Power over Ethernet (PoE)

O que é PoE?

Power over Ethernet é uma tecnologia que transmite energia por um cabo de rede, que simultaneamente transmite dados e fornece energia a dispositivos finais IP (por exemplo, telefones IP, APs, câmeras IP etc.) por um cabo de rede com a ajuda de uma rede Ethernet existente. PoE também é chamado de Power over LAN (PoL) ou Active Ethernet. Para promover a padronização e o desenvolvimento da tecnologia Power over Ethernet (PoE), e para resolver a questão da compatibilidade entre diferentes fabricantes de equipamentos de fornecimento e recebimento de energia, o comitê de padrões IEEE lançou três padrões PoE: padrão IEEE 802.3af, padrão IEEE 802.3at, padrão IEEE 802.3bt.

Explicação detalhada do padrão PoE

Anteriormente, mencionamos que o Comitê de Padrões IEEE, para resolver o problema de adaptabilidade entre diferentes fabricantes de fontes de alimentação e dispositivos alimentados, lançou três padrões PoE: padrão IEEE 802.3af, padrão IEEE 802.3at e padrão IEEE 802.3bt. Então, qual é a diferença entre esses três padrões?

Em junho de 2003, o Grupo de Trabalho IEEE 802.3 desenvolveu o padrão IEEE 802.3af como uma extensão do padrão Ethernet, com disposições detalhadas para alimentação via rede, transmissão e recepção. Por exemplo, o padrão IEEE 802.3af especifica que dispositivos PSE devem fornecer até 15.4W de energia CC por porta.

Devido a alguma dissipação de energia no cabo, apenas 12.95W estavam disponíveis para o dispositivo receptor. Em outubro de 2009, para corresponder à demanda por terminais de alta potência, nasceu o padrão IEEE 802.3at. O padrão IEEE 802.3at fornece até 25.5W de potência para atender à nova demanda com base na compatibilidade com o padrão 802.3af.

Em setembro de 2018, a fim de aumentar ainda mais a potência de alimentação PoE e otimizar o padrão, o comitê de padrões IEEE lançou o padrão IEEE 802.3bt. O padrão IEEE 802.3bt melhora ainda mais a capacidade de alimentação, com o Tipo 3 fornecendo até 51 W de potência de alimentação e o Tipo 4 fornecendo até 71,3 W. O padrão IEEE 802.3bt também inclui uma atualização para o padrão de 2,5 W, que é compatível com o padrão 802.3af, fornecendo até 25,5 W de potência. Também está incluído o suporte a 2.5GBASE-T, 5GBASE-T e 10GBASE-T, expandindo o uso de aplicações como pontos de acesso sem fio de alto desempenho e câmeras de vigilância.

A tecnologia de alimentação correspondente ao padrão IEEE 802.3af é geralmente chamada de alimentação PoE, a tecnologia de alimentação correspondente ao padrão IEEE 802.3at é chamada de alimentação PoE+, e a tecnologia de alimentação correspondente ao padrão IEEE 802.3bt é chamada de alimentação PoE++, ou também conhecida como 4PPoE. 

Por que precisamos de PoE?

À medida que a telefonia IP, a vigilância por vídeo em rede e os dispositivos Ethernet sem fio se tornam mais difundidos, a necessidade de fornecer suporte de energia pela própria Ethernet se torna cada vez mais urgente. Na maioria dos casos, os dispositivos finais exigem alimentação CC, e geralmente são instalados em tetos altos ou ao ar livre, onde é difícil encontrar tomadas adequadas nas proximidades; mesmo que haja tomadas, é desafiador localizar os conversores CA/CC exigidos pelos dispositivos finais. Além disso, em muitas aplicações de LAN em larga escala, os administradores precisam gerenciar vários dispositivos terminais ao mesmo tempo. Esses dispositivos precisam de uma fonte de alimentação unificada e de gerenciamento unificado devido às limitações da localização da fonte de alimentação, o que dificulta significativamente o gerenciamento da alimentação. Power over Ethernet é exatamente a solução certa para esse problema.

PoE é uma tecnologia cabeada de Power over Ethernet, que usa o cabo de rede para transmissão de dados ao mesmo tempo com a capacidade de fornecer alimentação CC, uma solução eficaz para a alimentação centralizada de telefones IP, APs sem fio, carregadores de dispositivos portáteis, máquinas de cartão, câmeras, coleta de dados e outros terminais. A alimentação PoE tem as vantagens de ser confiável, ter conexão simples e ser padronizada:

Confiável: um dispositivo PoE pode fornecer energia a vários dispositivos terminais ao mesmo tempo, realizando alimentação centralizada e backup de energia simultaneamente.

Conexão simples: o equipamento terminal não precisa de uma fonte de alimentação externa, apenas de um cabo de rede.

Padrão: Está em conformidade com padrões internacionais e usa um conector de alimentação RJ45 globalmente unificado, o que garante o acoplamento com equipamentos de diferentes fabricantes.

Como o PoE funciona?

Conforme mostrado na figura abaixo, o sistema de alimentação PoE inclui as duas funções de equipamento a seguir:

PSE (Power-sourcing Equipment): dispositivos PoE fornecem energia a dispositivos alimentados via Ethernet, oferecendo detecção, análise e gerenciamento inteligente de energia, por exemplo, switches PoE.

PD: Dispositivos alimentados, como APs sem fio, carregadores portáteis, leitores de cartão, câmeras etc. Dependendo de sua conformidade com o padrão IEEE, o PD é dividido em PD padrão e PD não padrão.

A seguir, há uma descrição do processo de fornecimento de energia PoE.

Detecção

O dispositivo PSE envia um pulso de tensão de 2~10V na porta para detectar se o PD conectado na extremidade do cabo é um dispositivo alimentado padrão compatível. Ele prosseguirá para a próxima etapa somente quando detectar que o PD é um dispositivo padrão.

Classificação PD

Como muitos tipos de PDs exigem fontes de alimentação diferentes, depois que o dispositivo de fornecimento de energia tiver detectado corretamente o dispositivo alimentado, a classe de potência do dispositivo PD na extremidade oposta deverá ser detectada.

Após detectar o PD, o PSE classificará o dispositivo PD; o PSE aplica tensão de detecção de 15.5V~20.5V (corrente limitada a menos de 100mA), o dispositivo PD conectará um resistor de classificação em série à linha para identificar sua potência, e o PSE determina a qual classificação o dispositivo PD pertence testando a magnitude da corrente característica retornada.

Ligar

Quando o PSE detecta que um PD padrão está conectado à extremidade do cabo e classifica o PD, ele começa a fornecer energia ao PD, emitindo 44~57V DC.

Fonte de alimentação

O PSE fornece tensão CC estável e confiável para o PD e gera o nível de potência correspondente de acordo com o resultado da classificação do PD.

Desconexão

O PSE irá rapidamente (geralmente dentro de 30-40ms) parar de fornecer energia ao PD se o cabo conectado ao PD for desconectado ou se o usuário desabilitar a função de alimentação PoE da porta do switch pelo software. A qualquer momento durante todo o processo de alimentação do PD pelo PSE, se o dispositivo PD entrar em curto-circuito, consumir mais energia do que o PSE pode fornecer, consumir mais energia do que a potência nominal etc., todo o processo de fornecimento de energia será interrompido e reiniciado a partir da primeira etapa do processo de detecção.