Kilka słów o PoE – standard IEE802.3af oraz IEE802.3at

TELEWIZJA PRZEMYSŁOWA
Kilka słów o PoE
– standard IEE802.3af
oraz IEE802.3at
Kamil
Nalepa
Imię Nazwisko
Dipol
Co to jest PoE?
PoE (Power over Ethernet) jest nazwą
zestawów metod, które pozwalają zasilić
sprzęt sieciowy poprzez skrętkę komputerową przy równoczesnym przesyle danych.
Możliwe jest zasilanie takich urządzeń,
jak kamery, telefony, przełączniki, punkty
dostępowe itp. W 2003 r. organizacja IEEE
ustanowiła standard zasilania PoE 802.3af,
który został zmodernizowany w 2009 r.
do standardu 802.3at. Rozróżnia on typ
pierwszy (wcześniejszy 802.3af) i typ drugi
o maksymalnej przesyłanej mocy 30 W.
Daje on możliwość prawie dwukrotnego
zwiększenia mocy zasilanych urządzeń.
Dzięki temu kamery z mocnymi oświetlaczami podczerwieni, telefony IP czy drukarki sieciowe można zasilać po skrętce.
Do najważniejszych cech metod PoE
można zaliczyć:
x transmisja zasilania i danych przez
jeden przewód zmniejsza koszty okablowania i instalacji
x gwarantowany minimalny zasięg 100
m przy użyciu odpowiedniego okablowania
x wysokie bezpieczeństwo dzięki transmisji niskiego napięcia oraz procedurom badania łącza i urządzenia
x zabezpieczenia przed podłączeniem
napięcia do urządzeń niezgodnych
ze standardem
x łatwość instalacji
x wsteczna kompatybilność ze starszymi wersjami
Tabela przedstawia porównanie najważniejszych parametrów obu standardów:
Cecha/standard
Moc wyjściowa zasilacza (W)
Minimalna moc dostępna dla urządzenia
końcowego (W)
Napięcie wyjściowe zasilacza (V)
Napięcie dostępne dla urządzenia końcowego (V)
Maksymalny prąd (mA)
Kompatybilne standardy sieci
Minimalny zasięg (m)
Okablowanie
802.3af (802.3at typ 1)
15,4
802.3at typ 2 (PoE+)
30*
12,95
25,5*
44-57
37-57
350
10BASE-T, 100BASE-TX oraz
1000BASE-T
100
Skrętka min. kat. 3
50-57
42,5-57
600
10BASE-T, 100BASE-TX oraz
1000BASE-T
100
Skrętka min. kat. 5
* Niektóre firmy stworzyły implementację standardu z wykorzystaniem do przesyłu zasilania 4 par (np. UPoE firmy Cisco). Pozwala to zwiększyć
maksymalną moc wyjściową z zasilacza do 60 W, co daje 51 W dostępnych dla urządzeń zasilających.
6 TWIERDZA 2/2014
TELEWIZJA PRZEMYSŁOWA
Topologia
Z uwagi na miejsce w torze transmisyjnym, gdzie zasilanie jest dołączane
do danych, można wyróżnić dwie grupy
urządzeń zasilających: switche z PoE
(endspam) oraz adaptery PoE (midspam).
Ze względu na przesyłaną moc i prędkość transmisji standard 802.3at przewiduje dwa typy urządzeń:
x typ 1 – zawiera urządzenia zgodne
ze standardem 802.3af, wykorzystujące do przesyłu napięcia dwie pary
przewodów; moc wyjściowa 12,95
W, wymagana jest skrętka min. kat.
3
x typ 2 – moc wyjściowa 30 W; wymagana skrętka min. kat. 5.
Oprócz tego 802.3at definiuje dwa sposoby przesyłania zasilania:
x opcja A – zasilanie przesyłane łącznie z danymi na parach 1/2 oraz 3/6
x opcja B – zasilanie przesyłane przez
wolne pary 4/5 and 7/8.
Urządzenie zasilające „wybiera” sposób przesyłania zasilania. Urządzenie
zasilane musi obsługiwać oba sposoby
przesyłu napięcia, jednak jak okazuje
się w praktyce, nie wszystkie urządzenia końcowe są w pełni zgodne ze standardem. Może to być powodem braku
kompatybilności z częścią urządzeń zasilających.
Testowanie połączenia
i klasyfikacja urządzeń zasilanych
Standard PoE został zoptymalizowany
pod kątem bezpieczeństwa użytkowania. Oprócz zapewniania bezpiecznego zakresu napięć, urządzenia muszą
komunikować się według ustalonych
procedur. Przed podaniem wysokiego
napięcia urządzenie zasilające testuje
połączenie. Testując prądem o małym
natężeniu (do 5 mA), szuka charakterystycznej rezystancji – około 25
kȍ. Dzięki temu urządzenia mogą się
rozpoznać. Zasilające stale monitoruje
połączenie, aby upewnić się, czy jest
nadal podłączone i wymaga dostarczania napięcia. Oprócz tego procedura
ta pozwala sprawdzić ciągłość linii zasilającej.
Klasyfikacja urządzeń jest opcjonalna w standardzie 802.3af. Zapewnia
ona przydatną informację o zapotrzebowaniu urządzenia na moc. Podział
na klasy jest dokonywany w oparciu
o pomiar prądu płynącego podczas
testowania połączenia. Urządzenia zasilania mogą być w jednej z czterech klas
opisanych poniżej.
Schemat połączeń zasilania w urządzeniu zasilającym typu switch z PoE (endspam) oraz urządzeniu zasilanym w standardzie 802.3af (802.3at typ 1). Kolor fioletowy – opcja A, żółty – opcja B
Schemat połączeń zasilania w urządzeniu zasilającym typu adapter PoE (midspam) oraz urządzeniu zasilanym w standardzie 802.3af (802.3at typ 1). Kolor fioletowy – opcja A, żółty – opcja B
Schemat połączeń zasilania w urządzeniu zasilającym typu switch z PoE (endspam) oraz urządzeniu zasilanym w standardzie 802.3at typ 2 (PoE+). Kolor fioletowy – opcja A, żółty – opcja B
TWIERDZA 2/2014
7
TELEWIZJA PRZEMYSŁOWA
Klasa
Moc wyjściowa
zasilacza (W)
Moc
urządzenia
końcowego
(W)
0
15,4
0,44-12,95
1
4,0
0,44-3,84
2
7,0
3,84-6,49
3
15,4
6,49-12,95
4
30
12,95-25,5
W standardzie 802.3at urządzenia komunikują się również w 2. warstwie (łącza
danych modelu OSI). Wykorzystują do tego
protokół LLDP-MED (rozszerzona wersja
protokołu automatycznego wykrywania
urządzeń). Dzięki takiej komunikacji możliwe
do ustalenia jest faktyczne zapotrzebowanie
na moc z dokładnością do 1,11 W. Urządzenie zasilające co określony czas przesyła informację na temat zapotrzebowania na moc.
Schemat połączeń zasilania w urządzeniu zasilającym typu adapter PoE (midspam) oraz urządzeniu zasilanym w standardzie 802.3at typ 1 (PoE+). Kolor fioletowy – opcja A, żółty – opcja B
Pasywne PoE
– czy to jeszcze PoE?
Pasywne PoE polega na przesłaniu napięcia zasilania przez wybrane żyły kabla
sieciowego. Napięcie może zostać podłączone bezpośrednio do urządzenia lub
„wyciągnięte” przez specjalne adaptery.
Nie istnieje żadna komunikacja między
urządzeniem zasilającym a zasilanym.
Napięcie jest dostarczane w sposób ciągły. Schemat zasilania zwykle odpowiada
temu z IEEE 802.3af opcji B. Czyli napięcie
przesłane na wolnych parach, na żyłach
4/5 przesyłany jest (+), a 7/8 (-). Prędkość
transmisji jest ograniczona do 100 Mbit/s.
Istnieją urządzenia zasilające, które mogą
pracować w sieci 1000 Mbit/s. Mają transformatory, które umożliwiają przesłanie
napięcia razem z danymi (jak w 802.3af
opcja A). Tego typu rozwiązanie jest niezgodne ze standardem i nie jest polecane
przy realizacji profesjonalnych sieci.
8 TWIERDZA 2/2014
Schemat połączeń zasilania w urządzeniu zasilającym niezgodnym ze standardem (adapter PoE
pasywny) oraz urządzeniu zasilanym