Меню

Устройство подачи питания через сеть ethernet



Подача питания по Ethernet (Power over Ethernet, PoE)

Если все электрооборудование, начиная с телефонов и заканчивая электробритвами, потенциально может получать питание по кабелям передачи данных, то возникает вопрос: как это сделать наилучшим образом? В настоящее время ведутся работы по созданию стандарта IEEE 802.3 af, в котором описываются два способа подачи питания к устройствам, подключенным к сети Ethernet (устройствам PoE). Оборудование PSE (power sourcing equipment – оборудование, обеспечивающее питание) может располагаться либо в промежуточной точке, либо на конце сегмента. Различие между этими типами четко описано в стандарте.

Если все электрооборудование, начиная с телефонов и заканчивая электробритвами, потенциально может получать питание по кабелям передачи данных, то возникает вопрос: как это сделать наилучшим образом? В настоящее время ведутся работы по созданию стандарта IEEE 802.3 af, в котором описываются два способа подачи питания к устройствам, подключенным к сети Ethernet (устройствам PoE). Оборудование PSE (power sourcing equipment – оборудование, обеспечивающее питание) может располагаться либо в промежуточной точке, либо на конце сегмента. Различие между этими типами четко описано в стандарте. Вот ключевые пункты стандарта IEEE 802.3af в описании подачи питания PoE:

  • Питание подается по кабелям передачи данных
  • Питающие устройства могут располагаться в разных участках системы: канал может быть запитан от промежуточного устройства или от устройства, встроенного непосредственно в коммутатор на конце сегмента
  • Питание, подаваемое с таких конечных устройств, может задействовать те же пары кабеля, по которым передаются данные
  • Питание, подаваемое промежуточными устройствами, созданными на основе действующего стандарта, как правило, задействует свободные пары, которые не используются в передаче данных
  • Потенциал энергоснабжения:
  • Абсолютный предел 500 мА, максимально допустимый ток 450 мА с запасом надежности в 50 мА (охранное кольцо)
  • Напряжение на порту 44 В (при максимуме в 48 В)
  • Максимально допустимое сопротивление кабеля 20 Ом по замкнутой петле из двух проводников
  • Дополнительное падение напряжения на кабеле 7 В – при прохождении максимального тока на питаемое оборудование подается 37 В
  • 37 В*350 мА = 12.95 Вт (максимальная мощность, подаваемая на запитываемое устройство PD, Powered Device)
  • PSE (оборудование, обеспечивающее питание) должно быть способно само распознать, какое устройство подключено на конце – стандартное или запитываемое, и отключить подачу питания, если в нем нет необходимости

При питании от промежуточных устройств такое запитывающее оборудование будет находиться между коммутатором и конечным устройством. Как правило, такие промежуточные устройства подают мощность на конечное устройство по двум кабельным парам, не задействованным в передаче данных. Следовательно, для работы суммарно требуется четыре пары. Преимущество от использования таких промежуточных устройств заключаются в том, что сеть не нужно модернизировать для использования PoE.

Недостаток текущих стандартов, использующих промежуточные устройства, состоит в том, что они требуют для подачи питания две пары, которые нельзя использовать для других целей. Если для работы самой сети нужно использовать все четыре пары, это создаст серьезные проблемы. Такие промежуточные устройства могут поддерживать только те приложения передачи данных, в которых передача информации осуществляется лишь по двум парам – например, 10BASE-T и 100BASE-T. Это ограничивает максимальную скорость передачи данных значением в 100 Мбит/с, что существенно замедлит работу в современных сетях, где уже широко используются гигабитные скорости в горизонтальном сегменте, в том числе и для приложений VoIP. Большинству промежуточных устройств потребуется также дополнительное место в стойке и дополнительные подключения к системам бесперебойного питания UPS, а также дополнительные подключения к сети для общего управления. Это увеличивает уязвимость системы, так как в ней больше потенциальных точек сбоя.

