Полное руководство по питанию через Ethernet

Что такое Power over Ethernet в сети?

Power over Ethernet (PoE) — это инновационная технология, которая передает электроэнергию по кабелю Ethernet с витой парой на питаемые устройства. Используемый в домах, офисах и школах, он позволяет одному кабелю RJ45 обеспечивать соединение для передачи данных и электропитание для этих других устройств вместо отдельного кабеля для каждого.

PoE — одна из самых экономичных доступных сетевых технологий. Это позволяет профессионалам устанавливать удаленное или внешнее оборудование без подключения к сети переменного тока и может подавать питание в несколько мест без необходимости установки дополнительных электрических кабелей или розеток в каждом месте. PoE (Power over Ethernet) также облегчает компаниям расширение своих сетей и более быстрое реагирование.

Выбор правильного решения Power Over Ethernet

Обновите свою сетевую инфраструктуру с помощью нашего мощного медиаконвертера Gigabit PoE Fiber Media Converter. Наша передовая технология обеспечивает молниеносную передачу данных по оптоволоконному кабелю, обеспечивая мощность до 30 Вт для подключенных устройств, что дает вам уверенность в том, что ваша сеть работает с максимальной эффективностью. Поверьте нам, вы не захотите упустить это революционное устройство!

Наш 24-портовый гигабитный неуправляемый PoE-коммутатор — идеальное решение для ваших энергоемких устройств. Он обеспечивает надежное и молниеносное подключение без необходимости управления сложными конфигурациями. Этот коммутатор, разработанный с учетом потребностей сетевых инженеров, готов с легкостью справляться даже с самыми требовательными рабочими нагрузками.

Обновите свою бизнес-сеть с помощью нашего 24-портового управляемого коммутатора PoE — идеального решения для простого питания нескольких устройств. Благодаря стабильному и надежному соединению Ethernet этот коммутатор просто необходим сетевым инженерам, стремящимся расширить возможности своей системы. Доверьте нам бесперебойный и эффективный источник питания для ваших беспроводных точек доступа, IP-камер, VoIP-телефонов и видеодомофонов!

Неуправляемые/управляемые промышленные PoE-коммутаторы Fiberroad — идеальное решение для сетевых инженеров, которым нужны надежные и надежные коммутаторы. Благодаря широкому выбору опций вы обязательно найдете то, что идеально подходит для вашей промышленной сети. Доверьтесь качеству и опыту Fiberroad, чтобы обеспечить непревзойденную производительность, поддерживающую работу вашей сети с максимальной эффективностью.

Классы питания через Ethernet Стандарт

ИЭЭЭ 802.3af-2003 стандарт широко известен как «СоЭ». Он определяет классы PoE 0-3, при этом максимальная мощность при PD составляет 12.95 Вт.

IEEE 802.3at-2009 стандарт широко известен как «ПоЕ+» or «ПоЕ Плюс», и это более позднее обновление стандарта IEEE 802.3af-2003 «PoE». Он определяет классы PoE 0-4, где классы 0-3 включены из более старого стандарта 802.3af «PoE» в «Тип 1», а «Тип 2» включает только класс 4 с максимальной мощностью при PD, равной 25.5 Вт.

IEEE 802.3bt-2018 назван «4PPoE». Он включал классы 0–4 из более ранних стандартов и добавлял «Тип 3» (классы 5–6) и «Тип 4» (классы 7–8) с максимальной мощностью при частичном разряде, составляющей 71.3 Вт.

PoE тип 1

Фамилия: PoE, 2 пары PoE

Стандарт: IEEE 802.3af

Максимальная мощность порта: 15.4W

"PoE" изначально был разработан для питания маломощных устройств, таких как IP-телефоны. В 2003 году IEEE 802.3af был стандартизирован для использования двух из четырех витых пар проводов в стандартных (на тот момент) кабелях Cat3 Ethernet. IEEE 802.3af обеспечивает мощность до 12.95 Вт для устройств с питанием от 37 В до 57 В. Есть некоторые потери, поэтому порт коммутатора PoE обычно рассчитан на 15.4 Вт и от 44 В до 57 В. Примеры устройств, которые может поддерживать PoE Type 1, включают статические камеры наблюдения, беспроводные точки доступа и телефоны VoIP.

