SigaDoma.ru

Технология PoE

Эффективность любого бизнеса напрямую зависит от того, как грамотно будут распределены расходы компании. Затраты, направленные на поддержание в рабочем состоянии коммуникаций – одна из основных составляющих данной сметы, и в зависимости от того, насколько правильно все будет спланировано и организованно, будет зависеть данная цифра.

Во время организации локальной сети комплекса или предприятия самым дорогим и трудоемким процессом является создание и структурирование кабельной ее составляющей. Если существуют какие-либо архитектурные ограничения, поставленная задача и вовсе может превратиться в невыполнимую.

Прогресс не останавливается на месте. В подобных ситуациях искомой «палочкой-выручалочкой» может стать технология Power over Ethernet или PoE.

Общее назначение PoE.

PoE технология в видеонаблюдении

Технология PoE в системе видеонаблюдения

PoE – технология, позволяющая передавать пакеты с информацией и низковольтное напряжение по одному общему каналу связи. Сила передаваемого тока может достигать 400 мА, максимальное напряжение тока – 48 В. В PoE используется витая пара, в основе которой лежат медные проводники.

Применение технологии PoE предоставляет возможность отказаться от силовых электрических розеток для подачи питания на беспроводные точки доступа локальной сети, устройства, считывающие данные с карт или IP-телефоны. В дополнение для всех приборов, которые питаются через ЛВС-кабель, появляется возможность задействовать резервный централизованный источник питания.

Использование технологии PoE гарантирует различные возможности защиты от негативных факторов, таких как перенапряжение сети, которые способны оказывать отрицательное влияние на рабочие характеристики канала данных и физического тракта. Передача информации и электрического сигнала по одному кабелю влечет за собой экономию денежных средств на электрических материалах и операциях по их прокладке.

Спецификация PoE.

После появления технологии PoE, она считалась исключительно фирменной и предлагалась совместно несколькими компаниями по производству сетевого оборудования, такими как Enterasys, Cisco Systems, Avaya и др. Сегодня Power over Ethernet основывается на спецификации, которую предлагает международное агентство стандартизации сетей IEEE — 802.3af.

802.3af – самый первый международный стандарт, характеризующий основные правила передачи электрического питания на различные сетевые устройства. Данный стандарт сегодня поддерживается большим количеством устройств WLAN (беспроводных ЛВС), VoIP (IP-телефония), системами охраны помещения и видеонаблюдения.

Изначально технология PoE использовалась исключительно для IP-телефонии, однако в последствии ее начали использовать для IP-видеокамер, устройств, предназначенных считывать данные с пластиковых карт, беспроводных точек организации LAN. С ее помощью можно питать такие устройства, как персональные компьютеры, мобильные телефоны, КПК, ноутбуки, радиотелефоны, трансформаторы напряжения, различные преобразователи и многое другое.

Оборудование для PoE.

Для того, чтобы можно было применять технологию PoE, необходимо наличие небольшой группы специализированных устройств. Основой любой PoE являются специализированные коммутаторы с фиксированной конфигурацией или интерфейсные платы, которые сегодня выпускаются большинством производителей. Для того, чтобы развернуть сетевую технологию PoE в масштабах крупного предприятия, придется провести обновление и, возможно, модернизацию всей инфраструктуры электропитания.

Современный стандарт PoE подразумевает использование двух типов устройств:
— PSE или Power Sourcing Equipment – они же питающие.
— PD или Powered Device – они же питаемые.

К питающим устройствам сегодня относят:
— Коммутаторы PoE.
— Промежуточные инжекторы.

Промежуточные инжекторы (или midspan power injectors) – устройства, предназначенные подавать напряжение в локальную сеть, используя два свободных канала в проводах Ethernet.

Коммутатор PoE – устройство, предназначенное соединять между собой оборудование в локальной сети. Коммутаторы, оснащенные портами PoE, должны отвечать не только за передачу данных между подключенными устройствами, но и поддержание постоянной мощности в сети, примерно равной 15 Вт.

Изображен PoE коммутатор

PoE коммутатор

К питаемым устройствам относятся IP-видеокамеры, точки доступа беспроводной связи и т. д. К ним также добавляются КПК, мобильные телефоны, персональные компьютеры – любые электронно-цифровые приборы, которые могут подключаться к сети Ethernet при помощи разъема RJ-45.

