Vorteile der Verwendung von PoE Power Management Controllern bei Power Sourcing Equipment
Grundlagen von PoE (Power over Ethernet)
Es ist wichtig, einige grundlegende Aspekte von Power over Ethernet (IEEE 802.3af (PoE bis zu 15.4 Watt) 802.3at (PoE+ bis zu 30 Watt, und 802.3bt (Hi-PoE bis zu 100 Watt ) zu verstehen.
Ethernet-Kabel (CAT 5e und besser) umfassen vier Twisted Pair Adern. Bei 10 und 100BASE-TX Ethernet werden nur zwei dieser Paare zur Datenübertragung verwendet. Bei Gigabit Ethernet (1000Base-T) werden alle vier Paare benötigt.
Vorausgesetzt, es sind zwei Leiter erforderlich, um die Stromversorgung über ein Kabel zu gewährleisten, wird bei der PoE-Norm jedes Paar wie ein Einzelleiter behandelt. Dabei können die beiden Datenübertragungspaare (als Phantomstrom oder Alternative A bezeichnet) oder die beiden Ersatzpaare (Alternative B) für die Weiterleitung des elektrischen Stroms verwendet werden. Da für Gigabit vier Datenübertragungspaare benötigt werden, wird bei PoE über Gigabit-Links der Strom über zwei der Datenübertragungspaare (Phantomstrom) übertragen.
Strom wird mit einer Spannung von 44 bis 57 Volt DC (50 bis 57 Volt bei PoE+ und Hi-PoE) in das Ethernetkabel eingespeist. Dies ermöglicht eine effiziente Stromübertragung über das Kabel, während gleichzeitig die Niederspannungsanforderungen der SELV (Safety Extra Low Voltage)-Norm erfüllt werden.
SELV (Safety Extra Low Voltage)-Norm
Die SELV-Norm legt das erforderliche Verfahren für das sichere Anlegen von Spannung an einem Netzwerkkabel fest. Die Phasen Signaturerkennung, Klassifizierung, Hochfahren, Betrieb und Trennen der Verbindung werden nachfolgend erläutert.
Signaturerkennung
Obgleich 44 und 57 Volt DC für den Anwender sicher sind, können dadurch Geräte beschädigt werden, die nicht auf den Eingang von PoE-Spannung ausgelegt sind. Im Rahmen der IEEE-Norm muss daher eine Qualifikationsprüfung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Ethernet-Gerät mit Spannung versorgt werden kann, bevor PSE (Power Sourcing Equipment) Strom für ein angeschlossenes, mit Spannung versorgtes Gerät (Powered Device, PD), wie eine IP-Kamera oder ein WAP (Wireless Access Point), bereitstellen kann. Dies erfolgt in der Signaturerkennungsphase.
Zur Signaturerkennung wird eine sehr geringe Spannung an der Verbindung angelegt, um die charakteristische Signatur von IEEE-kompatiblen PDs zu erkennen. Diese wird durch einen Widerstand von 25k Ohm angezeigt. Nach der Erkennung weiß das PSE, dass höhere Spannungen sicher angelegt werden können. Ein Gerät, das diese Norm nicht unterstützt, zeigt diese Signatur nicht und somit wird auch keine Spannung angelegt. Bei einem Remote-Switch mit multiplen PoE PSE-Ports können somit auf sichere Weise verschiedene Arten von Ethernet-Geräten über konforme und nicht-konforme PoE-PDs angeschlossen werden. Es ist wichtig zu wissen, dass passive PoE-Injektoren diese Prüfung nicht vornehmen und daher stets Spannung an das Kabel anlegen. Bei diesen Geräten gibt es visuelle Warnanzeigen an den Anschlüssen, um zu vermeiden, dass PoE-inkompatible Geräte angeschlossen werden. Dies ist jedoch keine Garantie dafür, dass Mitarbeiter an dezentralen Standorten nicht doch versehentlich ein Gerät am falschen Anschluss verbinden.