PoE тип 2

Фамилия: PoE+, 2 пары PoE

Стандарт: IEEE 802.3at

Максимальная мощность порта: 30W

PoE+ или стандарт IEEE 802.3at Ethernet, выпущенный Институтом инженеров по электротехнике и электронике в 2009 году. Он обеспечивает мощность до 30 Вт на уровне порта по кабелю витой пары Ethernet и до 25.5 Вт мощности на каждое устройство. Он подключает к сети более мощные устройства, такие как PTZ-камеры, IP-видеотелефоны и системы сигнализации. Однако, поскольку он обратно совместим, он может поддерживать типы устройств, которые обычно поддерживаются PoE типа 1, и устройства, поддерживаемые PoE типа 2.

PoE тип 3

Фамилия: PoE++, 4 пары PoE, 4P PoE, Ultra PoE

Стандарт: IEEE 802.3bt

Максимальная мощность порта: 60W

Также известное как 4-парное PoE, 4PPoE, PoE++ или Ultra PoE, PoE типа 3 использует все четыре пары в медном кабеле с витой парой для подачи питания на PD — в отличие от типов 1 и 2, которые используют только две пары. Этот более высокий уровень PoE соответствует стандарту IEEE 802.3bt, вышедшему в 2011 году. Он обеспечивает до 60 Вт мощности на каждый порт PoE и до 51 Вт мощности на каждое устройство. Эти устройства поддержки более высокого уровня мощности включают в себя точки беспроводного доступа с несколькими радиоканалами, PTZ-камеры, устройства управления зданием и оборудование для видеоконференций. Он поддерживает кабели Cat5 или выше.

PoE тип 4

Фамилия: PoE повышенной мощности, PoE++

Стандарт: IEEE 802.3bt

Максимальная мощность порта: 100W

Тип 4, обычно известный как PoE с более высокой мощностью, предлагает самые высокие возможности мощности из всех существующих типов PoE. Этот тип PoE помогает удовлетворить растущие требования к питанию сетевых устройств и IoT. В соответствии с новейшим стандартом IEEE 802.3bt, тип 4 PoE подает 90 Вт мощности от PSE и до 70 Вт входной мощности на PD на каждое устройство. Тем не менее, при необходимости он может обеспечить максимальную мощность 100 Вт на порт. Из-за большой мощности, которую он производит, PoE типа 4 может поддерживать чрезвычайно энергоемкие устройства, такие как ноутбуки и плоские экраны.

Питание через Ethernet Типы PSE

Сегодня используются три основных типа PSE (оборудование источника питания); все они совместимы с кабелем Cat5e или более высокой категории. Тип PSE выбирается исходя из существующей инфраструктуры и количества подключенных устройств PoE.

  • Сетевой коммутатор и оптоволоконный медиаконвертер

Коммутатор Power over Ethernet (PoE) — это устройство, которое может подавать питание на устройства по кабелю Ethernet. Его можно использовать для питания таких устройств, как IP-телефоны, беспроводные точки доступа и камеры видеонаблюдения. А PoE переключатель также может использоваться для подключения устройств, несовместимых с PoE, с помощью инжектора PoE.

A Оптоволоконный медиаконвертер PoE объединяет питание и данные по одному кабелю, обеспечивая соединение между медью и волокном, одновременно обеспечивая питание для PD. Медиаконвертер PoE предлагает экономичный способ увеличить расстояние передачи в существующей сети.

