 未使用 DC- 送信x受信D+ 送信x受信D+ DC- 送信x受信D+ DC-
8 未使用 直流 送信受信 D – 送信受信 D – DC- 送信受信 D – DC-

表 2: LAN ポートのデータと電源のピン配置

注意:

  • 電力は一度に 802.3 つのモードでのみ適用する必要があり、PSE がこの決定を行います。 PSE はモード A または B、あるいはその両方をサポートできます。 すべての PD が両方のモードをサポートする必要があることが IEEE XNUMXaf/at 標準の要件であるため、通常、選択された方式はエンドユーザーにとっては問題になりません。
  • モード B では、ファントム電源技術により、給電ペアが 10/100 Mbit/s イーサネットでデータを伝送することもできます。
  • ギガビット イーサネットではモード A と B の両方がサポートされています。 ギガビット イーサネットでは XNUMX つのペアすべてがデータ送信に使用されるため、ファントム電源技術は両方のモードに利用されます。
  • IEEE 802.3bt「4PPoE」はギガビット イーサネットで電力を供給するためにすべてのペアを使用するため、標準の名前は 4PPoE (「4 ペア パワー オーバー イーサネット」) です。