Принцип работы технологии PoE.

Некоторые изготовители оборудования ЛВС выпустили свои фирменные инжекторы, которые осуществляют подачу напряжения в Ethernet-кабель. Но не всегда подобный метод работал. Встречались разработки, которые представляли опасность как для подключаемых устройств, так и для человека, который ими пользовался. Подключенный к приемнику кабель, который часто называли «горячим», мог выводить из строя сетевой интерфейс или вовсе спалить машину, стать причиной пожара, если ко второму концу подключалось оборудование, не предназначенное для использования работы с использованием технологии PoE.

Подобную проблему решило введение стандарта 802.3af. Он установил важное правило технологии PoE: подача напряжения по витой паре должна производиться только в том случае, если на обоих концах подключены устройства, поддерживающие данную технологию. Если в процессе работы выявляется обратное, порты должны работать в режиме «передатчик-приемник» информации и не более. Таким образом сегодня исключается любая опасность.

Подаваться электропитание на последующее устройство может несколькими способами. Первый подразумевает задействовать сигнальные витые пары, передающие информационный трафик. Второй используется для сетей Ethernet 10/100 Мб/с, когда применяется четырехканальная экранированная витая пара и напряжение передается по двум незадействованным каналам.

Однако последний подход подразумевает использование более современных коммутаторов, которые оснащены промежуточными инжекторами, способными питать каналы в независимом режиме. К тому же, он не может быть применен в случаях, если все четыре канала витой пары используются для передачи пакетов данных.

Использование промежуточных инжекторов, говоря по существу, применимо только в сетях Ethernet (10 Мб/с) и Fast Ethernet (100 Мб/с). Для организации сетей Gigabit Ethernet с дополнительной передачей питаний к рабочим местам потребуется внедрение дополнительной гигабитовой инфраструктуры, по которой будут передаваться пакеты.

Побочный эффект использование технологии Power over Ethernet.

Побочным эффектом использования технологии PoE является выделение тепла в окружающую среду. Однако это не становится серьезной проблемой, так как более сотни портов 802.3af не смогут раскалить воздух в аппаратной комнате. Наибольшая часть тепла выделяется устройствами, потребляющими передаваемую энергию, часть рассеивается вокруг проводящего кабеля.

Выделение тепла на портах PoE происходит по причине преобразования одного вида электричества в другой, что влечет за собой потерю мощности. Используемые блоки питания выпрямляют переменное напряжение, так как коммутаторы работают используя постоянный ток.

Как правило, использование сотни PoE-портов в аппаратной комнате способно увеличить температуру окружающей среды на 1-2 градуса. Если рост значительно превышает данный показатель, необходимо исследовать используемые блоки питания и оценить их эффективность, которая может являться чрезмерной.

Каким образом можно организовать систему 802.af – несколько полезных советов.

Обеспечение необходимым «энергетическим бюджетом» крупной сети, основанной на технологии PoE, может стать серьезной проблемой для крупномасштабного предприятия, где количество потребителей может доходить до сотни. Существует немного способов решения поставленной задачи.

Самый простой – подвести в аппаратную комнату несколько новых силовых линий. Недостаток – большие финансовые затраты, которые в определенных ситуациях не всегда являются оправданными.

Еще одна возможность решение проблемы – приложить усилия и воспользоваться имеющимся энергетическим бюджетом. Для этого потребуется осуществлять тщательный подбор оборудования, глядя на их характеристику «power classification» (классификация по потребляемой мощности). Каждое устройство будет передавать на коммутатор сигнал, который содержит информацию о максимально потребляемой мощности. Последний будет анализировать полученные сигналы и самостоятельно решать вопрос по эффективному распределению энергетического бюджета между приемниками.

