Технологии PoE (Power over Ethernet). Подача питания по сетевому кабелю Ethernet
Технология PoE стала ответом на проблемы, возникшие при организации энергоснабжения компонентов информационных сетей: VoIP телефоны, точки беспроводного доступа, видеокамеры, сетевые маршрутизаторы, компоненты систем контроля доступа, наружные радиостанции со встроенными антеннами и т.д. Расположение устройств является неудобным или невыгодным с точки зрения монтажа силовых линий, тем не менее, на устройство необходимо подать постоянное напряжение, каждый канал питания должен соответствовать характеристикам потребителя по мощности, величине напряжения, максимальному и минимальному току. Кроме того, необходима защита от перегрузок, коротких замыканий, обрыва линии.
Проблему можно решить лобовой атакой – протянуть везде линии 220 В, и возле каждого устройства установить розетку с индивидуальным блоком питания, но такой метод совершенно нерационален, поэтому был выбран другой путь.
Идея РоЕ
На практике перечисленные выше устройства и устройства более высокого уровня (коммутаторы, контроллеры, компьютеры и т.п.) соединяются Ethernet-кабелем для передачи информации и сигналов управления. Для напряжения 220 В он не предназначен, но постоянное напряжение для питания электронных устройств по нему подать можно. Идея РоЕ как раз в этом и заключается, — в подаче постоянного напряжения питания по тому же самому Ethernet кабелю. Причем, для реализации совсем необязательно наличие свободных пар в кабеле.
Постоянное напряжение можно обеспечить по сигнальным линиям, поскольку есть способ разделить питание и сигналы. Для этого используются высокочастотные трансформаторы. В источнике постоянное напряжение прикладывается к их вторичной обмотке и отправляется в кабель. В потребителе постоянное напряжение снимается с первичной обмотки, а информационная часть, представляющая, по сути, переменное напряжение снимается со вторичной обмотки. Постоянный ток ничего в этой обмотке индуцировать не может, что и дает возможность разделить информацию и питание.
Лучшим вариантом является передача питания по двум витым информационным парам. В этом случае между проводами одной пары постоянного тока нет, что делает такую схему привлекательной. Напряжение подается на центральные точки вторичных обмоток трансформаторов источника, а снятие напряжения идет с центральных точек первичных обмоток приемника (см.рис.1). В такой схеме сводится на минимум взаимное влияние каждой из составляющих тока в линиях передачи.
Какие возможности обещает реализация этой идеи? Попробуем их перечислить:
- линия данных подводится к каждому устройству. Есть возможность подать питание индивидуально с учетом характеристик.
- появляется возможность управления режимом питания и диагностики. Т.е. фактически каждое устройство получит свой индивидуальный интеллектуальный источник питания без лишних линий на 220В.
- источники можно интегрировать в компоненты более высокого уровня (коммутаторы, контроллеры, компьютеры).
В результате мы получаем новую философию энергоснабжения – питание через сеть. Это и есть РоЕ.
Чем приходится платить за преимущества? Цена невелика, — устройства должны поддерживать технологию РоЕ.
Стандарты и технология РоЕ
Главную роль в создании технологии РоЕ сыграла стандартизация. Все слаботочные сети уже давно строятся из стандартных компонентов. В частности, по стандартам сетей Ethernet для проводных линий связи между устройствами используется унифицированный кабель с витыми парами проводников.
В устаревших вариантах это был кабель с двумя парами, в более современных сетях применяется 4-х парный кабель (категория 3 или 5). Кабель универсальный с фиксированной расцветкой проводников в парах. В Ethernet унифицирован не только кабель, но и разъемы, соответственно стандартизирована и разводка проводников по контактам разъемов (распиновка).
Все это дало возможность создать стандартные системы питания с использованием стандартных сетевых компонентов.
В настоящее время наиболее широкое распространение получили схемы РоЕ, соответствующие стандартам IEEE802.3af и IEEE802.3at («РоЕ плюс»). Прежде чем перейти к протоколам подключения и описанию типовых представителей этой технологии, рассмотрим схемы подключения питания.
PoE питание: что такое Power Over Ethernet, поддержка, подключение и распиновка RJ45
ВНИМАНИЕ! Советую прочесть статью от начала и до конца, даже если вам кажется, что вы все знаете, и вам нужна только распиновка. Как оказалось, многие инженеры не знают некоторые мелкие нюансы и детали, которые потом выливаются в проблемы с подключением и питанием.
Всем привет! Сегодня мы рассмотрим все возможные технологии PoE. Начнем с вопроса – а что это вообще такое? Power-over-Ethernet (Расшифровка) – это технология, которая была создана в местах, где невозможно провести выделенную розетку для устройств. Часто используется в IP-телефонии и на камерах видеонаблюдения. Питание идет по-обычному Ethernet проводу, а в качестве источника – выделенный PoE порт на коммутаторе или маршрутизаторе.
Примитивную схему подключения вы можете посмотреть на картинке ниже. Есть также исключения, о которых я расскажу чуть подробнее дальше.