Power over Ethernet Типы PSE
Power over Ethernet Типы PSE

Рис. 2 и 3. Коммутатор PoE и медиаконвертер PoE

  • Однопортовый инжектор (промежуточный)

Однопортовый инжектор PoE (Midspan) разработан в соответствии с кабелем Ethernet для подачи питания на одно устройство. Он подходит для приложений, в которых у вас недостаточно устройств PoE Ethernet или если данные необходимо передавать на большое расстояние, прежде чем они будут преобразованы обратно в медный кабель, а затем подано питание.

Недостатком использования однопортового инжектора PoE является необходимость наличия сетевой розетки для работы и тенденция к удорожанию, когда питание требуется более чем нескольким устройствам.

Инжектор питания через Ethernet
Рисунок 4: Однопортовый инжектор

Согласование Power over Ethernet

Согласование Power over Ethernet (PoE) — это процесс определения того, следует ли и в каком количестве подавать питание на устройство по кабелю Ethernet. Обычно это делается с помощью специального протокола сигнализации между источником питания (обычно коммутатором PoE) и устройством, которое должно получать питание (известным как PD или Powered Device). Если и коммутатор PoE, и PD поддерживают один и тот же стандарт PoE (например, IEEE 802.3at), то они могут договориться о предоставлении PD максимальной мощности, указанной в этом стандарте. Однако, если коммутатор PoE и PD не поддерживают один и тот же стандарт, они должны договориться, чтобы обеспечить PD меньшей мощностью. Согласование PoE направлено на то, чтобы гарантировать, что PD предоставляется ровно столько мощности, сколько необходимо. Это помогает избежать потенциальных проблем, таких как перегрузки и опасность поражения электрическим током. Это также помогает экономить энергию, поскольку устройства, которым не требуется много энергии, могут питаться по стандартам PoE с низким энергопотреблением.

Переговоры состоят из трех этапов: обнаружение, классификация и операция.

Открытие

PSE оставляет порт Ethernet обесточенным и периодически проверяет, не было ли что-то подключено. Маловероятно, что низкое напряжение, используемое во время обнаружения, повредит устройство, не предназначенное для питания через Ethernet. Когда PD подключается к порту PSE, PSE обнаруживает это и переходит к этапу классификации.

PoE классификация

Классификация — это процесс, с помощью которого PSE определяет, требуется ли подключенному устройству питание, и если да, то какой класс питания PoE ему требуется. Классификация может происходить в форме 1-события или 2-события, в зависимости от класса PoE PD.

1-событийная классификация – для PD 802.3af/at класса 0-3

PSE отправляет одиночный импульс напряжения на PD, считывает значение тока на проводе, проверяет, какому классу PoE соответствует это значение тока, и соответственно подает питание. Если PD возвращает значения класса 1, 2 или 3, PSE обеспечивает мощность класса 1, 2 или 3 соответственно. Если PD возвращает значение класса 0, подается питание класса 3.

Согласование Power over Ethernet

Рисунок 5: Классификация по 1 событию

2-событийная классификация — для PD 802.3at Class 4

Когда PD идентифицируется как устройство класса 4, PSE использует второе событие, чтобы убедиться, что PD действительно нуждается в более высоком уровне мощности. Это второе событие может быть одним из двух следующих методов:

Аппаратная 2-событийная классификация

Сначала PSE выполняет классификацию по одному событию, как описано выше. Если он считывает значение тока класса 1 с PD, он подает питание только класса 4 и повторяет импульс напряжения во второй раз. Если после этого 3-го события подтверждается, что PD относится к Классу 2, PSE обеспечивает питание Класса 4 для PD.

Программная классификация LLDP

Сначала PSE выполняет классификацию по одному событию, как описано выше. Если он считывает текущее значение класса 1 с PD, он подает питание только класса 4 и запрашивает подтверждение от PD через протокол LLDP уровня 3 о том, действительно ли PD относится к классу 2. Если после этого 4-го события подтверждается, что PD Класс 2, PSE обеспечивает питание класса 4 для PD.

