Питание через Ethernet (PoE)

Что такое PoE?

Power over Ethernet — это технология, которая передает питание по сетевому кабелю, одновременно передавая данные и обеспечивая питанием конечные IP-устройства (например, IP-телефоны, точки доступа, IP-камеры и т. д.) по сетевому кабелю с помощью существующей сети Ethernet. PoE также называется Power over LAN (PoL) или Active Ethernet. Для содействия стандартизации и развитию технологии Power over Ethernet (PoE), а также для решения проблемы совместимости между оборудованием питания и приема от разных производителей комитет по стандартам IEEE выпустил три стандарта PoE: стандарт IEEE 802.3af, стандарт IEEE 802.3at и стандарт IEEE 802.3bt.

Подробное объяснение стандарта PoE

Ранее мы упоминали, что Комитет по стандартам IEEE для решения проблемы совместимости между источниками питания и питаемыми устройствами разных производителей выпустил три стандарта PoE: стандарт IEEE 802.3af, стандарт IEEE 802.3at и стандарт IEEE 802.3bt. Итак, в чем разница между этими тремя стандартами?

В июне 2003 года рабочая группа IEEE 802.3 разработала стандарт IEEE 802.3af как расширение стандарта Ethernet, подробно регламентирующее подачу питания по сети, передачу и прием данных. Например, стандарт IEEE 802.3af предусматривает, что устройства PSE должны обеспечивать до 15.4W постоянного тока на каждый порт.

Из-за рассеивания некоторой мощности в кабеле принимающему устройству было доступно только 12.95W. В октябре 2009 года в ответ на спрос на терминалы высокой мощности был принят стандарт IEEE 802.3at. Стандарт IEEE 802.3at обеспечивает мощность до 25.5W для удовлетворения новых требований на основе совместимости со стандартом 802.3af.

В сентябре 2018 года для дальнейшего увеличения мощности питания PoE и оптимизации стандарта комитет по стандартам IEEE выпустил стандарт IEEE 802.3bt. Стандарт IEEE 802.3bt дополнительно повышает возможности питания: Type 3 обеспечивает мощность до 51 W, а Type 4 — до 71.3 W. Стандарт IEEE 802.3bt также включает обновление стандарта 2.5 W, совместимое со стандартом 802.3af и обеспечивающее мощность до 25.5 W. Также добавлена поддержка 2.5GBASE-T, 5GBASE-T и 10GBASE-T, что расширяет возможности применения таких устройств, как высокопроизводительные беспроводные точки доступа и камеры видеонаблюдения.

Технологию подачи питания, соответствующую стандарту IEEE 802.3af, обычно называют питанием PoE, технологию подачи питания, соответствующую стандарту IEEE 802.3at, называют питанием PoE+, а технологию подачи питания, соответствующую стандарту IEEE 802.3bt, называют питанием PoE++ или также 4PPoE. 

Зачем нужен PoE?

По мере распространения IP-телефонии, сетевого видеонаблюдения и устройств беспроводной Ethernet все более актуальной становится необходимость подачи питания непосредственно через Ethernet. В большинстве случаев оконечным устройствам требуется питание постоянного тока, а устанавливают их обычно на большой высоте или на открытом воздухе, где трудно найти подходящие розетки поблизости. Даже при наличии розеток бывает сложно разместить преобразователи AC/DC, необходимые оконечным устройствам. Кроме того, во многих крупных приложениях LAN администраторам необходимо одновременно управлять несколькими оконечными устройствами. Из-за ограничений, связанных с расположением источников питания, этим устройствам требуются единое электропитание и единое управление, что значительно усложняет управление питанием. Power over Ethernet является оптимальным решением этой проблемы.

PoE — это проводная технология Power over Ethernet, предусматривающая использование сетевого кабеля для передачи данных одновременно с возможностью подачи постоянного тока, что является эффективным решением для централизованного питания IP-телефонов, беспроводных точек доступа, зарядных устройств портативных устройств, платёжных терминалов, камер, устройств сбора данных и других оконечных устройств. Питание PoE обладает такими преимуществами, как надёжность, простота подключения и стандартизация:

Надёжность: устройство PoE может одновременно подавать питание на несколько оконечных устройств, обеспечивая централизованное электропитание и резервное питание.

Простое подключение: оконечному оборудованию не требуется внешний источник питания, нужен только сетевой кабель.

Стандарт: соответствует международным стандартам и использует унифицированный во всем мире разъем питания RJ45, что обеспечивает совместимость с оборудованием разных производителей.

Как работает PoE?

Как показано на рисунке ниже, система электропитания PoE включает следующие две роли оборудования:

PSE (Power-sourcing Equipment): устройства PoE подают питание на питаемые устройства через Ethernet, обеспечивая обнаружение, анализ и интеллектуальное управление питанием, например коммутаторы PoE.

PD: питаемые устройства, такие как беспроводные точки доступа, портативные зарядные устройства, считыватели карт, камеры и т. д. В зависимости от соответствия стандарту IEEE, PD подразделяется на стандартный PD и нестандартный PD.

Ниже приведено описание процесса подачи питания PoE.

Обнаружение

Устройство PSE подает на порт импульс напряжения 2~10 В, чтобы определить, является ли подключенное на конце его кабеля устройство PD стандартным поддерживаемым питаемым устройством. Оно переходит к следующему шагу только после обнаружения того, что PD является стандартным устройством.

Классификация PD

Поскольку для многих типов PD требуются разные источники питания, после корректного обнаружения питающего устройства следует определить класс мощности устройства PD на противоположном конце.

После обнаружения PD устройство PSE классифицирует устройство PD: PSE применяет напряжение обнаружения 15,5–20,5 В (ток ограничен значением менее 100 мА), устройство PD подключает последовательно к линии классификационный резистор для определения своей мощности, а PSE определяет, к какой категории относится устройство PD, измеряя величину возвращаемого характеристического тока.

Включение питания

Когда PSE обнаруживает, что к концу кабеля подключено стандартное PD, и классифицирует PD, он начинает подавать питание на PD, выдавая постоянное напряжение 44~57V.

Источник питания

PSE обеспечивает стабильное и надежное напряжение постоянного тока для PD и выдает соответствующий уровень мощности согласно результату классификации PD.

Отключение

PSE быстро (обычно в течение 30-40ms) прекратит подачу питания на PD, если соединительный кабель с PD отключен или если пользователь отключит функцию питания PoE порта коммутатора через программное обеспечение. В любой момент всего процесса подачи питания PSE на PD, если устройство PD закорочено, потребляет больше мощности, чем может предоставить PSE, потребляет больше номинальной мощности и т. д., весь процесс подачи питания будет прерван и начнется заново с первого этапа процесса обнаружения.