Использование витой пары для электропитания Power over Ethernet (PoE и PoE+), стандарты IEEE 802.3

Структурированные кабельные системы (СКС) действительно становятся единой средой, которая используется не только для передачи данных и телефонии, а уже используется для других приложений и сервисов.

При инсталляции маломощных ip-устройств, таких, как: ip-телефоны, беспроводные точки доступа, камеры, небольшие коммутаторы и другие устройства возможны ситуации, когда предоставить им электропитание традиционным способом (по силовым кабелям от электрических розеток или распределительных коробок) будет неудобным, экономически неоправданным или просто трудно осуществимым.

Пример подачи электропитания по кабелю витая пара

В качестве примера можно привести необходимость удлинения линию Ethernet с помощью небольшого Ethernet коммутатора (switch), который может быть установлен в середине кабельной линии и будет играть роль ретранслятора Ethernet пакетов, при этом данное устройство будет находиться на удалении от силовых розеток (в середине кабельной трассы) и будет получать электропитание по кабелю витая пара от коммутатора или устройства (инжектора) с портами, поддерживающими технологию PoE. Еще один пример использования электропитания по кабельным линиям СКС — инсталляция уличной IP видеокамеры, где кроме витопарного информационного кабеля необходимо было бы провести кабели питания для видеокамеры и ее термокожуха, что потребует установки раздельных кабельных каналов для слаботочного и электрического кабеля, также подключения электрического кабеля к розетке и еще использование трансформатора, что в совокупности будет затруднительно выполнить или не экономические не целесообразно делать на реальном объекте. В такой ситуации один аккуратно проложенный и подведенный кабель витая пара будет выглядеть гораздо лучше, да и требует меньше места для прокладки и организации кабельного канала.

При установке на рабочее место IP телефона или другого устройства возможна ситуация, когда электрических розеток просто нет рядом (или надо будет использовать удлинитель электрических розеток) или блок питания устройства будет портить дизайн рабочего места, поэтому лучше будет запитать такие маломощные устройства по слаботочному кабелю при помощи использования технологии  Power Over Ethernet.

Стандарты IEEE в области Power over Ethernet (PoE) 802.3

IEEE разработал и в 2003 году утвердил стандарт IEEE 802.3af, регламентирующий подачу питания с напряжением от 44 В до 57 В по стандартному кабелю витая пара или так называемым линиям Ethernet (Power over Ethernet, PoE) для устройств с максимальной потребляемой мощностью до 15.4 Вт.

Спецификация IEEE описывает функционирование двух типов оборудования. Первый – источник питания (Power Source Equipment – PSE), решающий задачу подачи электроэнергии в линию Ethernet. Второй тип – потребитель (Powered Device – PD), устройство, которое потребляет электропитание.

Конструкция устройств Power over Ethernet (PoE)

Конструктивно эти устройства могут быть выполнены как отдельные устройства, так и встроены в оконечное сетевое оборудование. PSE-устройство, входящее в состав активного оборудования, по терминологии стандарта обозначается «End-Span», а выполненное в виде отдельного элемента и включаемое в разрыв Ethernet-линии — «Mid-Span». Если активное оборудование не способно получать PoE-питание напрямую, его возможно включить через PD-сплиттер.

Существует два варианта передачи питающего напряжения по витопарному кабелю, согласно данному стандарту.

Вариант «А» – с использованием пар, по которым передаются данные (проводники 1-2 и 3-6). В блоке PSE напряжение питания поступает на средние точки включенных в линии Ethernet высокочастотных трансформаторов, в блоке PD оно снимается аналогичным образом. Благодаря такой схемы исключается влияние передаваемого постоянного напряжения на высокочастотные сигналы в той же витой пары.

Вариант «В» – по свободным парам (проводники 4-5, 7-8). Стандарт Fast Ethernet подразумевает использование только двух пар – оранжевой и зеленой. Согласно данной схеме, один полюс передается по синей паре, а второй по коричневой паре.

Использование не отдельных проводников, а пар, то есть сразу двух проводников, необходимо для уменьшения сопротивления шлейфа линии и, как следствие, для уменьшения потерь мощности в кабельной линии.

