Alimentación a través de Ethernet (PoE)

¿Qué es PoE?

Power over Ethernet es una tecnología que transmite alimentación a través de un cable de red, que simultáneamente transmite datos y suministra alimentación a dispositivos finales IP (por ejemplo, teléfonos IP, AP, cámaras IP, etc.) a través de un cable de red con la ayuda de una red Ethernet existente. PoE también se denomina Power over LAN (PoL) o Active Ethernet. Para promover la estandarización y el desarrollo de la tecnología Power over Ethernet (PoE), y abordar el problema de la compatibilidad entre diferentes fabricantes de equipos de suministro de alimentación y equipos receptores, el comité de normas IEEE ha publicado tres estándares PoE: estándar IEEE 802.3af, estándar IEEE 802.3at, estándar IEEE 802.3bt.

Explicación detallada del estándar PoE

Anteriormente, mencionamos que el Comité de Normas IEEE, para resolver el problema de adaptabilidad entre diferentes fabricantes de equipos de suministro de energía y dispositivos alimentados, habrá publicado tres estándares PoE: el estándar IEEE 802.3af, el estándar IEEE 802.3at y el estándar IEEE 802.3bt. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre estos tres estándares?

En junio de 2003, el Grupo de Trabajo IEEE 802.3 desarrolló el estándar IEEE 802.3af como una extensión del estándar Ethernet, con disposiciones detalladas para la alimentación, transmisión y recepción alimentadas por red. Por ejemplo, el estándar IEEE 802.3af especifica que los dispositivos PSE deben proporcionar hasta 15.4W de alimentación de CC por puerto.

Debido a cierta disipación de potencia en el cable, solo 12.95W estaban disponibles para el dispositivo receptor. En octubre de 2009, para responder a la demanda de terminales de alta potencia, nació el estándar IEEE 802.3at. El estándar IEEE 802.3at proporciona hasta 25.5W de potencia para satisfacer la nueva demanda basándose en la compatibilidad con el estándar 802.3af.

En septiembre de 2018, con el fin de aumentar aún más la potencia de alimentación PoE y optimizar el estándar, el comité de estándares IEEE publicó el estándar IEEE 802.3bt. El estándar IEEE 802.3bt mejora aún más la capacidad de alimentación, con Type 3 proporcionando hasta 51 W de potencia de alimentación y Type 4 proporcionando hasta 71.3 W. El estándar IEEE 802.3bt también incluye una actualización al estándar de 2.5 W, que es compatible con el estándar 802.3af, proporcionando hasta 25.5 W de potencia. También se incluye compatibilidad con 2.5GBASE-T, 5GBASE-T y 10GBASE-T, lo que amplía el uso de aplicaciones como puntos de acceso inalámbricos de alto rendimiento y cámaras de vigilancia.

La tecnología de alimentación correspondiente al estándar IEEE 802.3af se denomina generalmente alimentación PoE, la tecnología de alimentación correspondiente al estándar IEEE 802.3at se denomina alimentación PoE+, y la tecnología de alimentación correspondiente al estándar IEEE 802.3bt se denomina alimentación PoE++, o también se conoce como 4PPoE. 

¿Por qué necesitamos PoE?

A medida que la telefonía IP, la videovigilancia en red y los dispositivos Ethernet inalámbricos se generalizan, la necesidad de proporcionar alimentación a través de la propia Ethernet se vuelve cada vez más apremiante. En la mayoría de los casos, los dispositivos finales requieren alimentación de CC, y suelen instalarse en techos altos o en exteriores, donde es difícil encontrar tomas de corriente adecuadas cerca; e incluso si las hay, resulta complicado ubicar los convertidores CA/CC que requieren los dispositivos finales. Además, en muchas aplicaciones LAN a gran escala, los administradores necesitan gestionar varios dispositivos terminales al mismo tiempo. Estos dispositivos necesitan una fuente de alimentación unificada y una gestión unificada debido a las limitaciones de la ubicación de la fuente de alimentación, lo que complica considerablemente la gestión del suministro eléctrico. Power over Ethernet es precisamente la solución adecuada para este problema.

PoE es una tecnología cableada de alimentación a través de Ethernet; utiliza el cable de red para la transmisión de datos y, al mismo tiempo, ofrece capacidad de alimentación de CC, una solución eficaz para la alimentación centralizada de teléfonos IP, AP inalámbricos, cargadores de dispositivos portátiles, terminales de tarjetas, cámaras, recopilación de datos y otros terminales. La alimentación PoE tiene las ventajas de ser fiable, de conexión sencilla y estandarizada:

Fiable: Un dispositivo PoE puede suministrar energía a varios dispositivos terminales al mismo tiempo, logrando al mismo tiempo una fuente de alimentación centralizada y respaldo de energía.

Conexión sencilla: El equipo terminal no necesita una fuente de alimentación externa, solo un cable de red.

Estándar: Cumple con los estándares internacionales y utiliza un conector de alimentación RJ45 unificado globalmente, lo que garantiza la conexión con equipos de diferentes fabricantes.

¿Cómo funciona PoE?

Como se muestra en la figura siguiente, el sistema de alimentación PoE incluye las dos siguientes funciones de equipo:

PSE (Power-sourcing Equipment): Los dispositivos PoE suministran energía a los dispositivos alimentados a través de Ethernet, proporcionando detección, análisis y gestión inteligente de la energía, por ejemplo, switches PoE.

PD: dispositivos alimentados, como AP inalámbricos, cargadores portátiles, lectores de tarjetas, cámaras, etc. Dependiendo de si cumple con el estándar IEEE, el PD se divide en PD estándar y PD no estándar.

A continuación se describe el proceso de suministro de energía PoE.

Detección

El dispositivo PSE envía un pulso de tensión de 2~10V en el puerto para detectar si el PD conectado al extremo de su cable es un dispositivo alimentado estándar compatible. Solo procederá al siguiente paso cuando detecte que el PD es un dispositivo estándar.

Clasificación PD

Dado que muchos tipos de PD requieren diferentes fuentes de alimentación, después de que el dispositivo de suministro de energía haya detectado correctamente el dispositivo alimentado, debe detectarse la clase de potencia del dispositivo PD en el extremo opuesto.

Después de detectar el PD, el PSE clasificará el dispositivo PD; el PSE aplica una tensión de detección de 15.5V~20.5V (corriente limitada a menos de 100mA), el dispositivo PD conectará una resistencia de clasificación en serie a la línea para identificar su potencia, y el PSE determina a qué clasificación pertenece el dispositivo PD probando la magnitud de la corriente característica devuelta.

Encender

Cuando el PSE detecta que un PD estándar está conectado al extremo del cable y ha clasificado el PD, comienza a suministrar energía al PD, emitiendo 44~57V DC.

Fuente de alimentación

PSE proporciona un voltaje de CC estable y fiable para PD y suministra el nivel de potencia correspondiente según el resultado de clasificación de PD.

Desconexión

El PSE dejará rápidamente (normalmente en un plazo de 30-40 ms) de suministrar energía al PD si se desconecta el cable de conexión al PD o si el usuario desactiva la función de alimentación PoE del puerto del switch desde el software. En cualquier momento durante todo el proceso en que el PSE alimenta al PD, si el dispositivo PD sufre un cortocircuito, consume más energía de la que el PSE puede proporcionar, consume más energía que la potencia nominal, etc., todo el proceso de suministro de energía se interrumpirá y se reiniciará desde el primer paso del proceso de detección.