Представьте себе ситуацию: заказчик просит вас полностью переоборудовать существующую телекоммуникационную сеть предприятия. Задача, конечно, сложная, но вполне обыденная для инженера-проектировщика. Однако, когда электрическая проводка в помещениях уже разведена, нарастить длину проводов питания для оборудования не представляется возможным.
Многие скажут – проблема легко устраняется применением удлинителей розеток. А если в дальнейшем планируется расширение инфраструктуры, сколько их потребуется? Сотни? Тысячи? Да и о каком кабель-менеджменте идёт речь, если инженер применяет огромное количество ненужных и портящих вид проводов.
Может быть, стоит передавать по витой паре одновременно и данные, и... питание?! Именно такая мысль посетила конструкторов сетевого оборудования, и так зародилась технология PoE.
PoE (Power over Ethernet)
– технология подачи электропитания на клиентское устройство через витую пару стандарта Ethernet. Один и тот же кабель используется и для передачи данных, и для питания устройства.
До появления технологии PoE подключать IP-телефонию и -камеры было довольно проблематично – устройства запитывались от отдельного блока питания. Это вызывало сложности в установке такого оборудования в труднодоступных местах. Кроме витой пары требовалось протянуть и кабель питания, а также отыскать по близости розетку или вовсе подвести силовую линию 220 В...
Сейчас PoE применяется практически для всех устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.
Какие устройства поддерживаются?
В качестве питающих устройств могут выступать коммутаторы, маршрутизаторы и другое сетевое оборудование. Они в свою очередь делятся на два вида: Endspan и Midspan.
Endspan – оконечные устройства PoE. Например, коммутатор с поддержкой стандарта IEEE 802.3af/at передает и данные, и питание удаленному устройству.
Midspan – промежуточное устройство (инжектор). Используется в случаях, когда коммутатор не поддерживает технологию PoE.
В качестве клиентских устройств могут использоваться проводные телефоны, видеокамеры, точки доступа, различные датчики и другое периферийное оборудование.
Чтобы данное оборудование работало корректно, а подключение неподходящего оборудования не вывело из строя питающее устройство, следует учитывать определенные параметры при развертывании сети с поддержкой PoE.
Параметры, которые стоит учитывать при подборе оборудования:
Бюджет мощности источника питания на порт и в целом
Наличие внутренних защит источника питания: от перегрева, от короткого замыкания, от перенапряжения
Дальность подключения клиентского устройства
Входное напряжение, мощность и скорость передачи данных клиентских устройств
Поддерживаемые стандарты PoE (источника питания и клиентского устройства)
Стандарты PoE
Существуют сертифицированные стандарты PoE (стандарты, разработанные IEEE*) и частные стандарты (разработанные компаниями-производителями сетевого оборудования).
* Institute of Electrical and Electronics Engineers – Некоммерческая инженерная ассоциация из США, разрабатывающая широко применяемые в мире стандарты по радиоэлектронике, электротехнике и аппаратному обеспечению вычислительных систем и сетей.
Сертифицированные стандарты называются активным PoE (Active PoE). Первый сертифицированный стандарт IEEE 802.3af (тип 1), принятый в 2003 году организацией IEEE, ограничивал передаваемую запитываемым устройствам мощность до 12,95 Вт**.
** По приблизительному подсчету фиксированные IP-камеры обычно потребляют около 4-7 Вт. А IP-камеры, которые поддерживают удаленное управление направлением и увеличением, потребляют около 25 Вт.
Растущий спрос на приложения и потребляемой мощности PoE сподвиг к пересмотру и обновлению данного стандарта и, как следствие, к увеличению передаваемой мощности в рамках технологии PoE.
Стандарт PoE+ IEEE 802.3at (тип 2), принятый в 2009 году, позволил запитывать устройства с потребляемой мощностью до 25,5 Вт. На сегодняшний день самым «мощным» является стандарт IEEE 802.3bt, с помощью которого можно питать устройства с большим потреблением – от 51 Вт (Тип 3) до 71,3 Вт (Тип 4).
В таблице представлены актуальные стандарты PoE и их основные характеристики: мощность, напряжение и ток.
| Стандарт PoE | IEEE 802.3af / PoE (тип 1) | IEEE 802.3at / PoE+ (тип 2) | IEEE 802.3bt / PoE++ / UPOE / 4PPoE (тип 3) | IEEE 802.3bt / PoE++ |
|---|---|---|---|---|
| Выходная мощность PSE, Вт | 15,4 | 30 | 60 | 90 |
| Мощность PD, Вт | 12,95 | 25,5 | 51 | 71,3 |
| Выходное напряжение PSE, В | 44 - 57 | 50 - 57 | 50 - 57 | 52 - 57 |
| Напряжение PD, В | 37 - 57 | 42,5 - 57 | 42,5 - 57 | 41,1 - 57 |
| Максимальный ток, мА | 350 | 600 | 600 | 960 |
Среди стандартов, разрабатываемых частными фирмами, наиболее известен Passive PoE – пассивный стандарт. В отличие от сертифицированного по стандартам IEEE оборудования, Passive PoE является бюджетным решением передачи питания.
Такое оборудование не производит проверку нуждающегося в питании устройства на потребляемую мощность и его состояние – напряжение подается постоянно.
Уровень мощности
По уровню мощности оборудование PoE разделено на 9 классов
Чаще всего применяется оборудование 0-4 классов. К ним относится оборудование, использующее стандарт IEEE 802.3af/at и передающее питание по двум парам стандартного кабеля Ethernet.
Оборудование 5-8 классов, использующее стандарт IEEE 802.3bt, применяется в настоящее время гораздо реже. К данному оборудованию можно отнести высокопроизводительные точки доступа, тонкие клиенты, IP-камеры с PTZ.
| Класс мощности | Тип PoE | Мощность на источнике (PSE) | Мощность на устройстве (PD) | Количество пар | Стандарт IEEE |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 15,4 Вт | 12,95 Вт | 2 | 802.3af |
| 1 | 1 | 4 Вт | 3,84 Вт | 2 | 802.3af |
| 2 | 1 | 7 Вт | 6,49 Вт | 2 | 802.3af |
| 3 | 1 | 15,4 Вт | 13 Вт | 2 | 802.3af |
| 4 | 2 | 30 Вт | 25,5 Вт | 2 | 802.3at |
| 5 | 3 | 45 Вт | 40 Вт (4 пары) | 4 | 802.3bt |
| 6 | 3 | 60 Вт | 51 Вт (4 пары) | 4 | 802.3bt |
| 7 | 4 | 75 Вт | 62 Вт (4 пары) | 4 | 802.3bt |
| 8 | 4 | 90 Вт | 71,3 Вт (4 пары) | 4 | 802.3bt |
Принцип подачи питания
В пассивном PoE передача данных происходит по 1, 2 и 3, 6 парам, а питание подается по незадействованным (свободным) 4, 5 и 7, 8 парам: на 4 и 5 пары поступает PoE+ (+12В), а на 7 и 8 – PoE- (земля/Ground).
В активном PoE стандарт 802.3af подразумевает два типа подключения: A и B.
Тип B идентичен пассивному за некоторым исключением. Поскольку напряжение, передающееся по парам, увеличено, блок питания в питающем устройстве и питаемое устройство являются «умными». Первый проверяет, что ему подключили на другой стороне кабеля, а второй не включается, пока не получит корректное питание от первого.
В типе А используются также блок питания в питающем устройстве и питаемое устройство, но питание подается не по свободным парам, а пускается совместно с данными по сигнальным парам 1, 2 и 3, 6 через центральную точку трансформатора. Такое питание называют фантомным, что означает одновременную передачу питания и данных по одному проводу.
Кроме учета мощности, передаваемой непосредственно клиентскому устройству через порт, стоит учитывать общую мощность питания на коммутатор, или бюджет РоЕ.
Бюджет PoE
Любой коммутатор PoE имеет определённый запас (бюджет) мощности.
Максимальная потребляемая мощность подключаемых устройств не должна превышать бюджет PoE-коммутатора. Желательно выбирать коммутатор с большей мощностью, и брать с запасом на 20–30%, поскольку со временем продолжительная работа блока питания PoE будет составлять 70% от его номинала в благоприятных рабочих условиях (от 0°C до 50°C). А если блок питания находится в суровых условиях (температуры ниже 0°C или свыше 50°C), запланируйте снижение производительности на 40%.
В качестве примера рассмотрим следующий сценарий: коммутатор и его источник питания будут храниться в металлическом корпусе, подверженном воздействию прямых солнечных лучей. Зимой температура внутри корпуса может опускаться до -24° C, а летом – достигать 60° C. Принимая во внимание колебания температуры, ожидайте, что источник питания будет работать на 60% от своей номинальной мощности*.
*Номинальная мощность – это та мощность, которую прибор потребляет при нормальных условиях работы. Величина номинальной мощности измеряется в ваттах (Вт) и указывается на корпусе прибора или в инструкции к нему.
Самый правдивый прогноз падения производительности – 50%. Это означает, что нужно суммировать ожидаемую потребность в мощности и делить на 0,5 для получения бюджета PoE в Ваттах. Как говорится – не ошибёшься.
При подключении уже нескольких PoE-потребителей необходимо заранее рассчитать их совокупную мощность и сопоставить ее с бюджетом PoE-коммутатора, учитывая при этом мощность каждого PoE-потребителя в отдельности.
А что будет, если к коммутатору с PoEбюджетом менее 60 Вт подключить четыре камеры с максимальным потреблением 15 Вт каждая? В решении этого вопроса проявляется четкая разница между активным и пассивным PoE.
Коммутатор пассивного PoE не опрашивает питаемые устройства и не согласовывает их мощности. Он просто подает постоянное напряжение. Поэтому заработают все четыре камеры. Но работающий в режиме перегрузки коммутатор сразу или через некоторое время может сгореть.
Стандарты активного PoE позволяют более грамотно использовать оборудование. Перед подключением PoE-потребителей будет произведено их согласование: специальный резистор на плате питания у оборудования с активным PoE среагирует на их класс, и только после этого на каждом порту для подключенных устройств будет зарезервирован соответствующий запас мощности.
И четвертая камера в этом случае не заработает. Но активное PoE сохранит коммутатор от перегрузок.
У Passive PoE есть еще один недостаток – ограничение на удаленность подключаемых устройств.
Дальность PoE-подключения
При питании через PoE используется витая пара не ниже cat.5e.
Важно: проводники должны быть медными, а не омедненными**, толщиной не менее 0,51 мм (24 AWG). Сопротивление в проводниках не должно превышать 9,38 Ом/100 м.
**В омедненном кабеле высокочастотный сигнал с данными идет по поверхности жилы – по медному напылению. А электроэнергия – через сердцевину жилы. В сравнении с медью, сталь и алюминий – худшие проводники. Их сопротивление в 5,9 и 1,6 раз превышает сопротивление медного кабеля. Поэтому дальность PoE- подключения по омедненному кабелю резко падает.
Обычно на практике рекомендуют не использовать кабели длиной более 75 м.
Однако стандарты 802.3af и 802.3at говорят о поддержке 100 м, а при переходе на принудительный режим Long Range PoE дальность вовсе увеличивается до 250 м, но при этом оборудование снижает скорость передачи данных до 10 Мбит/с. Этот режим не подходит для нормальной работы точек доступа. А для датчиков и камер видеонаблюдения режим Long Range PoE может использоваться. Скорости 10 Мбит/с достаточно для передачи HD Video.
Оборудование Passive PoE имеет самую низкую дальность подключаемых PoE-потребителей – 30-60 метров.
Преимущества РоЕ
Что бы ни говорили, а 220 Вольт – это много. Это больно бьёт, это убивает... А вот 57 вольт (максимум для PoE) тоже бьет, но уже не так сильно. В некоторых организациях для того, чтобы сисадмин выполнял работу ещё и электрика, нужен специальный допуск. Регламентируется это всё теми же отраслевыми и региональными стандартами. А с PoE такого отродясь не знали. Слаботочка – она и есть слаботочка.
Техническому персоналу что в первую очередь нужно? Лишь бы работало. Но для удобства дальнейшего обслуживания и создания аккуратного вида очень желательно, чтобы «лишние» провода никуда не свисали. К этому особенно чувствительны разного рода проверяющие комиссии. А мы рады сообщить, что PoE от «лишних» проводов избавляет.
ИСПРОБУЙТЕ ВОЗМОЖНОСТИ POE ВМЕСТЕ GIGALINK
Например, если видеокамера или точка доступа закреплена под потолком, туда бывает сложно протянуть ещё и провод питания.
Применение PoE позволяет снять необходимость закупки и ремонта адаптеров питания или же обеспечения пользователей дополнительными розетками. Меньше узлов = меньше точек отказа = меньше звонков в техподдержку.
PoE позволяет временно отключать, включать или выполнять перезапуск (при зависании, обновлении или другой необходимости) устройства. Это удобно, если приходится работать удалённо или оборудование находится в труднодоступных местах. Особенно это полезно при работе с точками доступа, которые могут находиться на значительном расстоянии или вообще скрыты где-нибудь над фальш-потолком.
Какие минусы?
Действительно, стоит дороже. Особенно, если брать проверенное оборудование, а не полагаться на авось, покупая недорогие NoName решения.
Но даже при высокой стоимости на оборудование с PoE, его цена может быть гораздо ниже, чем организация «с нуля» дополнительной разветвленной кабельной системы для электропитания удаленных устройств.
При передаче низковольтного сигнала КПД, скажем так, будет не очень. Чем дальше от питающего устройства, тем меньше электрической мощности останется для питания потребителей. Остальное тратится на сопротивление и нагрев проводов. С местным питанием (не PoE) дело обстоит проще. Сунул блок питания в розетку и «пошла энергия, пошла…».
Нужно признать, что технология PoE имеет больше преимуществ, чем недостатков, что делает оборудование, поддерживающее ее, весьма привлекательным для добавления в сметы и проектную документацию.
Данная технология позволяет избежать ряда проблем с перенасыщенностью систем проводами, а также расширяет возможности любого системного администратора для дистанционного включения и отключения сетевых устройств. И хотя оборудование, работающее с PoE, не является самым доступным на рынке и требует к себе чуткого внимания, но оно точно стоит того, чтобы быть рассмотренным в качестве компонентов для современных, надежных и безопасных проектов.