Power over Ethernet (PoE) є технологією, що забезпечує подачу електричної енергії разом з даними по мережевій інфраструктурі Ethernet. Вперше технологія PoE була розроблена для спрощення розгортання телефонів VoIP та виключення необхідності додаткового джерела електроживлення на самому телефоні. З того часу ця технологія відіграє важливу роль у збільшенні числа підключених до мережі пристроїв, особливо в тих випадках, коли в місці встановлення таких пристроїв складно чи дорого встановити додаткові електричні розетки. Технологія PoE забезпечує розширення мереж Wi-Fi за рахунок використання активних точок доступу та систем IP-спостереження за рахунок використання активних камер. З урахуванням прогнозованого зростання числа пристроїв IoT (Інтернету речей) у поєднанні з нещодавно затвердженими у стандарті 802.3bt (4PPoE) вищими рівнями потужності правильність функціонування систем PoE стає критично важливою.
Коли передачу даних та подачу електроживлення забезпечує єдина кабельна інфраструктура, без хорошого проектування та правильних методів перевірки багато що може піти не так. Обов'язковими умовами для безперешкодного розгортання є глибокі знання специфікацій електроживлення та передачі даних для пристроїв, що розгортаються, а також розуміння характеристик існуючої або нової кабельної інфраструктури, яка буде використовуватися для з'єднання пристроїв і джерел електроживлення.
У цій статті описано технологію PoE, включаючи нещодавно прийняту специфікацію IEEE 802.3bt, також відому як PoE++ або 4PPoE (PoE по чотирьох парах). Тут можна буде знайти відповіді на такі запитання:
- Як працює технологія PoE?
- Які особливості розгортання систем PoE, особливо у разі збільшення потреби в електричній потужності?
- Чи існують стандартні перевірені методики для перевірки та усунення несправностей під час розгортання?
Типи обладнання PoE
Перш ніж поринути у розгляд технології PoE, важливо усвідомити кілька ключових термінів:
На малюнку нижче показані конфігурації електроживлення End-Span та Mid-Span для PSE. Обладнання End-Span зазвичай використовується в нових установках, коли потрібні й інші оновлення комутатора (наприклад, перехід на технологію 1000-BaseT). Розгортання комутатора PoE забезпечить більш зручну подачу електроживлення у вашій мережі та додасть менше потенційних точок несправностей та складнощів, ніж у разі конфігурації Mid-Span.
Конфігурація Mid-Span використовується, коли комутатор, який навіть і не підтримує технологію PoE, замінювати небажано, а в мережу необхідно додати тільки подачу електроживлення, зазвичай за допомогою PoE інжектора. При використанні абсолютно пасивного джерела електроживлення Mid-Span в лінії передачі даних максимальна відстань між комутатором та пристроєм PD, як і раніше, повинна бути менше 100 метрів. Деякі джерела Mid-Span можуть отримувати електроживлення від кінцевого пристрою PoE і працювати як повторювач сигналу для збільшення відстані між пристроєм PD і комутатором за межі встановленого обмеження в 100 метрів.
Типи джерел PSE.
Стандарти та сумісність PoE
З часом стандарти PoE еволюціонували, забезпечуючи подачу дедалі вищої потужності для задоволення вимог нових додатків. Це призвело до появи складного різноманіття продуктів PoE, що базуються на стандартах, так і тих, що є достандартними реалізаціями. Ці численні реалізації розрізняються функціонально, пропонованими рівнями напруги, рівнями потужності, керуванням подачею живлення та класифікацією. Через велику різноманітність представленого на ринку обладнання PSE та PD тягар вибору правильного обладнання та перевірки сумісності лягає на споживача. Пристрої PD, що вимагають більш високої електричної потужності, наприклад, камери PTZ з підігрівом для систем вуличного відеоспостереження, відрізняються тим, що мають вимоги до електроживлення, що змінюються, наприклад, для режимів очікування і активного стану. Успішне розгортання систем PoE вимагає від інсталятора розуміння цього різноманіття та врахування максимальної потужності, що необхідна для пристроїв PD.
Нижче наведено чотири типи PoE, які задані стандартом IEEE. Новий стандарт IEEE 802.3bt забезпечує найвищий рівень максимальної потужності, що підходить для електроживлення кіосків та освітлення. Існують також нестандартні реалізації PoE, такі як подача живлення 12 або 24 В постійного струму для камер відеоспостереження та точок доступу конкретного виробника.
Питання розгортання PoE
Загальна перевага технології PoE полягає у спрощенні розгортання пристроїв, що підключаються до мережі. При розгортанні системи PoE необхідно враховувати принцип доставки, типи/класи та керування електроживленням.
