Power over Ethernet
Передача электроэнергии через Ethernet (Power over Ethernet (PoE)) — технология, позволяющая передавать удалённому устройству электрическую энергию вместе с данными через стандартную витую пару в сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, IP-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.
Технология PoE описана стандартами IEEE 802.3af-2003 и IEEE 802.3at-2009. Существует несколько вариантов этой технологии, предшествующих первому стандарту, но они мало распространены.
Обзор стандартов PoE[править | править код]
Согласно стандарту IEEE 802.3af, в четырёхпарном кабеле питание подаётся через две пары проводников; максимальная мощность достигает 15,4 Вт при постоянном токе до 400 мА и номинальном напряжении 48 В. Минимальное значение напряжения может составить 36 В, а максимальное 57 В. Стандарт определяет 5 классов устройств, питаемых по технологии PoE, от нулевого до четвертого. Каждому классу соответствуют свои параметры мощности и тока. Наиболее распространён первый класс. Для него входной ток равен 120 мА, а мощность может варьироваться от 0,44 до 3,84 Вт. Четвёртый класс не используется и зарезервирован на будущее.
Стандарт IEEE 802.3at-2009[1], известный также как PoE+ или PoE plus, предусматривает подачу мощности до 25,5 Вт[2]. Этот стандарт запрещает устройству-потребителю получать питание по всем четырём парам Ethernet-кабеля одновременно[3]. Однако некоторые производители заявили о выпуске устройств, потребляющих питание по всем парам и таким образом получающих мощность до 60 Вт[4].
Помимо использования двух свободных пар в сети 10/100Base-T, стандарт предусматривает использование фантомного питания для передачи электроэнергии. Подача питающего напряжения осуществляется как разность потенциалов между парами проводников (например, по методу B между парами 4—5 и 7—8). Более современные устройства поддерживают передачу электричества по сигнальным проводам, а именно — по 1, 2, 3, 6. Этот вариант существенно снижает затраты на кабеле и монтажных работах. Такая технология PoE часто встречается в сфере IP-видеонаблюдения и точках доступа. Стандарт определяет пары проводников для подачи питания и его полярность. Эта технология работает с существующей кабельной системой, включая кабели категории 5 без необходимости внесения каких-либо модификаций в существующую СКС.
PINS on Switch | 10/100 DC on Spares (метод B) | 10/100 Mixed DC & Data (метод A) | 1000 (1 Гбит/с) DC & Bi-Data (метод B) | 1000 (1 Гбит/с) DC & Bi-Data (метод A) |
---|---|---|---|---|
Pin 1 | Rx+ | Rx+ DC+ | TxRx A+ | TxRx // A+ DC+ |
Pin 2 | Rx− | Rx− DC+ | TxRx A− | TxRx // A− DC+ |
Pin 3 | Tx+ | Tx+ DC− | TxRx B+ | TxRx // B+ DC− |
Pin 4 | DC+ | не используется | TxRx // C+ DC+ | TxRx C+ |
Pin 5 | DC+ | не используется | TxRx // C− DC+ | TxRx C− |
Pin 6 | Tx− | Tx− DC- | TxRx B− | TxRx // B− DC− |
Pin 7 | DC− | не используется | TxRx // D+ DC− | TxRx D+ |
Pin 8 | DC− | не используется | TxRx // D− DC− | TxRx D− |
Организация IEEE планирует собрать группу по разработке нового стандарта PoE, который позволит использовать все четыре пары кабеля Ethernet и, как минимум, удвоить предел мощности для питания устройств[5].
Оборудование PoE и принцип работы[править | править код]
Технология PoE не оказывает влияния на качество передачи данных. Для её реализации используются свойства физического уровня Ethernet:
- с использованием высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток. Постоянное напряжение питания подается на центральные отводы вторичных обмоток этих трансформаторов, и так же с центральных отводов снимается на приемной стороне. Использование центральных отводов сигнальных трансформаторов позволяет без взаимного влияния передавать питание по сигнальным парам, то есть передавать по одним и тем же проводникам и высокочастотные данные, и постоянное напряжение питания;
- использование свободных пар для подачи питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100BASE-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.
Питающие устройства (инжекторы; англ. power sourcing equipment, сокр. PSE) отличаются по способу подключения питания, при этом питаемые устройства (сплиттеры; англ. powered device, сокр. PD) являются универсальными. Питаемые устройства должны проектироваться с возможностью приема питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель).
Питающее устройство подает питание в кабель только в том случае, если подключаемое устройство является устройством питаемого типа. Таким образом, оборудование, не поддерживающее технологию PoE и случайно подключенное к питающему устройству, не будет выведено из строя[6]. Процедура подачи и отключения питания на кабель состоит из нескольких этапов.
Определение подключения[править | править код]
Этап определения подключения служит для определения, является ли подключенное на противоположном конце кабеля устройство питаемым (PD). На этом этапе питающее устройство (PSE) подает на кабель напряжение от 2,8 до 10 B и определяет параметры входного сопротивления подключаемого устройства. Для питаемого устройства это сопротивление составляет от 19 до 26,5 кОм с параллельно подключенным конденсатором ёмкостью от 0 до 150 нФ[7]. Только после проверки соответствия параметров входного сопротивления для питаемого устройства питающее устройство переходит к следующему этапу, в противном случае питающее устройство повторно, через промежуток времени не менее 2 мс, пытается определить подключение.