Если посмотреть на схему выше, то у видеокамер мы не видим отдельных проводов для питания, потому что ток идет из LAN порта.
Распиновка PoE и UPoE
Кабель для PoE – лучше использовать обычный (Ethernet) категории CAT 5E (и выше) и стандартный коннектор RJ45. Более подробно по кабелям – смотрите в следующей главе.
ПРИМЕЧАНИЕ! Для 802.3bt используется все та же обжимка, и при этом каждая из жил передает ток – смотрим на последний столбец.
Давайте разберем также и пассивное питание (Passive) – данный способ необходим, если вы собираетесь подключать устройство, у которого нет ПоЕ входного порта (есть вход для питания и обычный LAN).
Рассмотрим пример на картинке ниже. У нас есть PoE коммутатор, к которому мы должны подключить IP-камеру без ПоЕ входного порта. Тогда мы можем использовать PoE сплиттер.
Если сплиттера нет, то можно просто припаять к выходным питательным жилам выходной кабель. Входной при этом можно не использовать и обжать его по-обычному PoE стандарту.
ПРИМЕЧАНИЕ! При использовании пассивного подключения максимальное расстояние кабеля не должно превышать 50 метров.
Также хочу рассказать про PoE инжектор – это устройство используется, если нужно питать устройство от коммутатора без PoE портов. Внизу представлен пример использования обычного коммутатора, PoE инжектора и конечного устройства с данным портом.
Для сравнения посмотрите ещё раз на использование сплиттера. Обратите внимание на передачу данных и питания.
Ещё один важный момент – если ваш источник имеет подключение по 10Base-T или 100Base-TX и использует только 4 жилы, то данный коммутатор или маршрутизатор должен поддерживать метод подключения «А» или «В».
На инжекторе данную информацию можно посмотреть на этикетке:
ПРИМЕЧАНИЕ! Также смотрите на таблицу, которую я привел в самом начале главы.
Но если вы подключаете все 8 жил (1000 Мбит в секунду), то без разницы какой тип поддерживается инжектором, так как будет работать все 8 проводков.
ПРИМЕЧАНИЕ! Бояться, что вы сделаете что-то не так – не стоит, устройство просто не будет включаться. Спалить конечный аппарат вы не сможете, так как перед подачей питания инжектор или коммутатор отправляет проверочный сигнал. Ещё раз повторюсь, что если вы что-то не так подключили или обжали, то оборудование просто не будет работать.
Как подается питание
Питание по PoE подается именно по обычному сетевому кабелю. В первую очередь сам выходной порт должен поддерживать данную функцию. Далее по кабелю идет проверочный сигнал, который определяет – поддерживает ли конечное устройство ПоЕ или нет. Для этого подается напряжение от 2,8 до 10В.
Проверяется сопротивление входящего порта. Если все хорошо, то далее подается питание на порт, для того чтобы понять к какому классу относится само устройство.
| Классификация | Вт на порт PoE | Вт на устройство |
| 0 | 15,3 | от 0,43 до 12,94 |
| 1 | 4,4 | от 0,43 до 3,83 |
| 2 | 6,9 | от 3,83 до 6,48 |
| 3 | 15,3 | от 6,48 до 12,94 |
| 4 | 29 | от 12,94 до 25,4 |
Как только класс определен подается питание 48 Вт.
СПРАВКА! Фронт нарастание не должен превышать 400мс.
Есть также некоторые ограничения, при котором питание полностью прекратится:
- Потребление тока превышает параметра 400 мА в течение 100 мс.
- Если потребление, наоборот, меньше 5 мА в течение пол секунды.
- Сопротивление превышает 1980 кОм – это нужно для того, чтобы кабель «не засветился».
Стандарты
| Питание | IEEE 802.3af | IEEE 802.3at (High PoE) |
| Диапазон напряжения конечного аппарата (постоянного тока) | от 36 до 57 V (номинальное 48V) | от 42,5 до 57 V |
| Диапазон напряжения исходящего порта (в Вольтах) | от 44 до 57 V | от 50 до 57 V |
| Макс. мощность исходящего порта | 15,4 Вт | 30 Вт |
| Макс. Мощность от конечного устройства | 12,95 Вт | 25,50 Вт |
| Макс. ток | 350 mA | 600 mA |
| Макс. Сопротивление жилы | 20 Ом (для cat.3) | 12,5 Ом (для cat.5) |
| Классы устройств | 0-3 | 0-4 |
| Стандарты провода | До CAT 3 | CAT 5 |
| Сила тока (А) | 0,34 | До 0,59 |
| Выходное напряжение инжектора (В) | 45-56 | 51-56 |
| Входное напряжение устройства питания (В) | 38-56 | 42,6-56,9 |
| Максимальное энергопотребление | Класс 0 – 3Вт |
ПоЕ (IEEE 802.3af) и PoE+( IEEE 802.3at) как видно из таблицы в корне отличаются. Более продвинутый стандарт может выдавать мощность до 30 Вт, по сравнению с 15,4. Поэтому PoE+ может питать более крупные устройства. При этом используется уже современный и довольно распространённый кабель Cat 5.