Отметим, что перед включением блок PSE сканирует удаленное устройство и подает напряжение питания только в том случае, если удаленное устройство относится к типу PD и подходит по классу энергопотребления. Это позволяет избежать перегрузки или повреждения оборудования, несовместимого со стандартом PoE.

Это так же является причиной того, что не рекомендуется тестировать кабельную линию при подключенном в нее и активном устройстве PSE, так как это может оказывать влияние на результаты измерений. Для повышения совместимости, блоки PD делаются универсальными, с возможностью работы по обеим схемам и при произвольной полярности напряжения постоянного электропитания.

Деление оборудования PoE на классы

Оборудование, соответствующее стандарту PoE делится на классы по энергопотреблению (таблица 1). Следует обратить внимание, что внутри одного класса имеется некоторая разница между мощностью, выдаваемой PSE и мощностью, потребляемой PD. Эта разница учитывает потери в отрезке кабеля максимальной длины. При подборе оборудования, следует иметь в виду, что потребители совместимы с источниками равного или большего класса.

Таблица 1. Классы оборудования PoE





Класс PoE

Режим

Мощность PSE, Вт

Мощность PD, Вт

0

Основной

15.4

0.44-12.95

1

Опционально

4

0.44-3.84

2

Опционально

7

3.84-6.49

3

Опционально

15.4

6.49-12.95

4

Зарезервирован

 

Расширение версии PoE — стандарт IEEE 802.3 at (PoE+)

В сентябре 2009 года IEEE представил расширенную версию стандарта IEEE 802.3 at, которая получила название PoE Plus. Новый стандарт повысил максимальную передаваемую мощность электропитания до 25 Вт, что позволяет использовать более широкий класс устройств и оборудования, требующего электропитание. Стандарт разрешил задействовать уже не две пары, а все 4-ре витых пары, что позволяет по одному кабелю витая пара передать уже вдвое большую мощность – до 51 Вт. Например, к устройство можно проложить два кабеля и один слаботочный кабель использовать для передачи сигналов и данных, а другой задействовать для электропитания. Такое решение может позволить в перспективе строить сети для удаленных терминалов (тонких клиентов)  и которым хватит выделенной мощности, то есть можно будет отказаться от электрической проводки.

Альтернативные способы электроснабжения по витой паре – технология PPoE

Существуют и альтернативные способы передачи питания по информационному кабелю. Один из них – стандарт «Passive PoE» (PPoE), не совместимый на уровне протоколов с IEEE 802.3af, но, тем не менее, обеспечивающий аналогичные характеристики питающего напряжения. Его электрическая схема соответствует варианту «В» классического PoE. В состав оборудования входит инжектор и сплиттер. Основное преимущество оборудования этого стандарта – меньшая цена.

Кроме того, бывают ситуации, когда мощности классического PoE недостаточно. Например, для включения уличных IP-видеокамер необходимо подать питание не только на само устройство, но и на нагревательный элемент термокожуха, повортоный механизм. В этой ситуации можно использовать следующую схему (рисунок 3).

Камера включается согласно стандарту PoE, вариант «А», а питание на термоэлемент защитного кожуха подается аналогично PPoE, но от его собственного блока питания. При использовании этой схемы нужно иметь в виду, что при мощности термоэлемента, значительно превышающей максимальные для PoE . Поэтому не рекомендуется производить переключение патч-кордов (коммутационных шнуров) под нагрузкой, так как возникающая искра в контакте со временем будет увеличивать переходное сопротивление соединителей и ухудшать характеристики разъемного соединения. Производители СКС будут разрабатывать соединители с учетом использования технологии Power over Ethernet и будут снижать воздействие эффекта искрообразования на контактную площадку.

На данной стадии разработка  IEEE стандарта PoE не остановится, так как рынок потребует подавать большую мощность электропитания и в будущем появится новая улучшенная версия стандарта.


Поделиться информацией

Вы можете послать эту статью или новость коллеге или знакомому по email со своим комментарием, пригласить обсудить ее. Просто нажмите на иконку конверта --->


Сообщения, вопросы и ответы

Вы можете задать вопрос, написать комментарий, обсудить данную новость или статью.