Доставка електроенергії
Для подачі електроживлення постійного струму на пристрої, що підтримують технологію PoE, використовуються дві або чотири виті пари стандартного кабелю Ethernet. Живлення PoE подається по провідникам передачі даних шляхом прикладання до кожної пари синфазної напруги. Оскільки в витій парі Ethernet для передачі даних використовується диференціальна сигналізація, це не завадить передачі даних, поки дотримуються наступні правила:
- Електроживлення PoE подається по витій парі кабелю через роз'єм RJ45 відповідно до схеми розведення проводів, яку визначено в стандарті IEEE 802.3 Ethernet.
- Напруги на двох провідниках у парі мають однаковий рівень та полярність.
- На електроживлення PoE поширюються ті ж обмеження на відстані, що й для стандартного кабельного каналу: 100 метрів або 328 футів.
Якщо для подачі електроживлення PoE використовуються тільки дві з чотирьох пар, і це пари 1-2 і 3-6, у стандарті IEEE така схема називається Alternative А. Оскільки для 10BASE-T або 100BASE-TX необхідні лише дві з чотирьох пар, електроживлення може передаватися по провідниках кабелю, що не використовуються, наприклад, 4-5 і 7-8. У стандартах IEEE це називається Alternative B. Технологію PoE також можна використовувати зі стандартами Ethernet 1000BASE-T та 10GBase-T, коли для передачі даних використовуються всі чотири пари. 4-парні системи PoE, що дозволяють передавати більш високу електричну потужність, використовують усі чотири пари кабелю, як для електроживлення, так і для передачі даних. У наведеній нижче таблиці детально показано, як електроживлення подається по парах. Пари, якими буде передаватися електрична потужність, визначає джерело PSE.
Детальна інформація про організацію подачі електроживлення:
Заманливо пересунути межу відстані за межі 100 метрів, зазначених у стандарті IEEE, коли єдиною альтернативою є додавання живлення змінного струму на пристрої PD або проміжному комутаторі/інжекторі. Хоча це і не рекомендується, мережевий тестер (рос. Сетевой тестер) дозволяє перевірити канал передачі даних, і в цих обставинах все ще доступна максимальна потужність.
Типи та класи PoE
Стандарти PoE змінювалися з часом для задоволення зростаючих потреб пристроїв живлення (PD). Створений 2003 року оригінальний стандарт IEEE 802.3af забезпечує подачу електроживлення постійного струму потужністю до 13 Вт на кожен пристрій. Оновлений у 2009 році стандарт IEEE 802.3at, також відомий як PoE Plus (PoE+), забезпечує електричну потужність до 25,5 Вт. У власній реалізації UPOE компанії Cisco для збільшення електричної потужності на пристрої PD до 51 Вт використовувалися всі чотири пари кабелю. З прийняттям стандарту IEEE 802.3bt в даний час існує дев'ять можливих класів потужностей для чотирьох класів джерел PSE. Для розпізнавання вимог та можливостей електроживлення між джерелами PSE та пристроями PD використовуються різні схеми встановлення зв'язку та узгодження. У наступній таблиці показано тип PoE, потужність, пари та керуючий стандарт для кожного класу потужності.
Поділ рівнів потужності за класом та типом:
Управління електроживленням
На багатьох джерелах PSE максимальна доступна потужність пристрою обмежує загальну кількість портів, через які може подаватися електроживлення. Наприклад, для пристроїв PD класу 4 потрібно 30 Вт на виході джерела PSE, а 48-портовий PoE комутатор типу 2 повинен підтримувати потужність до 1440 Вт. Додавання стандарту 802.3bt і 90 Вт на порт джерела PSE потребувало б електричної потужності 4320 Вт тільки для частини комутатора, яке забезпечує живлення PoE. Багато комутаторів з функцією PoE підтримують меншу потужність, що робить необхідним керування електроживленням. Управління електроживленням ускладнює переміщення, додавання та зміну, а також усунення несправностей. Деякі джерела PSE дозволяють встановлювати різні рівні пріоритету кожного порту. Коли до джерела PSE підключається пристрій PD, PSE перевіряє його клас і резервує певну потужність із доступного запасу електричної потужності. Коли джерело PSE досягає своєї межі потужності, наступний пристрій PD, який запитує більше потужності, ніж доступно на джерелі PSE, все ще можна підключити, якщо порт підключення має більший пріоритет, ніж інші порти. Єдиний спосіб гарантувати, що запитана потужність може бути надана на порту, полягає у тому, щоб перевірити це.
Перевірка PoE
Існує багато точок, у яких під час подачі електроживлення PoE можуть виникати несправності. Це і порти комутаторів та PoE інжекторів, а також у самій мережі Ethernet. Тим більше що багато кабельних інфраструктур існували ще до розгортання технології PoE або при використанні лише малопотужного стандарту 802.3af. Завдяки використанню двох додаткових пар та збільшенню струму до 960 мА на пару доступна для пристроїв PD електрична потужність збільшилася порівняно зі стандартом 802.3af у п'ять разів. А це говорить про використання кабельної інфраструктури, як ніколи раніше.
Зображена система подачі електроживлення PoE має багато точок, в яких можуть виникати несправності.
- Чи правильно налаштований комутатор (або інжектор PoE) для подачі потрібної електричної потужності на правильні порти. Якщо комутатор налаштований правильно, чи немає в нього обмежень щодо електричної потужності?
- Зазвичай між джерелом PSE та пристроєм PD є два патч-кабелі. Чи мають кабелі правильну категорію, розмір та склад?
- Чи роз'єми RJ-45 мають 100-відсоткове з'єднання на всіх 8 контактах?
- Чи має горизонтальна кабельна проводка належну категорію, розмір, матеріал провідника та екран? Чи правильно підключені пари кабелів на задній стороні патч-панелі та на настінній розетці? Висока температура, наприклад, при щільній прокладці кабелів або підвісній стелі з освітлювальними приладами, може призводити до зниження струму в кабелі.
- Чи сумісний пристрій PD із джерелом PSE? Крім узгодження класу обладнання, існує ще два різні протоколи (LLDP і CDP), які можна використовувати для узгодження додаткової потужності.
Найкращим способом гарантувати всю необхідну електричну потужність на існуючих та майбутніх пристроях PD є функціональна перевірка можливості отримання на пристрої PD максимальної потужності.
Пошук несправностей PoE за допомогою Netscout LinkRunner G2
Наведена нижче блок-схема показує основні етапи пошуку несправностей живлення PoE за допомогою мережевого тестера LinkRunner G2 (LR-G2). При чому, мережеві тестери не варто плутати з тестерами витої пари, які призначені для виконання більш простих завдань. А саме: визначення обривів, коротких замикань, переплутаних жил і пар, тощо.
Виконання цих кроків дозволить локалізувати причину проблеми. Netscout LinkRunner G2 (LR-G2) налаштовується на будь-який із дев'яти класів потужності для емуляції будь-якого пристрою PD. Наявність тестера PoE, який включає активні вимірювання мережі, такі як швидкість передачі / дуплексний режим, виявлення портів, VLAN, допомагає переконатися з кінцевої точки кабелю в тому, що ви знаходитесь на правильному порту комутатора.
Під час узгодження потужності тестер відобразить запрошений клас, отриманий клас та тип PSE. Після узгодження потужності LinkRunner G2 вимірює напругу без навантаження, використовувані пари та полярність. Знання пар та полярності корисне при виявленні та усуненні несправностей у PSE Mid-Span. За наявності нестандартного електроживлення PoE тестер показує напругу (зазвичай 12 або 24 В), пари та полярність.
Єдиний спосіб перевірити джерело електроживлення та кабельну систему – це навантажити її, подібно до автомобільного акумулятора в холодний день. Запатентована система вимірювання TruePower генерує навантаження, подібне до запуску автомобіля. Щоб забезпечити повну потужність на пристрої PD, тестер збільшуватиме своє навантаження до максимального рівня класу. При повному навантаженні LR-G2 знову вимірює напругу, щоб переконатися у перевищенні напруги на пристрої PD мінімально допустимого рівня. На наведеній нижче ілюстрації видно, що вдалося подати потужність 71 Вт, а напруга впала до 49,6, що означає втрату в кабелі 5,3 В. При використанні більш довгих або менш якісних кабелів напруга може впасти нижче вказаної в специфікації.
TruePower навантажує ланцюг, подаючи напругу на комутатори, комутаційні та горизонтальні кабелі та патч-панелі для перевірки повної потужності перед встановленням пристроїв PD. Це дозволить мережевим інсталяторам та технічним фахівцям бути впевненими, що пристрій PD працюватиме на необхідному рівні потужності.
Висновки
Технологія PoE дозволяє економити кошти, коли необхідно розгортати різноманітні мережеві пристрої в різних місцях. Особливо коли організувати локальне джерело електроживлення для пристрою дорого і незручно. З прийняттям стандарту 802.3bt (4PPoE), який задає доступну на пристрої PD потужність до 71 Вт, прогнозується зростання кількості та різноманітності пристроїв PoE, включаючи цифрові системи освітлення, автоматизацію будівель та вивіски.
Для забезпечення надійності та сумісності системи особливу увагу необхідно приділити її проектуванню, вибору обладнання (PSE та PD), а також цілісності та сумісності нової та існуючої кабельної інфраструктури. Проведення необхідних випробувань та використання системи документування дають незаперечні переваги на етапах розгортання та обслуговування системи. Вибір правильного інструменту для інсталяторів та обслуговуючого персоналу, а також розробка та виконання процедури перевірки та документування параметрів системи PoE збільшить ваші шанси на успіх.
