Power over Ethernet (PoE)

Was ist PoE?

Power over Ethernet ist eine Technologie, die Strom über ein Netzwerkkabel überträgt, das gleichzeitig Daten überträgt und IP-Endgeräte (z. B. IP-Telefone, APs, IP-Kameras usw.) mithilfe eines vorhandenen Ethernet-Netzwerks über ein Netzwerkkabel mit Strom versorgt. PoE wird auch Power over LAN (PoL) oder Active Ethernet genannt. Um die Standardisierung und Entwicklung der Power-over-Ethernet-(PoE)-Technologie zu fördern und das Problem der Kompatibilität zwischen verschiedenen Herstellern von Stromversorgungs- und Empfangsgeräten zu lösen, hat das IEEE-Standardisierungskomitee drei PoE-Standards veröffentlicht: IEEE 802.3af-Standard, IEEE 802.3at-Standard, IEEE 802.3bt-Standard.

Ausführliche Erklärung des PoE-Standards

Zuvor haben wir erwähnt, dass das IEEE Standards Committee zur Lösung des Problems der Anpassungsfähigkeit zwischen verschiedenen Herstellern von Stromversorgungsgeräten und mit Strom versorgten Geräten drei PoE-Standards veröffentlicht haben wird: den IEEE 802.3af-Standard, den IEEE 802.3at-Standard und den IEEE 802.3bt-Standard. Worin besteht also der Unterschied zwischen diesen drei Standards?

Im Juni 2003 entwickelte die IEEE 802.3 Working Group den Standard IEEE 802.3af als Erweiterung des Ethernet-Standards, mit detaillierten Bestimmungen für netzwerkgespeiste Stromversorgung, Übertragung und Empfang. Beispielsweise legt der Standard IEEE 802.3af fest, dass PSE-Geräte bis zu 15.4W Gleichstrom pro Port bereitstellen müssen.

Aufgrund einer gewissen Verlustleistung im Kabel standen dem Empfangsgerät nur 12.95W zur Verfügung. Im Oktober 2009 wurde, um der Nachfrage nach leistungsstarken Endgeräten zu entsprechen, der IEEE 802.3at-Standard eingeführt. Der IEEE 802.3at-Standard stellt bis zu 25.5W Leistung bereit, um die neue Nachfrage auf Basis der Kompatibilität mit dem 802.3af-Standard zu erfüllen.

Im September 2018 veröffentlichte das IEEE-Standardkomitee den IEEE 802.3bt-Standard, um die PoE-Stromversorgungsleistung weiter zu erhöhen und den Standard zu optimieren. Der IEEE 802.3bt-Standard verbessert die Stromversorgungskapazität weiter, wobei Typ 3 eine Stromversorgungsleistung von bis zu 51 W und Typ 4 bis zu 71.3 W bereitstellt. Der IEEE 802.3bt-Standard enthält außerdem eine Aktualisierung des 2.5 W-Standards, der mit dem 802.3af-Standard kompatibel ist und bis zu 25.5 W Leistung liefert. Unterstützung für 2.5GBASE-T, 5GBASE-T und 10GBASE-T ist ebenfalls enthalten, wodurch die Nutzung von Anwendungen wie leistungsstarken drahtlosen Zugangspunkten und Überwachungskameras erweitert wird.

Die dem Standard IEEE 802.3af entsprechende Stromversorgungstechnologie wird im Allgemeinen als PoE-Stromversorgung bezeichnet, die dem Standard IEEE 802.3at entsprechende Stromversorgungstechnologie wird als PoE+-Stromversorgung bezeichnet, und die dem Standard IEEE 802.3bt entsprechende Stromversorgungstechnologie wird als PoE++-Stromversorgung bezeichnet oder ist auch als 4PPoE bekannt. 

Warum benötigen wir PoE?

Da IP-Telefonie, Netzwerk-Videoüberwachung und drahtlose Ethernet-Geräte immer weiter verbreitet sind, wird der Bedarf, die Stromversorgung über das Ethernet selbst bereitzustellen, zunehmend dringlich. In den meisten Fällen benötigen Endgeräte Gleichstrom, und Endgeräte werden in der Regel an hohen Decken oder im Freien installiert, wo es schwierig ist, geeignete Steckdosen in der Nähe zu finden. Selbst wenn Steckdosen vorhanden sind, ist es schwierig, die von den Endgeräten benötigten AC/DC-Wandler zu platzieren. Darüber hinaus müssen Administratoren in vielen groß angelegten LAN-Anwendungen mehrere Endgeräte gleichzeitig verwalten. Aufgrund der Einschränkungen des Stromversorgungsstandorts benötigen diese Geräte eine einheitliche Stromversorgung und ein einheitliches Management, was die Verwaltung der Stromversorgung erheblich erschwert. Power over Ethernet ist genau die richtige Lösung für dieses Problem.