Существуют такие промежуточные устройства как запитанные патч-панели, в них встроены питающие модули. Преимущество состоит в том, что используется меньшее пространство в стойке. Но если такое устройство даст сбой, то потребуется перекоммутация на другой порт питания. Это добавит затрат на монтаж, на труд персонала. Кроме того, запитанные патч-панели требуют дополнительного подключения к UPS, а также к сети, если используется общее сетевое управление. Возможно, в будущем придется перезаделывать все порты, если (когда) системе потребуется более высокий уровень питания, а это приведет к еще большим дополнительным трудовым затратам. Если к сети будут добавляться устройства, требующие питания, то их подключение потребует провести серьезную реорганизацию подключений в телекоммуникационном шкафу. Для конечных пользователей, не имеющих квалифицированного персонала, это может оказаться совершенно неприемлемым, поскольку им придется вызывать специалистов из обслуживающей компании каждый раз, когда потребуется подключение электропитания к очередному устройству. Запитанные патч-панели потребуют замены целиком или замены только питающих модулей, если этот принцип будет использован и в гигабитных сетях.

Читайте также:  Питание при аденокарциноме простаты

Другой вариант подачи питания на конечные устройства PoE – это запитывание устройств самим коммутатором. Он способен подавать стандартное питание для гигабитных и 10-гигабитных устройств по тем же парам, которые используются для передачи данных. Чипы постоянно дешевеют, так что такой вариант становится вполне приемлемым по цене. Кроме того, подключение к UPS нужно только самому коммутатору, и в результате экономятся значительные средства, так как нет нужды подключать к источникам бесперебойного питания промежуточные устройства.

Существует несколько положительных моментов в таком способе подачи питания. Кроме того, что подача энергии на гигабитные устройства идет по тем же парам, что используются в передаче данных, такие коммутаторы потенциально расширяемы, они могут подавать питание на увеличившееся количество оконечных подключений. Питанием можно управлять: его можно уменьшать, если необходимости в большой мощности нет; можно подавать именно ту мощность, которая требуется, а не обязательно 12.95 Вт. Это позволяет экономить электроэнергию, снижать расходы при полном сохранении функциональности и работоспособности системы. В стойке не расходуется никакое дополнительное пространство, нет лишних подключений к источникам бесперебойного питания, обеспечивается только гарантированное питание самому коммутатору – для этого подбирается источник бесперебойного питания с соответствующей емкостью батарей. В системе не увеличивается количество потенциальных точек сбоя, для коммутации запитанных или незапитанных портов используются одинаковые патч-шнуры.

Power over Ethernet Plus – питание по Ethernet «плюс» – это новая рабочая группа в рамках института IEEE. Ее цель – проанализировать, будет ли пригоден для гигабитных приложений подход, использующий промежуточные устройства, или от него следует отказаться окончательно; решить, как увеличить мощность, подаваемую по кабелям передачи данных, до 30 Вт. До завершения работ над стандартом остается 2-3 года. В данный момент проводятся консультации с несколькими поставщиками, работающими в этой области, и, возможно, проект стандарта претерпит несколько циклов изменения до того момента, как будет принят окончательно. В итоге ноутбуки, точки беспроводного доступа и панорамные камеры IP смогут получать питание по кабелям передачи данных.

Компания Siemon рекомендует использовать для запитывания соответствующие коммутаторы, так как это позволяет обеспечить максимальную отдачу инвестиций в оборудование (особенно если учесть затраты на модернизацию), а также оставляет меньшее количество потенциальных точек сбоя, чем другие методы. Для тех заказчиков, которые не имеют возможности использовать такие коммутаторы, останется только вариант применения промежуточных устройств – и для сетевого оборудования, и для IP-телефонов – но это все же следует рассматривать как временное решение.

Все структурированные кабельные системы Siemon пригодны для подачи питания по Ethernet (Power over Ethernet, PoE) в полном соответствии со стандартом 802.3 af. Наши специалисты участвуют в работе института IEEE и гарантируют пригодность наших кабельных систем также и для приложений по будущему стандарту Ethernet Plus.

Источник

Питание через Ethernet (PoE) для видеонаблюдения

Стандарт Power over Ethernet

В июне 2003 г. Институт IEEE выпустил стандарт IEEE 802.3af — питание через Ethernet (Power over Ethernet, PoE). Текущая спецификация технологии PoE описывает работу Ethernet-оборудования, состоящего из двух частей: адаптера-инжектора, служащего для ввода электропитания в линию, где осуществляется передача данных по технологии Ethernet и адаптера-сплиттера (разделителя), который отделяет цифровые данные от электропитания и подает их на два разных выхода. В стандарте IEEE 802.3af инжектор и/или оборудование Ethernet, имеющее в своём составе функцию ввода электропитания в кабель, назвали Power Source Equipment (PSE), а сплиттер и/или устройство, питаемое через Ethernet линию, назвали Powered Device, (PD).