Klassifizierung
Die Klassifizierung folgt nach der Signaturerkennungsphase. Sie legt die Leistung fest, auf die das Gerät ausgelegt ist. Wenn ein PD eine Klassifizierungssignatur anzeigt, informiert es die PSE darüber, wie viel Energie für den Betrieb erforderlich ist. Eine PSE mit einem begrenzten Leistungs-Gesamtbudget kann dieses somit effizient zuweisen. Die PoE-Leistungsklassen sind wie folgt:
| IEEE PoE Spezifikationen für Cat5e @100m | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Standard / Type | 802.3af Type 1 |
802.3at Type 2 |
802.3bt Type 3 |
802.3bt Type 4 |
||||
| Name / Jahr | PoE / 2003 | PoE+ / 2009 | Hi-PoE / 2018 | Hi-PoE / 2018 | ||||
| PSE Input Voltage (Min) | 44V/50V | 50V | 52V | |||||
| Unterstützte PD Klassen | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| PSE-Ausgangsleistung für Single-Signatur-PD | 4W | 6.7W | 14W | 30W | 45W | 60W | 75W | 90W - 100W |
| Single-Signatur PD-Eingangsleistung (Min) | 3.84W | 6.49W | 13W | 25.5W | 40W | 51W | 62W | 71.3W |
| PSE-Ausgangsleistung Dual-Signatur PD (pro Paar) | 4W | 6.7W | 14W | 30W | 45W | -- | -- | -- |
| Dual-Signatur PD-Eingangsleistung (Pro Satz / Gesamt) | 3.84W / 7.68W |
6.49W / 12.98W |
13W / 26W |
25.5W / 51W |
35.6W / 71.2W |
-- | -- | -- |
| Ethernet Paare | 2-Pair | 2-Pair or 4-Pair |
4-Pair | |||||
Die an der PSE verfügbare Leistung ist in der oben dargestellten Tabelle aufgeführt. Es ist wichtig zu wissen, dass durch den Kabelwiderstand Spannungsabfälle entlang des Kabels auftreten und dass Leistung verloren geht, wodurch am Remote-PD weniger Leistung verfügbar ist. Eine PSE, die ein Gerät der Klasse 3 erkennt, liefert beispielsweise bis zu 15,4 Watt. Bei einem kompletten 100m-Kabel stehen dem Remote-PD jedoch nicht mehr als 12,95 Watt zur Verfügung.
Wenn ein PD keine Klassifizierungssignatur anzeigt, wird eine Leistungsstufe der Klasse 0 verwendet.
Hochfahren
Nach der Erkennung und Klassifizierung eines neu angeschlossenen Geräts wird die Spannung kontrolliert angelegt, damit kein unerwünschtes Rauschen in das Kabel eingespeist wird und schließlich der erforderliche ausgehandelte PoE-Leistungspegel erreicht wird.
Überwachung des Betriebs
Sobald die volle Spannung angelegt ist, überwacht die PSE weiterhin, wie viel elektrischer Strom an die PD geliefert wird, und unterbricht die Stromzufuhr zum Kabel, wenn zu viel oder zu wenig Strom verbraucht wird. Dies schützt die PSE und PD vor Überlastung und stellt sicher, dass PoE vom Kabel getrennt wird, wenn die PD abgezogen wird.
Trennen der Verbindung
Wenn das Kabel während des Betriebs ausgesteckt wird, zieht die PSE die Spannung innerhalb von 15 bis 20 ms vom Kabel. Dies gewährleistet, dass die Spannung bei Anschluss eines nicht PoE-konformen Gerätes getrennt wird.
Smart PoE-Management-Controller
Bei korrekt entwickelten PoE PSEs sind PoE Management Controller in das Produkt integriert, welche die Norm IEEE 802.3af/at/bt erfüllen. Dadurch ist Folgendes gewährleistet:
- Sowohl PoE-Geräte als auch nicht-PoE-konforme Geräte lassen sich sicher anschließen;
- Beim Hochfahren wird kein unerwünschtes Rauschen in das Netzkabel injiziert;
- Die Stromaufnahme wird zum Schutz sowohl der PSE als auch des PD permanent überwacht;
- Die Spannung wird sofort nach dem Abziehen des Gerätes von der Spannungsversorgung getrennt, sodass nach Bedarf auch ein Nicht-PoE-Gerät angeschlossen werden kann.
Eine nicht konforme PSE lässt sich anhand der Warnanzeigen am/an den PoE-Port(s) des Produkts oder im Benutzerhandbuch leicht identifizieren.
Perle PoE-PSEs mit integrierten Power Management-Controllern
Perle PoE Ethernet Extender sind die einzigen VDSL-basierten Ethernet Extender auf dem Markt, die über einen integrierten PSE-Controller verfügen, welche die PoE-Normen in vollem Umfang erfüllen. Wettbewerbsfähige PoE Ethernet Extender-Produkte fungieren als einfache passive Spannungsinjektoren, welche permanent Spannung an die Stifte des RJ45-Ports anlegen, was zu Schäden führen kann, wenn versehentlich nicht-konforme Ethernet-Geräte angeschlossen werden.
