Lucero Artemio, gerente sênior de produtos
O que é Power over Ethernet em redes?
Power over Ethernet (PoE) é uma tecnologia inovadora que passa energia elétrica por cabo Ethernet de par trançado para dispositivos alimentados. Usado em residências, escritórios e escolas, permite que um cabo RJ45 forneça conexão de dados e energia elétrica a esses outros dispositivos, em vez de um cabo separado para cada um.
PoE é uma das tecnologias de rede mais econômicas disponíveis. Ele permite que os profissionais instalem equipamentos remotos ou externos sem conectar à alimentação CA e pode fornecer energia para vários locais sem a necessidade de instalar cabos elétricos ou tomadas adicionais em cada local. PoE (Power over Ethernet) também torna mais fácil para as empresas expandirem suas redes e responderem mais rapidamente.
Escolhendo a solução Power Over Ethernet certa
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Classes de Power over Ethernet Padrão
IEEE 802.3af-2003 padrão é comumente conhecido como “PoE”. Ele define PoE Classes 0-3, com potência máxima em PD de 12.95 W.
IEEE 802.3at-2009 padrão é comumente conhecido como “PoE+” or “PoE Plus”, e é a atualização mais recente do padrão IEEE 802.3af-2003 “PoE”. Ele define as Classes PoE 0-4, onde as Classes 0-3 são incorporadas do antigo padrão 802.3af “PoE” sob o “Tipo 1” e o “Tipo 2” inclui apenas a Classe 4 com potência máxima em PD de 25.5 W.
IEEE 802.3bt-2018 é nomeado “4PPoE”. Ele incorporou as Classes 0-4 dos padrões anteriores e adicionou “Tipo 3” (Classes 5-6) e “Tipo 4” (Classes 7-8), com potência máxima em PD de 71.3 W.
PoE tipo 1
Nome: PoE, PoE de 2 pares
Padrão: IEEE 802.3af
Potência máxima da porta: 15.4W
'PoE, foi inicialmente projetado para alimentar dispositivos de baixa potência, como telefones IP. Em 2003, o IEEE 802.3af foi padronizado para usar dois dos quatro pares trançados de fios no padrão (na época) Cat3 Ethernet. IEEE 802.3af fornece até 12.95 W para dispositivos alimentados em 37V-57V. Há alguma perda, portanto, uma porta de switch PoE geralmente é classificada em 15.4 W e entre 44 V-57 V. Exemplos de dispositivos compatíveis com o PoE Tipo 1 incluem câmeras de vigilância estáticas, pontos de acesso sem fio e telefones VoIP.
PoE tipo 2
Nome: PoE+, PoE de 2 pares
Padrão: IEEE 802.3at
Potência máxima da porta: 30W
PoE+ ou padrão Ethernet IEEE 802.3at, lançado pelo Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos em 2009. Ele fornece até 30 W de potência no nível da porta por meio de um cabo Ethernet de par trançado e até 25.5 W de potência para cada dispositivo. Ele conecta dispositivos de maior potência a uma rede, como câmeras PTZ, telefones IP de vídeo e sistemas de alarme. No entanto, como é compatível com versões anteriores, pode suportar os tipos de dispositivos normalmente suportados pelo PoE Tipo 1 e dispositivos suportados pelo PoE Tipo 2.
PoE tipo 3
Nome: PoE++, PoE de 4 pares, PoE 4P, Ultra PoE
Padrão: IEEE 802.3bt
Potência máxima da porta: 60W
Também conhecido como PoE de 4 pares, 4PPoE, PoE++ ou Ultra PoE, o Tipo 3 PoE usa todos os quatro pares em um cabo de cobre de par trançado para fornecer energia no PD - ao contrário do Tipo 1 e 2, que usam apenas dois pares. Este nível mais alto de PoE está de acordo com o padrão IEEE 802.3bt, lançado em 2011. Ele fornece até 60 W de energia para cada porta PoE e até 51 W de energia para cada dispositivo. Esses níveis mais altos de dispositivos de suporte de energia incluem pontos de acesso sem fio multi-rádio, câmeras PTZ, dispositivos de gerenciamento predial e equipamentos de videoconferência. Ele suporta cabos Cat5 ou melhores.
PoE tipo 4
Nome: PoE de maior potência, PoE++
Padrão: IEEE 802.3bt
Potência máxima da porta: 100W
Comumente conhecido como PoE de maior potência, o Tipo 4 PoE oferece os recursos de maior potência de todos os tipos de PoE existentes. Esse tipo de PoE ajuda a satisfazer os crescentes requisitos de energia de dispositivos de rede e IoT. Em conformidade com o mais novo padrão IEEE 802.3bt, o Tipo 4 PoE fornece 90 W de energia do PSE e até 70 W de energia de entrada no PD para cada dispositivo. No entanto, tem potencial para fornecer no máximo 100W de potência por porta, se necessário. Devido às altas quantidades de energia que produz, o Type 4 PoE pode suportar dispositivos que consomem muita energia, como laptops e telas planas.
Power over Ethernet Tipos de PSE
Existem três tipos principais de PSE (Power Source Equipment) em uso atualmente; todos são compatíveis com cabo Cat5e ou categoria superior. O tipo de PSE é escolhido com base na infraestrutura existente e no número de dispositivos PoE conectados.
- Comutador de rede e conversor de mídia de fibra
Um switch Power over Ethernet (PoE) é um dispositivo que pode fornecer energia para dispositivos através de um cabo Ethernet. Ele pode ser usado para alimentar dispositivos como telefones IP, pontos de acesso sem fio e câmeras de segurança. A Switch PoE também pode ser usado para conectar dispositivos que não são compatíveis com PoE usando um Injetor PoE.
A Conversor de mídia de fibra PoE combina energia e dados em um cabo, oferecendo conectividade cobre-fibra enquanto fornece energia para PD. O conversor de mídia PoE oferece um caminho econômico para estender a distância de transmissão de uma rede existente.
Figuras 2 e 3, PoE Switch e PoE Media Converter
- Injetor de Porta Única (Midspan)
Um injetor PoE de porta única (Midspan) é projetado de acordo com um cabo Ethernet para fornecer energia a um dispositivo. Ele é adequado para aplicações em que você não possui dispositivos ethernet poe suficientes ou se os dados precisam ser transmitidos por uma longa distância antes de serem convertidos de volta para cabeamento de cobre e, em seguida, aplicar energia.
A desvantagem de usar um injetor PoE de porta única é a necessidade de uma tomada elétrica para operar e a tendência de se tornar caro quando mais do que alguns dispositivos requerem energia.
Negociação Power over Ethernet
A negociação Power over Ethernet (PoE) é o processo de determinar se e quanta energia deve ser fornecida a um dispositivo por meio de um cabo Ethernet. Isso geralmente é feito por meio de um protocolo de sinalização especial entre a fonte de alimentação (geralmente um switch PoE) e o dispositivo que deve receber energia (conhecido como PD ou Powered Device). Se o switch PoE e o PD suportarem o mesmo padrão PoE (como IEEE 802.3at), eles poderão negociar para fornecer ao PD até a quantidade máxima de energia especificada por esse padrão. No entanto, se o switch PoE e o PD não suportarem o mesmo padrão, eles deverão negociar para fornecer ao PD uma quantidade menor de energia. A negociação PoE visa garantir que apenas a energia necessária seja fornecida ao PD. Isso ajuda a evitar possíveis problemas, como sobrecargas e riscos elétricos. Também ajuda a economizar energia, já que dispositivos que não precisam de muita energia podem ser alimentados por padrões PoE de menor consumo de energia.
A negociação compreende três etapas: descoberta, classificação e operação.
Discovery
O PSE deixa a porta Ethernet sem energia e verifica periodicamente se algo foi conectado. É improvável que a baixa tensão usada durante a detecção danifique um dispositivo não projetado para Power over Ethernet. Quando um PD é conectado à porta do PSE, o PSE detecta isso e segue para o estágio de classificação.
PoE Classificação
A classificação é o processo pelo qual o PSE determina se o dispositivo conectado requer energia, em caso afirmativo, qual classe de energia PoE ele requer. A classificação pode acontecer na forma de 1 evento ou 2 eventos, dependendo da classe PoE do PD.
Classificação de 1 evento - para PDs de 802.3af/at Classe 0-3
O PSE envia um único impulso de tensão para o PD, lê o valor atual no fio, verifica a qual classe PoE esse valor atual corresponde e fornece energia de acordo. Se o PD retornar valores de Classe 1, 2 ou 3, o PSE fornecerá potência de Classe 1, 2 ou 3, respectivamente. Se PD retornar um valor de Classe 0, a alimentação de Classe 3 será fornecida.