Стандарт предусматривает подачу по витой паре постоянного напряжения 48 Вольт и максимальную потребляемую мощность 15.4 Ватт. Эта технология работает с существующей кабельной системой, включая кабели категории 5 без необходимости внесения каких-либо модификаций в существующую СКС (структурированная кабельная сеть).

Принцип работы адаптеров PoE

Технология Power over Ethernet не оказывает влияния на качество передачи данных. Для ее реализации используются свойства физического уровня Ethernet:
А) Использование высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток.
Постоянное напряжение питания подается на центральные отводы вторичных обмоток этих трансформаторов, и так же с центральных отводов снимается на приемной стороне. Использование центральных отводов сигнальных трансформаторов позволяет без взаимного влияния, передавать по одной паре проводов и высокочастотные данные и постоянное напряжение питания.
В) Использование свободных пар для подключения питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100Base-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.

Читайте также:  Правильное питание для тех у кого изжога

Соответственно есть два варианта подачи питания PSE адаптером PoE:
A – на витые пары по которым идут данные (пример), рис. 1
B – на неиспользуемые пары в кабеле (пример), рис. 2

Как видно из рисунков 1 и 2 PSE адаптеры PoE (PoE инжекторы) отличаются, в зависимости от вариантов А или В, при этом сплиттеры, т.е. PD адаптеры PoE, являются универсальными. PD адаптер PoE обязан уметь принимать питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель типа компьютер – компьютер).
Важным является то обстоятельство, что PSE адаптер PoE подает питание в кабель, только в том случае если подключаемое оборудование является устройством типа PD. Таким образом, оборудование, не поддерживающее стандарт PoE и случайно подключенное к адаптеру PSE, не будет выведено из строя. Процедура подачи и отключения питания на кабель состоит из нескольких этапов.

Этап определения подключения.


Этап “определения подключения” служит для того чтобы определить, является ли оборудование, подключенное на противоположном конце кабеля устройством типа PD.
На этом этапе PSE адаптер PoE подает на кабель напряжение от 2.8 до 10 B и определяет параметры входного сопротивления подключаемого оборудования. Для устройства PD — это сопротивление от 19 до 26.5 ком с параллельно подключенным конденсатором емкостью от 0 до 150 nF. Только после проверки соответствия параметров входного сопротивления, PSE адаптер PoE переходит к следующему этапу – этапу классификации, в противном случае PSE повторно, через время не менее 2ms, переходит к этапу “определения подключения”.

Этап классификации.

После этапа определения подключения, PSE адаптер PoE может дополнительно выполнять этап классификации. Этап классификации служит для определения диапазона мощности, которую может потреблять устройство PD, чтобы затем контролировать эту мощность.
Каждому устройству PD в зависимости от заявленной потребляемой мощности будет присвоен класс от 0 до 4. Максимальный диапазон мощностей имеет класс 0. Класс 4 зарезервирован стандартом для дальнейшего развития.
PSE адаптер PoE может снять напряжение с кабеля, если устройство PD стало потреблять мощность большую, чем ту, которую объявило во время этапа классификации. Классификация выполняется путём введения в кабель PSE адаптером PoE напряжения от 14.5 В до 20.5 В и измерения тока в линии.

Этап подачи полного напряжения.

После прохождения этапов определения и классификации PSE адаптер PoE подает в кабель напряжение 48 В с фронтом нарастания не быстрее, чем 400 ms.
После подачи полного напряжения на устройство PD, PSE адаптер PoE осуществляет контроль за его работой двумя способами.
1) Если устройство PD в течение 400 ms будет потреблять ток меньше 5 ma, то PSE адаптер PoE снимает питание с кабеля.
2) Адаптер PSE подает в кабель напряжение частотой 500 Гц амплитудой 1.9 – 5.0 В и вычисляет входное сопротивление. Если это сопротивление будет больше, чем 1980 кОм в течение 400 ms, то PSE адаптер PoE снимает питание с кабеля.

Кроме того, PSE адаптер PoE непрерывно следит за током перегрузки. Если устройство PD будет потреблять ток в течение 75 ms более 400 mA , то PSE снимет питание с кабеля.

Этап отключения.

Источник

Технология Power over Ethernet

Power over Ethernet, или PoE — технология, позволяющая передавать удалённому устройству вместе с данными электрическую энергию через стандартную витую пару в сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, Web-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.

