Hintergrundinformationen zu Power Over Ethernet ( PoE, PoE+ & Hi-PoE )
PSEs und PDs - was ist der Unterschied?
Ähnlich wie das Telefonnetz Ihr Telefon zu Hause mit Strom versorgt, überträgt PoE (Power over Ethernet) Gleichstrom über ein Standard Ethernet Kabel (CAT 3 oder höher). Seit 2003 werden für die Energieversorgung und den Anschluss von Netzwerkgeräten, die eine Spannung von bis zu 30 Watt benötigen, einfach die PoE (IEEE 802.3af)- und PoE+ (IEEE 802.3at)-Standards genutzt. Mit diesen Standards setzen Unternehmen häufig Geräte an Orten ein, an denen die Installation einer separaten AC-Versorgung schwierig oder zu teuer gewesen wäre, wie Decken, Wände oder Kioske.
Für eine PoE-Leistung von mehr als 30 Watt haben Anbieter jedoch eigene proprietäre und nicht-interoperable (UPoE, 4PPoE, PoE++, UltraPoE, 4 Pair PoE usw.) Implementationen entwickelt, was den Einsatz von Produktlösungen von verschiedenen Anbietern erschwert. Durch Ratifizierung des Standards IEEE 802.3bt High Power PoE (Hi-PoE), der bis zu 100 Watt pro Port bereitstellen kann, gibt es nun eine Übereinstimmung zwischen HiPoE-Anbietern und keinerlei Kompatibilitätsprobleme zwischen ihren Produkten mehr. Der Hi-PoE-Standard ist rückwärts kompatibel mit den bestehenden PoE- und PoE+-Standards und wird zu einer erweiterten Annahme von Standard-PoE-Produkten führen sowie die Nachfrage nach PoE-betriebenen Produkten steigern. Unterschiede zwischen den IEEE-PoE-Standards:
| IEEE PoE Spezifikationen für Cat5e @100m | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Standard / Typ | 802.3af / Typ 1 | 802.3at / Typ 2 | 802.3bt / Typ 3 | 802.3bt / Typ 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-Paar | 2-Paar oder 4-Paar |
4-Paar | |||||
Zur Unterstützung der Leistungsanforderungen des stetig wachsenden IoT-Marktes kann PoE-Technologie durch die Einführung des Standards IEEE 802.3bt nun bis zu 100 W Leistung beim Power Source Equipment (PSE) unterstützen. Einige High-Power-Anwendungen, die den Hi-PoE-Standard voraussichtlich nutzen werden, sind:
- Smart City und Gebäudeinfrastruktur (d.h. LED-Beleuchtung)
- Retail-POS-Systeme, VoIP- Telefone und digitale Beschilderung
- High-Performance-Netzwerkgeräte (d.h. Wireless Access Points (WAPs), die IEEE 802.11ac & 802.11ax, IP-Turrets, Fernseher und Monitore unterstützen)
- High-Definition-PTZ-Überwachungskameras mit Heizungen für raue Umgebungen
- Gesundheitswesen und Industrienetzwerke
- Retail (d.h. POS, Verkaufsautomaten)
PoE, manchmal auch als „Inline-Power“ bezeichnet, verringert die Anzahl der Kabel, die für die Netzwerkinstallation verlegt werden müssen, erheblich. Weitere Vorteile sind größere Flexibilität bei der Auswahl der Standorte für die Geräte, weniger Ausfallzeiten und geringere Verkabelungs- und Energiekosten.
PSEs und PDs - was ist der Unterschied?