Figura 5: classificação de 1 evento
Classificação de 2 eventos - para PDs de 802.3 na Classe 4
Quando o PD for identificado como um dispositivo Classe 4, o PSE usará um segundo evento para verificar se o PD realmente precisa de um nível maior de energia. Este segundo evento pode ser um dos dois métodos a seguir:
Classificação de 2 eventos baseada em hardware
O PSE primeiro executa a classificação de 1 evento conforme descrito acima. Se ler o valor da corrente Classe 4 do PD, ele fornecerá apenas energia Classe 3 e repetirá o impulso de tensão pela segunda vez. Se após este 2º evento for confirmado que o PD é Classe 4, o PSE fornece energia Classe 4 ao PD.
Classificação LLDP baseada em software
O PSE primeiro executa a classificação de 1 evento conforme descrito acima. Se ele lê o valor da corrente Classe 4 do PD, ele fornece apenas energia Classe 3 e solicita confirmação do PD via protocolo LLDP da Camada 2 se o PD é realmente Classe 4. Se após este 2º evento for confirmado que o PD é Classe 4, o PSE fornece energia de Classe 4 ao PD.
Suporte de classificação de 2 eventos
O padrão IEEE 802.3at define que os PDs de Classe 4 devem oferecer suporte à classificação LLDP de 2 eventos baseada em hardware e baseada em software, enquanto o PSE deve oferecer suporte apenas a um, mas pode oferecer suporte a ambos. Os injetores PoE+ normalmente suportam apenas classificação de 2 eventos baseada em hardware. Muitos switches PoE+ suportam ambos os métodos.
Cálculo do orçamento da fonte de alimentação PoE
Calcular o orçamento de energia para uma rede Power over Ethernet (PoE) pode ser complicado. Há muitos fatores a serem considerados e, se você não for cuidadoso, poderá facilmente acabar gastando demais com sua fonte de alimentação. Para ajudá-lo a calcular seu orçamento de energia PoE, elaboramos este guia prático. Nós o guiaremos por todos os fatores que você precisa considerar e mostraremos como usar nossa calculadora de orçamento de energia PoE gratuita.
Etapa 1: adicione a demanda por PoE em watts
A demanda de energia total esperada de todos os seus PDs deve ser calculada. Deve incluir a potência máxima e os limites superiores para cada classificação de DP. Quaisquer dispositivos não especificados devem ser considerados Classe 0.
Por exemplo, os dispositivos IEEE802.3af podem consumir 9 watts; no entanto, como são dispositivos de classe 0, você pode presumir que consomem 15.4 watts.
Arredonde o número ocasionalmente para que o cabo usado para conectar o switch PD e PoE não se desgaste muito rapidamente.
Por exemplo, uma típica câmera IP IEEE802.3at Classe 4 consome 25.5 watts. Esta rodada de mais de 30 watts oferece um buffer se houver uma perda inevitável entre o switch PoE e seu dispositivo.
Uma das considerações mais importantes ao escolher um orçamento de energia PoE é garantir que haja portas disponíveis em seu projeto. Lembre-se de que ter pelo menos uma porta sobressalente no dispositivo PD pode ser útil para fins de diagnóstico ou solução de problemas. E alguns clientes podem até querer portas extras para fornecer a eles a opção de adicionar mais dispositivos PD no futuro. Mas não se preocupe – contanto que você selecione os dispositivos PD apropriados e os integre corretamente, a contabilização de portas sobressalentes não é necessária como parte de um cálculo de orçamento de energia PoE.
Etapa 2: dimensionar para o ambiente operacional
Se você realizar um cálculo de orçamento de energia, deverá levar em consideração as condições ambientais.
A taxa na qual uma fonte de alimentação é projetada para perder sua capacidade ao longo do tempo dependerá das condições em que é usada. A empresa diz que em condições favoráveis ou controladas, você pode esperar que o desempenho a longo prazo de uma fonte de alimentação seja de 70% de sua classificação. Nesse tipo de ambiente, você deve dividir a potência total da etapa um por 0.7.