Отукуда сразу же становится понятно с какой целью изобреталась данная технология — кому охота тащить питающий кабель до веб-камеры или VoIP девайса, тем самым и так увеличивая кабельное хозяйство офиса или дома.
Правда кидаться внедрять PoE везде и всюду надо внимательно, т.к. это внедрение требует пересмотра вопросов электропитания и охлаждения (естественно речь идет о промышленном внедрении)

Если не принять в расчет возросшие потребности в мощности энергоснабжения и охлаждения, то следует быть готовым к непредвиденным отключениям и нарушениям в работе оборудования. Поскольку PoE обычно применяется в системах связи и контроля доступа, негативный эффект от таких отключений особенно заметен.

Как подается питание в линию?

Для подачи энергии в сеть Ethernet предусмотрены следующие методы:

  • коммутатор с подачей напряжения в линию;
  • «инжектор питания», устанавливаемый между коммутатором и кроссом;
  • кросс с подачей напряжения в линию;
  • «инжектор питания» для одной линии (последний обеспечивает питание РоЕ-совместимых устройств в сетях, лишенных такой поддержки)

Технология PoE не оказывает влияния на качество передачи данных. Для ее реализации используются свойства физического уровня Ethernet:

А) Использование высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток. Постоянное напряжение питания подается на центральные отводы вторичных обмоток этих трансформаторов, и так же с центральных отводов снимается на приемной стороне. Использование центральных отводов сигнальных трансформаторов позволяет без взаимного влияния, передавать по одной паре проводов и высокочастотные данные и постоянное напряжение питания.

В) Использование свободных пар для подключения питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100Base-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.

Соответственно есть два варианта подачи питания устройством PSE:

  • A — на витые пары по которым идут данные
  • B — на неиспользуемые пары в кабеле

PSE устройства (инжекторы) отличаются, в зависимости от вариантов А или В, при этом сплиттеры, то есть PD устройства, являются универсальными. Устройство PD обязано уметь принимать питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель типа компьютер — компьютер). Важным является то обстоятельство, что устройство PSE подает питание в кабель только в том случае, если подключаемое устройство является устройством типа PD. Таким образом, оборудование, не поддерживающее стандарт PoE и случайно подключенное к устройству PSE, не будет выведено из строя. Процедура подачи и отключения питания на кабель состоит из нескольких этапов.

Предельно допустимый уровень мощности порядка 15-16 Вт на порт при токе 350мА и напряжении 48В, исходя из этих ограничений вырисовывается список устройств, который может запитываться по этой технологии.
Типичный IP-телефон потребляет до 5 Вт энергии, IP-телефон с поддержкой видео, как и считыватель меток RFID или фиксированная камера видеонаблюдения, — 10-12 Вт, беспроводная точка доступа, считыватель карт или электромеханический замок — от 8 до 12 Вт.

Находящаяся на стадии разработки версия стандарта PoE+ (IEEE 802.3at) позволит подключать устройства с энергопотреблением до 30 Вт при передаче данных по двум парам (10BaseT и 100BaseTX) и оборудование мощностью до 60 Вт в случае передачи по всем четырем парам (для гигабитного Ethernet 1000BaseT). Таким образом, точки доступа Wireless Mesh Network мощностью до 50 Вт, управляемые камеры видеонаблюдения с энергопотреблением до 20 Вт и другие достаточно мощные устройства смогут получать питание по одному проводу.

На что следует обратить внимание при внедрении PoE в корпоративной сети?

Допустим наш офис насчитывает 50 машин. Имеется два 48-портовых коммутатора и «инжектор» для подачи напряжения на устройства с поддержкой PoE. И, предположим, что наши устройства потребуют не более 7Вт по мощности.

Без использования технологии PoE энергопотребление коммутационного оборудования малого офиса не превысит 90 Вт. Для поддержки такой нагрузки достаточно ИБП мощностью 500 Вт/750 ВА.
Однако если мы запитаем от ИБП всё телекоммуникационное оборудование, веб-камеры и другое дополнительное оборудование, то нам придется учесть увеличившуюся нагрузку (для малого офиса на 50 активных устройств она увеличится примерно в 6 раз)на ИБП, что может повлечь за собой замену ИБП на более мощный аналог.
Также, возможно, придется выполнять расчет тепловыделения, т.к. новый ИБП в режиме заряда батарей будет выделять больше тепла.

Источник