In einer PoE-Umgebung gibt es zwei Hauptkategorien von Geräten, nämlich Versorger (Power Source Equipment, PSE) und Verbraucher (Powered Device, PD). PSEs stellen den Strom bereit, der von den PDs benötigt wird. Ein PoE PSE kann bis zu 15,4 Watt bei 48 VDC bereitstellen. Ein Hi-PoE PSE stellt maximal 100 Watt Leistung bereit. Die IEEE-Standards sehen vierpaarige Kabel vor. CAT5 Kabel hat vier Twisted-Pair-Kabel, aber nur zwei der Paare werden für Daten verwendet. Die Spezifikation ermöglicht, dass entweder die Ersatzpaare oder die Datenpaare zur Stromübertragung verwendet werden.
Wie funktioniert PoE?
Der Strom wird auf der Schaltkastenseite in das Kabel eingespeist. Das kann durch „Endspan“-LAN/WAN-Switches, die die Stromversorgungsschaltungen beinhalten, oder (falls die vorhandenen LAN-Switches nicht ersetzt oder nur einige Abschnitte mit Strom versorgt werden sollen) durch „Midspan“-Patchpanel oder Injektoren erfolgen, die zwischen dem Switch und dem Abschnitt angeschlossen werden. Wenn Sie vorhandene LAN-Switches nicht ersetzen möchten oder nur einige Segmente mit Strom versorgen möchten, können Sie alternativ dazu Midspan-Patchpanels oder Injektoren zwischen Switch und Powered Device (PD) anschließen. Die Endgeräte (Powered Devices - Energieverbraucher) müssen PoE unterstützen. Viele der neuen PoE-fähigen Switches verfügen auch über Energieverwaltungsfähigkeiten, so dass die daran angeschlossenen PoE-Geräte mit Strom versorgt werden können. Das ist für Remote-Management-Anwendungen ideal, bei denen IT-Ausrüstung wie Server und Router zur Wiederherstellung mit Strom versorgt werden muss.
Wenn ein Powered Device (PD) eingeschaltet wird, teilt es dem Endspan- oder Midspan-Ethernet Switch durch den Austausch von Informationen mit, dass es Strom über das Ethernet-Kabel empfangen kann. Ein mit IEEE PoE konformes Powered Device kann über Datenleitungen oder freie Pins der Ethernet-Schnittstelle mit Strom versorgt werden. Hier müssen Netzwerkadministratoren mit Bedacht vorgehen, da einige PDs, die von sich behaupten, mit IEEE PoE konform zu sein, tatsächlich nur durch Midspan-Stromquellen über unbenutzte Adernpaare mit Strom versorgt werden. Midspan-Injektoren überprüfen nicht immer, ob das versorgte Endgerät ein PD ist, und könnten deshalb bei Geräten, die keine PDs sind, Schäden verursachen.
Um das PD vor Spannungsspitzen beim Einschalten zu schützen, muss es unbedingt über einen Einschaltstoßstrom-Begrenzer verfügen. Das mit dieser Schutzvorrichtung ausgerüstete PD beginnt zuerst Strom mit geringer Spannung zu ziehen, um das Power Sourcing Device (PSE) zu schonen. Dann wird auf eine höhere Stromzufuhr umgeschaltet, damit das PD den benötigten Strom bekommt bis zu 100 Watt.
Single-Signatur und Duale-Signatur PDs
802.3bt führte zwei neue PD-Topologien ein - Single-Signature und Dual-Signature. Single-Signatur-PDs haben dieselbe Erkennungssignatur und Klassifizierungssignatur und behalten die Stromversorgungssignatur zwischen beiden Paarsätzen bei. Dies wird normalerweise bei Einzellast-Anwendungen verwendet. PDs mit zwei Signaturen verfügen über unabhängige Erkennungssignaturen, Klassifizierungssignaturen und Leistungssignaturen für jeden Paarsatz. Dies ist ideal für Anwendungen mit mehreren Lasten, z. B. beheizte Überwachungskameras. Die heutigen Dual-Signierten PD's ermöglichen Bereitstellungen von 51 W am PD. Bei neueren PD-Anwendungen werden jedoch oftmals PDs mit Single-Signatur verwendet, um die Gesamtkosten des Produkts zu senken und die höhere Verfügbarkeit von 71 W zu nutzen. Es ist wichtig festzustellen, ob die PSE PDs mit Single-Signatur, PDs mit Dual-Signatur oder beides unterstützt, wenn Sie eine Installation planen. Eine PSE, die beide unterstützt, muss nicht ersetzt werden, wenn PDs aktualisiert werden.