Стоит отметить несколько недостатков «power classification»:
Если мощности для всех подключенных устройств недостаточно, какое-то из них не дополучит энергии
Не все устройства, поддерживающие технологию PoE, способны поддерживать функцию классификации по мощности

Третий и последний способ решить поставленную задачу – распределить устройства на две группы:
— Питающиеся по Ethernet-кабелю
— Питающиеся от сети 220В

Если инфраструктура PoE развертывается в новом здании, необходимо заранее предусмотреть возможность подвести к аппаратной комнате две и более силовые линии с током до 20 А. Потребуется установить мощный источник питания постоянного тока, который будет снабжать энергией все питающее оборудование. Эффективность преобразования большого постоянного тока в более маленький по силе намного больше, чем переменного. Источник должен быть снабжен аккумуляторными батареями, поддерживающими напряжение.

Возможность расширения.

В ситуациях, когда используемое питающее оборудование не позволяет подключить желаемые приемники по причине их удаленности, необходимо предусмотреть возможность расширения сети. Сегодня используется несколько способов решения данной проблемы:
— Конверторы медь/оптика и оптоволоконные кабели.
— Репитеры.
— xDSL-модемы.

Первый вариант требует больших финансовых затрат. В его основе лежат конверторы медь/оптика и одномодовые или многомодовые оптоволоконные кабели. При этом, передача пакетов информации и электрической энергии по многомодовому волокну способна осуществляться на расстояние до 10 км, по одномодовому – до 150 км. Монтаж оптической линии должен производиться квалифицированным персоналом, такой способ характеризуется надежностью и простотой ремонта.

Наибольшее распространение получило использование специальных устройств – репитеров или повторителей, предназначенных для объединения двух и более сегментов сети на физическом уровне, восстанавливая потери исходного сигнала. Их использование ограничено, так как проходя через очередной повторитель, сигнал задерживается. Они применяются для соединения между собой приемника и источника, расположенных на расстоянии до 500 м.

Современные xDSL-модемы используются для соединения устройств PoE на расстояния до 2-3 км и работают по принципу усилителя сигнала.

Преимущества и недостатки 802.af.

Технология Power over Ethernet позволила существенно упростить выстраиваемую структуру беспроводных ЛВС, охраны и IP-телефонии. Она предоставила возможность сконцентрировать систему питания оборудования, подключенного к локальной сети, в общем информационном центре, осуществлять не только передачу энергии, но и ее резервное накопление для бесперебойной работы, не волноваться о том, что информация с наиболее важных систем, например систем охраны, не будет передана получателю по причине перебоя в электрической сети.

Использование Power over Ethernet влечет за собой ряд недостатков. Во-первых, это серьезные первоначальные вложения, которые потребуются для того, чтобы реорганизовать текущую инфраструктуру электропитания. Затраты на приобретение нового инновационного оборудования, поддерживающего технологию PoE. Во-вторых, это описанные выше побочный эффект и энергетический запас.

Решение об использовании системы PoE должно быть обоснованным и тщательно спланированным. Нужно определиться, какие из устройств по-настоящему в ней нуждаются, а какие могут продолжить работать от обычной розетки переменного тока 220В.

Автор: Каверзин Дмитрий

2 комментария

Anibal Boone  on Июнь 21st, 2013

Для реализации PoE используется физический уровень Ethernet. Сигнал передается от одного высокочастотного трансформатора к другому. Используется центральный отвод от обмоток на обоих концах линии. Это позволяет без потерь передавать по одному и тому же каналу и данные, и питание. Для передачи питания используют свободные пары. Например, в стандарте 100 Base-TX, который используется в большинстве современных сетей Ethernet, только две из четырех пар заняты, остальные же можно приспособить для передачи дополнительного сигнала. Таким образом, питание передается либо по тем парам, которые используются для передачи данных, либо по тем, которые ранее не использовались. Сплиттеры (Power Device) не зависят от типа используемой витой пары, инжекторы же, напротив, подбираются в зависимости от этого параметра. Инжекторы подают питание только в том случае, если подключаемое устройство является сплиттером, так что если случайно подключить к сети устройство, которое не нуждается в передаваемом питании, то система просто не сработает.

Александр  on Март 7th, 2014

Здравствуйте. Меня интересует вопрос: Технология питания POE увеличивает физическую дальность передачи самой информации или служит только как питания приемника(видео камера) ? Заработают ли камеры на удалении 170 м от коммутатора с POE технологией.

Оставить комментарий: