Power over Ethernet (PoE)

PoEとは何ですか？

Power over Ethernetは、ネットワークケーブルを介して電力を伝送する技術であり、既存のEthernetネットワークを利用して、ネットワークケーブル経由でIPエンドデバイス（IP電話、AP、IPカメラなど）へのデータ伝送と電力供給を同時に行います。PoEは、Power over LAN（PoL）またはActive Ethernetとも呼ばれます。Power over Ethernet（PoE）技術の標準化と発展を促進し、異なるメーカーの給電機器と受電機器間の互換性の問題に対処するため、IEEE標準化委員会は、IEEE 802.3af規格、IEEE 802.3at規格、IEEE 802.3bt規格という3つのPoE規格を公開しています。

PoE規格の詳細解説

先ほど、IEEE標準化委員会が、異なるメーカーの給電機器と受電機器間の互換性の問題を解決するために、IEEE 802.3af規格、IEEE 802.3at規格、IEEE 802.3bt規格という3つのPoE規格を策定したことを説明しました。では、これら3つの規格にはどのような違いがあるのでしょうか？

2003年6月、IEEE 802.3 Working GroupはEthernet標準の拡張としてIEEE 802.3af標準を策定し、ネットワーク経由の給電、送信、および受信について詳細に規定しました。たとえば、IEEE 802.3af標準では、PSEデバイスはポートごとに最大15.4WのDC電力を供給しなければならないと規定されています。

ケーブルで電力の一部が損失するため、受電デバイスで利用できるのは12.95Wのみでした。2009年10月、高出力端末の需要に対応するため、IEEE 802.3at規格が誕生しました。IEEE 802.3at規格は、802.3af規格との互換性を維持しながら、最大25.5Wの電力を供給し、新たな需要に対応します。

2018年9月、PoE給電電力をさらに高めるとともに規格を最適化するため、IEEE標準化委員会はIEEE 802.3bt規格を発表しました。IEEE 802.3bt規格では給電能力がさらに向上し、Type 3では最大51 W、Type 4では最大71.3 Wの電力を供給します。IEEE 802.3bt規格には、802.3af規格と互換性があり、最大25.5 Wの電力を供給する2.5 W規格の更新も含まれています。また、2.5GBASE-T、5GBASE-T、10GBASE-Tのサポートも含まれており、高性能ワイヤレスアクセスポイントや監視カメラなどの用途が拡大します。

IEEE 802.3af規格に対応する給電技術は一般にPoE給電と呼ばれ、IEEE 802.3at規格に対応する給電技術はPoE+給電、IEEE 802.3bt規格に対応する給電技術はPoE++給電、または4PPoEとも呼ばれます。 

PoEが必要な理由

IP電話、ネットワーク映像監視、ワイヤレスEthernetデバイスの普及に伴い、Ethernet自体を介して電力を供給する必要性がますます高まっています。ほとんどの場合、エンドデバイスにはDC電源が必要です。また、エンドデバイスは通常、高い天井や屋外に設置されるため、近くに適切な電源コンセントを見つけることが難しく、コンセントがあったとしても、エンドデバイスに必要なAC/DCコンバーターを設置することは困難です。さらに、多くの大規模LANアプリケーションでは、管理者が複数の端末デバイスを同時に管理する必要があります。これらのデバイスは、電源の設置場所に制約があるため、統一された電力供給と一元管理を必要とし、電源管理に著しい不便をもたらします。Power over Ethernetは、まさにこの問題に適したソリューションです。

PoEは有線のPower over Ethernet技術であり、ネットワークケーブルを使用してデータ伝送を行うと同時にDC電源供給を可能にし、IP電話、無線AP、携帯機器充電器、カード端末、カメラ、データ収集装置などの端末への集中給電を効果的に解決します。PoE給電には、信頼性が高く、接続が簡単で、標準化されているという利点があります:

高い信頼性：PoEデバイスは複数の端末デバイスに同時に電力を供給でき、集中給電と電源バックアップを同時に実現します。

簡単な接続：端末機器に外部電源は不要で、必要なのはネットワークケーブルだけです。

標準：国際規格に準拠し、世界的に統一されたRJ45電源コネクタを使用しているため、異なるメーカーの機器とのドッキングが確保されます。

PoEはどのように機能しますか？

下図に示すように、PoE給電システムには、次の2つの機器の役割があります:

PSE (給電機器): PoEデバイスはEthernet経由で受電デバイスに電力を供給し、検出、分析、インテリジェントな電力管理を行います（例: PoEスイッチ）。

PD：ワイヤレスAP、ポータブル充電器、カードリーダー、カメラなどの受電デバイス。IEEE規格に準拠しているかどうかに応じて、PDは標準PDと非標準PDに分類されます。

以下は PoE 電源供給プロセスの説明です。

検出

PSEデバイスは、ケーブルの先に接続されているPDが標準でサポートされている受電デバイスであるかどうかを検出するために、ポートで2~10Vの電圧パルスを送信します。PDが標準デバイスであることを検出した場合にのみ、次のステップに進みます。

PD分類

多くの種類のPDはそれぞれ異なる電源を必要とするため、給電装置が受電デバイスを正しく検出した後、対向側にあるPDデバイスの電力クラスを検出する必要があります。

PDを検出した後、PSEはPDデバイスを分類します。PSEは15.5V~20.5Vの検出電圧（電流は100mA未満に制限）を印加し、PDデバイスは自身の電力を識別するために分類抵抗器を回線に直列接続します。PSEは返される特性電流の大きさを測定することで、PDデバイスがどの分類に属するかを判定します。

電源を入れる

PSEは、標準PDがケーブルの終端に接続されていることを検出し、PDを分類すると、PDへの給電を開始し、44~57V DCを出力します。

電源

PSEはPDに安定した信頼性の高いDC電圧を供給し、PDの分類結果に応じて対応する電力レベルを出力します。

切断

PDへの接続ケーブルが抜かれた場合、またはユーザーがソフトウェアからスイッチポートのPoE給電機能を無効にした場合、PSEは速やかに（通常30-40ms以内に）PDへの給電を停止します。PSEがPDへ給電する全プロセスのどの時点でも、PDデバイスが短絡した場合、PSEが供給可能な電力を超えて消費した場合、定格電力を超えて消費した場合などには、給電プロセス全体が中断され、検出プロセスの最初のステップから再開されます。