Cada parte da fonte de alimentação é projetada para ser resistente ao calor, frio e umidade. No entanto, esses fatores podem alterar o desempenho e a vida útil. Divida a potência total da etapa um por 0.6 para esse tipo de configuração.
As instalações elétricas que operam em condições extremas geralmente exigem equipamentos de nível industrial. A série Fiberroad Industrial PoE, por exemplo, é uma fonte de alimentação DC 48VDC construída para suportar anos de exposição a altos níveis de ruído e vibração no campo.
Veja este cenário difícil, por exemplo:
O switch e a fonte de alimentação serão instalados em um gabinete de metal exposto ao sol direto, em um local no nordeste dos Estados Unidos. No inverno, a temperatura dentro do gabinete pode ser tão baixa quanto –10°F/–24°C. E no verão, pode chegar a 140°F/60°C. Considerando essa inflexão com a temperatura, esperamos que a fonte opere a 60% da capacidade.
Para calcular qual fonte de alimentação você precisa, você precisa saber quanta energia seu computador consumirá no total. Se a equação atual for X e a queda de desempenho prevista a longo prazo for de 50%, basta multiplicar X por 0.5.
Etapa 3: selecione a fonte de energia
Ao considerar as necessidades de sua fonte de alimentação PoE, é importante levar em consideração a quantidade de energia necessária e o ambiente. Fornecemos classificações começando em 30 watts e indo até 720 watts.
Power over Ethernet Cabeamento
Nas redes modernas, os dispositivos eletrônicos de potência fornecem energia aos PDs pelo mesmo cabeamento usado para dados. Cat5e ou cabo de categoria superior é adequado para dispositivos compatíveis com IEEE 802.3af e IEEE 802.3at.
Qualquer cabo Ethernet executado do switch de rede PoE para o PD não deve ter mais de 328 pés de comprimento, mesmo se um dispositivo midspan estiver localizado na linha. O injetor PoE midspan deve ser visto como uma conexão de patch panel. Se 328 pés forem excedidos, o fornecimento de energia e a comunicação de dados podem ser afetados negativamente.
No entanto, o AI Extend está se tornando cada vez mais popular entre os dispositivos Power over Ethernet, que podem estender a distância PoE até 250m. A série Fiberroad AI Power over Ethernet suporta esta função por DIP Switch, sempre que necessário. O recurso AI Extend é adequado para situações em que sua fonte de energia está muito distante. No entanto, essa limitação de largura de banda deve estar ciente.
| 10/100BASE-TX （802af/at, Modo A） |
10/100BASE-TX (802.3af/at, Modo B) |
1000BASE-TX (802.3af/at, Modo A) |
1000BASE-TX (802.3af/at, Modo B) |
1000BASE-TX (802.3bt) |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| pino | Data | Potência | Data | Potência | Data | Potência | Data | Potência | Data | Potência |
| 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 | Não utilizado | DC + | TxRx C + | TxRx C + | DC + | TxRx C + | DC + | |||
| 5 | Não utilizado | DC + | TxRx C – | TxRx C – | DC + | TxRx C – | DC + | |||
| 6 | Tx- | DC - | Tx- | TxRx B – | DC - | TxRx B – | TxRx B – | DC - | ||
| 7 | Não utilizado | DC - | TxRx D + | TxRx D + | DC - | TxRx D + | DC - | |||
| 8 | Não utilizado | DC- | TxRx D – | TxRx D – | DC - | TxRx D – | DC - | |||
Tabela 2: Dados da Porta Lan e Pinagem de Energia
Observações:
- A alimentação deve ser aplicada apenas em um modo por vez, e o PSE toma essa decisão. O PSE pode suportar o modo A ou B, ou ambos. Normalmente, o método selecionado não é uma preocupação para o usuário final porque é um requisito dos padrões IEEE 802.3af/at que todos os PDs devam suportar ambos os modos.
- Com o Modo B, a técnica de alimentação fantasma permite que os pares alimentados também transportem dados em Ethernet 10/100 Mbit/s.
- Ambos os modos A e B são suportados em Gigabit Ethernet. A técnica de alimentação fantasma é utilizada para ambos os modos, como em Gigabit Ethernet, todos os quatro pares são usados para transmissão de dados.
- IEEE 802.3bt “4PPoE” usa todos os pares para fornecer energia em Gigabit Ethernet, daí o nome do padrão – 4PPoE (“4-pair Power over Ethernet”).