Согласование Power over Ethernet
Рисунок 6: Классификация аппаратного и программного обеспечения


Поддержка классификации 2 событий

Стандарт IEEE 802.3at определяет, что PD класса 4 должны поддерживать как аппаратную классификацию LLDP с двумя событиями, так и программную, в то время как PSE должен поддерживать только одну, но может поддерживать обе. Инжекторы PoE+ обычно поддерживают только аппаратную сортировку по двум событиям. Многие коммутаторы PoE+ поддерживают оба метода.

Согласование Power over Ethernet
Рисунок 7: Поддержка классификации по 2 событиям

Расчет бюджета питания PoE

Расчет бюджета мощности для сети Power over Ethernet (PoE) может оказаться сложной задачей. Есть много факторов, которые следует учитывать, и если вы не будете осторожны, вы можете легко перерасходовать свой блок питания. Чтобы помочь вам рассчитать бюджет мощности PoE, мы составили это удобное руководство. Мы расскажем вам обо всех факторах, которые необходимо учитывать, и покажем, как использовать наш бесплатный калькулятор бюджета мощности PoE.

Шаг 1: суммируйте потребность в PoE в ваттах

Необходимо рассчитать общую ожидаемую мощность, потребляемую всеми вашими PD. Он должен включать максимальную мощность и верхние пределы для каждой классификации ЧР. Любые неуказанные устройства следует рассматривать как класс 0.

Например, устройства IEEE802.3af могут потреблять 9 Вт; однако, поскольку это устройства класса 0, можно предположить, что они потребляют 15.4 Вт.

Время от времени округляйте число в большую сторону, чтобы кабель, используемый для соединения коммутатора PD и PoE, не изнашивался слишком быстро.

Например, типичная IP-камера класса 802.3 IEEE4at потребляет 25.5 Вт. Этот раунд в 30+ Вт дает вам буфер на случай неизбежных потерь между коммутатором PoE и вашим устройством.

Одним из наиболее важных соображений при выборе бюджета мощности PoE является наличие доступных портов в вашей конструкции. Помните, что наличие хотя бы одного свободного порта на устройстве PD может быть удобно для диагностики или устранения неполадок. А некоторым клиентам могут даже потребоваться дополнительные порты, чтобы предоставить им возможность добавлять больше устройств PD в будущем. Но не беспокойтесь — если вы выберете подходящие устройства PD и правильно их интегрируете, учет запасных портов не потребуется при расчете бюджета мощности PoE.

Шаг 2: Масштабирование для операционной среды

Если вы выполняете расчет бюджета мощности, вы должны учитывать условия окружающей среды.

Скорость, с которой блок питания теряет свою емкость с течением времени, зависит от условий, в которых он используется. Компания заявляет, что в благоприятных или контролируемых условиях вы можете ожидать, что долгосрочная производительность блока питания составит 70% от его номинального значения. В такой среде вы должны разделить общую мощность с первого шага на 0.7.

Каждая часть блока питания спроектирована так, чтобы быть устойчивой к теплу, холоду и влаге. Однако эти факторы могут изменить производительность и срок службы. Разделите общую мощность из первого шага на 0.6 для такой настройки.

Электроустановки, работающие в экстремальных условиях, часто требуют оборудования промышленного класса. Например, серия Fiberroad Industrial PoE представляет собой источник питания постоянного тока 48 В постоянного тока, рассчитанный на многолетнее воздействие высоких уровней шума и вибрации в полевых условиях.

Возьмем, к примеру, этот суровый сценарий:

Коммутатор и блок питания будут установлены в металлическом корпусе, защищенном от прямых солнечных лучей, на северо-востоке США. Зимой температура внутри вольера может опускаться до –10°F/–24°C. А летом она может достигать 140°F/60°C. Учитывая эту зависимость от температуры, мы ожидаем, что блок питания будет работать на 60% мощности.

Чтобы рассчитать, какой блок питания вам нужен, вам нужно знать, сколько энергии потребляет ваш компьютер в целом. Если текущее уравнение равно X, а ожидаемое падение производительности в долгосрочной перспективе составляет 50%, то просто умножьте X на 0.5.