PoE ist eine kabelgebundene Power-over-Ethernet-Technologie, die Netzwerkkabel zur Datenübertragung verwendet und gleichzeitig Gleichstromversorgung ermöglicht, eine effektive Lösung für die zentrale Stromversorgung von IP-Telefonen, drahtlosen APs, Ladegeräten für tragbare Geräte, Kartengeräten, Kameras, Datenerfassung und anderen Endgeräten. Die PoE-Stromversorgung bietet die Vorteile zuverlässig, einfach anzuschließen, standardisiert:

Zuverlässig: Ein PoE-Gerät kann mehrere Endgeräte gleichzeitig mit Strom versorgen und so gleichzeitig eine zentrale Stromversorgung und eine Stromsicherung realisieren.

Einfache Verbindung: Endgeräte benötigen keine externe Stromversorgung, sondern nur ein Netzwerkkabel.

Standard: Entspricht internationalen Standards und verwendet einen weltweit einheitlichen RJ45-Stromanschluss, der das Andocken an Geräte verschiedener Hersteller gewährleistet.

Wie funktioniert PoE?

Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, umfasst das PoE-Stromversorgungssystem die folgenden zwei Geräterollen:

PSE (Power-sourcing Equipment): PoE-Geräte versorgen Powered Devices über Ethernet mit Strom und bieten Erkennung, Analyse und intelligentes Energiemanagement, z. B. PoE-Switches.

PD: Powered Devices wie Wireless APs, tragbare Ladegeräte, Kartenlesegeräte, Kameras usw. Je nachdem, ob es dem IEEE-Standard entspricht, wird PD in Standard-PD und Nicht-Standard-PD unterteilt.

Im Folgenden wird der Prozess der PoE-Stromversorgung beschrieben.

Erkennung

Das PSE-Gerät sendet am Port einen Spannungsimpuls von 2~10V, um zu erkennen, ob das am Ende seines Kabels angeschlossene PD ein standardmäßig unterstütztes mit Strom versorgtes Gerät ist. Es fährt erst mit dem nächsten Schritt fort, wenn es erkennt, dass das PD ein Standardgerät ist.

PD-Klassifizierung

Da viele Arten von PDs unterschiedliche Stromversorgungen benötigen, sollte, nachdem das Stromversorgungsgerät das versorgte Gerät korrekt erkannt hat, die Leistungsklasse des PD-Geräts am gegenüberliegenden Ende erkannt werden.

Nach der Erkennung des PD klassifiziert das PSE das PD-Gerät; das PSE legt eine Erkennungsspannung von 15.5V~20.5V an (Strom auf weniger als 100mA begrenzt), das PD-Gerät schaltet einen Klassifizierungswiderstand in Reihe zur Leitung, um seine Leistung zu identifizieren, und das PSE bestimmt durch Prüfung der Größe des zurückgegebenen charakteristischen Stroms, zu welcher Klassifizierung das PD-Gerät gehört.

Einschalten

Wenn das PSE erkennt, dass ein standardmäßiges PD am Ende des Kabels angeschlossen ist, und das PD klassifiziert hat, beginnt es, das PD mit Strom zu versorgen und gibt 44~57V DC aus.

Stromversorgung

PSE stellt eine stabile und zuverlässige Gleichspannung für PD bereit und gibt entsprechend dem Ergebnis der PD-Klassifizierung die entsprechende Leistungsstufe aus.

Trennung

Das PSE stoppt schnell (normalerweise innerhalb von 30-40 ms) die Stromversorgung des PD, wenn das Verbindungskabel zum PD abgezogen wird oder wenn der Benutzer die PoE-Stromversorgungsfunktion des Switch-Ports über die Software deaktiviert. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt während des gesamten Prozesses, in dem das PSE das PD mit Strom versorgt, das PD-Gerät kurzgeschlossen ist, mehr Leistung verbraucht, als das PSE bereitstellen kann, mehr Leistung als die Nennleistung verbraucht usw., wird der gesamte Stromversorgungsprozess unterbrochen und ab dem ersten Schritt des Erkennungsprozesses neu gestartet.