Классификация[править | править код]
После этапа определения подключения питающее устройство может дополнительно выполнять этап классификации, определяя диапазон мощностей, потребляемых питаемым устройством, чтобы затем управлять этой мощностью. Каждому питаемому устройству, в зависимости от заявленной потребляемой мощности, будет присвоен класс от 0 до 4. Минимальный диапазон мощностей имеет класс 0. Класс 4 зарезервирован стандартом для дальнейшего развития. Питающее устройство может снять напряжение с кабеля, если питаемое устройство стало потреблять мощность больше объявленной во время классификации. Классификация выполняется путём введения в кабель питающим устройством напряжения от 14,5 до 20,5 В и измерения тока в линии.
Токи классификации[8] приведены в таблице:
Класс | Максимальная мощность, потребляемая запитываемым устройством (PD), Вт | Токи классификации по стандартам IEEE 802.3af/at, измеряемые источником питания (PSE), мА |
---|---|---|
0 | 0,44—12,95 | 0—5 |
1 | 0,44—3,84 | 8—13 |
2 | 3,84—6,49 | 16—21 |
3 | 6,49—12,95 | 25—31 |
4 | 12,95—25,5 | 35—45 |
5 | > 25,5 |
Классы потребления мощности питаемых устройств приведены в таблице:
Класс | Вт на порт PoE | Вт на устройство |
---|---|---|
0 | 15,4 | от 0,44 до 12,95 |
1 | 4,5 | от 0,44 до 3,94 |
2 | 7 | от 3,84 до 6,49 |
3 | 15,4 | от 6,49 до 12,95 |
4 | 30 | от 12,95 до 25,5 |
Подача полного напряжения[править | править код]
После прохождения этапов определения и классификации питающее устройство подает в кабель напряжение 48 В с фронтом нарастания не быстрее 400 мс. После подачи полного напряжения на питаемое устройство питающее устройство осуществляет контроль его работы двумя способами:
- если питаемое устройство в течение 400 мс будет потреблять ток меньше 5 мА, то питающее устройство снимает питание с кабеля;
- питающее устройство подает в кабель напряжение 1,9—5,0 В с частотой 500 Гц и вычисляет входное сопротивление; если это сопротивление будет больше 1980 кОм в течение 400 мс, питающее устройство снимает питание с кабеля.
Кроме того, питающее устройство непрерывно следит за током перегрузки. Если питаемое устройство будет потреблять ток более 400 мА в течение 75 мс, питающее устройство снимет питание с кабеля.
Отключение[править | править код]
Когда питающее устройство определяет, что питаемое устройство отключено от кабеля или произошла перегрузка потребляемого тока питаемым устройством, происходит снятие напряжение с кабеля за время не менее 500 мс.
Passive PoE[править | править код]
Альтернативное решение, называемое Passive PoE, в виде промежуточного комплекта адаптеров (инжектор и сплиттер), могут поддерживать только электрические характеристики соответствия стандарту 802.3af, но не протокольные. Passive PoE не совместим со стандартом IEEE 802.3af, тем не менее, его используют многие компании, и об этом необходимо помнить при подключении устройства посредством PoE, так как маркировка такого оборудования также содержит указание на совместимость с PoE (например, Planet POE-100, D-Link DWL-P200).
Схема инжектора Passive PoE:
Входная розетка | Выходная вилка | ||
---|---|---|---|
1 | Tx+ | Tx+ | 1 |
2 | Tx− | Tx− | 2 |
3 | Rx+ | Rx+ | 3 |
4 | V+ | — | 4 |
5 | V+ | — | 5 |
6 | Rx− | Rx− | 6 |
7 | V− | — | 7 |
8 | V− | — | 8 |
Особенности[править | править код]
Реализация схемотехники потребителя предусматривает два возможных варианта:
- с гальванической развязкой (импульсный трансформатор);
- с непосредственной связью (понижающий конвертер).
Использование второго типа допускается только в случае, если потребитель не имеет гальванически связанных интерфейсных разъёмов, таких, как антенный соединитель, и не имеет гальванической связи с корпусом или внешними металлическими частями устройства (или используется непроводящий корпус).
При использовании молниезащиты в системах с PoE следует учитывать совместимость защитных устройств с той или иной реализацией стандарта питания по Ethernet (в частности, дополнительная гальваническая развязка в грозозащитном устройстве естественным образом приводит к неработоспособности PoE, как и слишком низковольтные нелинейные элементы защиты).
См. также[править | править код]
Примечания[править | править код]
- ↑ 802.3at Amendment 3: Data Terminal Equipment (DTE) Power via the Media Dependent Interface (MDI) Enhancements, September 11, 2009
- ↑ Amendment to IEEE 802.3 Standard Enhances Power Management and Increases Available Power (недоступная ссылка). IEEE. Дата обращения: 24 июня 2010. Архивировано 17 октября 2012 года.
- ↑ В пункте 33.3.1 сказано: «PDs that simultaneously require power from both Mode A and Mode B are specifically not allowed by this standard.»
- ↑ 802.3at-2009 Power over Ethernet UPOE Cisco Standard Ratified (недоступная ссылка). Дата обращения: 24 июня 2010. Архивировано 17 октября 2012 года.
- ↑ IEEE forms 4-pair PoE study group Архивная копия от 25 апреля 2013 на Wayback Machine.
- ↑ Фактически, никакое стандартное оборудование Ethernet, соответствующее спецификации 10BASE-T и новее, не может быть выведено из строя разностью потенциалов между парами, поскольку стандарт предусматривает обязательную гальваническую развязку. Развязывающие трансформаторы всех производителей тестируются напряжением 500—2000 Vrms
- ↑ По данным на микросхему SI3402 указанные номиналы составляют 23,75—26,25 кОм и 50—120 нФ.
- ↑ http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX5969A-MAX5969B.pdf