Шаг 3: Выберите источник питания

При рассмотрении потребностей вашего источника питания PoE важно учитывать необходимое количество энергии и окружающую среду. Мы поставили номиналы, начиная с 30 Вт и до 720 Вт.

Кабель питания через Ethernet

В современных сетях устройства силовой электроники подают питание на PD по тому же кабелю, который используется для передачи данных. Cat5e или кабель более высокой категории подходит для устройств, совместимых со стандартами IEEE 802.3af и IEEE 802.3at.

Длина любого кабеля Ethernet от сетевого коммутатора PoE до PD не должна превышать 328 футов, даже если на линии находится промежуточное устройство. PoE-инжектор Midspan следует рассматривать как соединение с коммутационной панелью. Превышение 328 футов может отрицательно сказаться на подаче электроэнергии и передаче данных.

Тем не менее, AI Extend становится все более популярным среди устройств Power over Ethernet, которые могут увеличить расстояние PoE до 250 м. Серия Fiberroad AI Power over Ethernet поддерживает эту функцию с помощью DIP-переключателя, когда он включается по мере необходимости. Функция AI Extend подходит для ситуаций, когда ваш источник питания находится слишком далеко. Однако следует помнить об этом ограничении пропускной способности.

10 / 100BASE-TX
(802af/at, режим А)
10 / 100BASE-TX
(802.3af/at, режим B)
1000BASE-TX
(802.3af/at, режим А)
1000BASE-TX
(802.3af/at, режим B)
1000BASE-TX
(802.3 бит)
шпилька Данные Питания Данные Питания Данные Питания Данные Питания Данные Питания
1 Прием + постоянный ток + Прием + TxRx А + постоянный ток + TxRx А + TxRx А + постоянный ток +
2 Прием – постоянный ток + Прием – TxRx А – постоянный ток + TxRx А – TxRx А – постоянный ток +
3 Ткс + ОКРУГ КОЛУМБИЯ - Ткс + TxRx Б + ОКРУГ КОЛУМБИЯ - TxRx Б + TxRx Б + ОКРУГ КОЛУМБИЯ -
4 неиспользуемый постоянный ток + TxRx С + TxRx С + постоянный ток + TxRx С + постоянный ток +
5 неиспользуемый постоянный ток + TxRx C – TxRx C – постоянный ток + TxRx C – постоянный ток +
6 Тх – ОКРУГ КОЛУМБИЯ - Тх – TxRx Б – ОКРУГ КОЛУМБИЯ - TxRx Б – TxRx Б – ОКРУГ КОЛУМБИЯ -
7 неиспользуемый ОКРУГ КОЛУМБИЯ - TxRx D + TxRx D + ОКРУГ КОЛУМБИЯ - TxRx D + ОКРУГ КОЛУМБИЯ -
8 неиспользуемый ОКРУГ КОЛУМБИЯ- TxRx D – TxRx D – ОКРУГ КОЛУМБИЯ - TxRx D – ОКРУГ КОЛУМБИЯ -

Таблица 2: Данные сетевого порта и разводка контактов питания

Ноты:

  • Питание должно подаваться только в одном режиме за раз, и это решение принимает PSE. PSE может поддерживать режим A или B или оба режима. Как правило, выбранный метод не представляет интереса для конечного пользователя, поскольку в соответствии со стандартами IEEE 802.3af/at все PD должны поддерживать оба режима.
  • В режиме B метод фантомного питания позволяет парам с питанием также передавать данные в сети Ethernet 10/100 Мбит/с.
  • Оба режима A и B поддерживаются в Gigabit Ethernet. Для обоих режимов используется метод фантомного питания, так как в Gigabit Ethernet для передачи данных используются все четыре пары.
  • IEEE 802.3bt «4PPoE» использует все пары для обеспечения питания в Gigabit Ethernet, отсюда и название стандарта — 4PPoE («4-pair Power over Ethernet»).