Über 100 Meter hinaus
Für Remotegeräte, die Strom und Daten empfangen müssen, aber außerhalb der 100-Meter-Reichweite von Kupferkabeln liegen, haben Netzwerkverwalter mehrere Optionen. Sie könnten einen Remotedatenschrank hinzufügen, LAN-Extender einsetzen, die Ethernet in DSL konvertieren, UTP für Konverter verwenden oder Wi-Fi implementieren. Oder sie nutzen die Vorteile von Glasfaserleitungen, um die möglichen Entfernungen im Netzwerk zu vergrößern.
Glasfaser / LWL erweitert die Netzwerkstrecken auf bis zu 160 km pro Verbindung, ohne dass es zu den bei Kupferkabeln üblichen Verschlechterungen bei großen Distanzen kommt. LAN-Extender können mögliche Netzwerkdistanzen auf bis zu 10 km erweitern, allerdings sind die Datengeschwindigkeiten nach 100 Metern deutlich langsamer. Statt mit 100 Mbit/s werden die Daten schlimmstenfalls mit nur 2,3 Mbit/s übertragen. Des Weiteren hat der Einsatz von LWL auch auf dem Gebiet der Sicherheit Vorteile. Es werden keine elektromagnetischen Abstrahlungen erzeugt, und die Leitungen sind sehr schwer anzuzapfen. Da weder elektrische Interferenzen noch Temperatur- oder Atmosphärenbedingungen zu Datenverlust oder Störungen führen können, ist LWL extrem zuverlässig.
LWL kann von einem vorhandenen Datenschrank zu einem Bereich mit Stromzugang verlegt werden. Ein PoE-Medienkonverter kann mit AC- oder DC- Strom versorgt werden. Der Medienkonverter wird an das Netzteil und an den Glasfaserleiter angeschlossen. Kupfer-Ethernet (UTP- oder STP-Kabel) kann weitere 100 Meter zum PD verlängert werden. Der PoE Medienkonverter konvertiert die Daten von LWL zu Kupfer, fügt Strom hinzu und überträgt beides an das PD.
Wenn Sie Ihre Ethernet Dienste über die normale IEEE 802.3-Beschränkung von 100m hinaus nutzen möchten und neue Glasfaserkabel unerschwinglich sind, stellen Ethernet Extender die perfekte Lösung dar. Ethernet Extender von Perle erweitern 10/100/1000 Ethernet Verbindungen transparent über Kupferkabel. Nutzen Sie einzelne Twisted-Pair- (CAT5/6/7), Koaxial- oder vorhandene Kupferleitungen, die zuvor für Alarmschaltkreise, E1/T1-Schaltkreise, RS232, RS422, RS485, CCTV- und CATV-Anwendungen eingesetzt wurden. Ein PoE Ethernet Extender kann als PD oder PSE eingesetzt werden.
Zusammenfassung der Vorteile der PoE-Technologie:
- Das Ethernet-Gerät muss nur an ein Kabel angeschlossen werden - dies vereinfacht die Installation und spart Platz
- Sie brauchen keinen Elektriker zu bezahlen und müssen nicht mit der Installation warten, bis er Zeit hat - dies spart Zeit und Geld
- Das Gerät kann einfach an anderen Orten aufgestellt werden, wo ein LAN-Kabel verlegt werden kann - Störungen am Arbeitsplatz werden vermieden.
- Sicherer - kein Einsatz von Netzspannung
- Eine USV garantiert die Stromversorgung der Geräte selbst während eines Netzstromausfalls
