СКС (структурированная кабельная система)

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

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.