Ваше сообщение (вопрос, ответ, комментарий)

  1. Андрей Семенов 29.12.2009 в 23:29

    1. Можно дать дополнительный комментарий, что это такое: "стандарт «Passive PoE» (PPoE), " и где об этом можно посмотреть более подбробно?

    2. Приведенная тут структура формально не соответствует стандартам СКС: слишком много соединителей в тракте.

  2. Александр 01.01.2010 в 11:25

    (подписан на сообщения)

    1. Андрей, можете посмотреть тут: www.nsgate.ru/nsgate_poe.shtml

    в первой десятке яндекса по запросу «passive power over ethernet»

    2. очень может быть, тем не менее, схема имеет право на существование

  3. Oleg 27.03.2010 в 18:38

    (подписан на сообщения)

    Ничего не могу сказать плохого, хорошая обзорная статья.

    Схема в конце — типичная для ситуаций «нам не надо, чтобы красиво — нам надо, чтобы хорошо работало».

    Есть одно маааленькое замечание:

    ===

    строить сети для уделанных терминалов

    ===

    ;-)

  4. Дмитрий Мацкевич 28.03.2010 в 11:37

    Олег,

    Спасибо за внимательность — оговорка по Фрейду получалисаь :-)

    Обязательно исправим

  5. Алексей 22.04.2010 в 13:07

    (подписан на сообщения)

    Подобная организация питания IP видеокамер по стандарту PoE (вариант А — поверх данных) и питания нагревательного элемента термокожуха по стандарту PPoE (вариант В — по свободным парам) реализована в устройстве PSW-1 (уличный узел для видеонаблюдения). С помощью PSW-1 возможно подключить до 4-х IP камер с поддержкой PoE. Что касается питания нагревательных элементов термокожуха, следует отметить, что внутри PSW реализована защита от КЗ по каждому каналу PPoE, чего не отражено в приведенной выше статье. Также в PSW имеется функция предварительного прогрева термокожуха, которая заключается в том, что при активизации этой функции после подачи питания вначале будет включен прогрев термокожуха, и только потом будут запитаны видеокамеры, обеспечивая их комфортный запуск. Еще имеется функция рестарта видеокамер, которая реализуется с помощью того же PoE.

    • Михаил Ш 30.06.2010 в 15:48

      (подписан на сообщения)

      А можно поподробней, как всетаки происходит перезагрузка камер и как PSW распознаёт факт зависания

      • Алексей 01.07.2010 в 07:08

        (подписан на сообщения)

        PSW постоянно контроллирует прохождение пакетов от видеокамеры. В случае, если пакеты от камеры не поступают в течение определенного интервала времени, PSW расценивает это как зависание. После чего снимет питание видеокамеры по PoE, а затем снова подает. Так и происходит перезапуск видеокамеры.

  6. Анатолий Петьков 26.04.2010 в 00:51

    СКС и стандарт предполагает защиту от «дурака», а тут нет соблюдение стандарта, случайно патчкорд воткнул не в то гнездо и задымились резисторы на материнской или сетевой плате (по 75ом на виртуальную землю). По функционалу нечего страшного не случится, а пользователя напугаем дымом треском...

    По схеме приведенной на рис3 стоит СУ- в реальности обычный самовостанавливающийся предохранитель, на 0,25А...

    Так что девайсы от форт-телеком и нетворк лоджик имеют право быть, но не в рамках СКС, а только в рамках личной ответственности/страха...

  7. Дмитрий 14.12.2010 в 19:49

    (подписан на сообщения)

    Уважаемые господа, не подскажите ли ответ на вопрос. Можно ли ставить слаботочные розетки ( RJ 45) под потолком (для запитки камер видеонаблюдения и Wi-Fi), если я не ошибаюсь, то руководящие стандарты запрещают установку выше 1200 мм? Если можно дайте ссылку на стандарт и его пункты.

  8. Владимир 18.02.2014 в 07:11

    (подписан на сообщения)

    Напрашивается вопрос. Можно ли при подключении IP камеры использовать 5,4 и 7,8 проводники для передачи 12В от внешнего стабилизированного блока питания. А для передачи видеопотока просто обжать на RJ-45 1,2 и 3,6 пары при этом вставив их в гнёзда, соответственно на стороне камеры и свитча?