Článek v populární formě otázek a odpovědí přibližuje klíčové aspekty používání napájení pomocí PoE (Power over Ethernet). Uvádí rozdíly mezi standardy, poskytuje informace o ochraně zařízení před přepětím a o dalších užitečných aspektech.
Co je PoE?
PoE (Power over Ethernet) je technologie dodávání elektrické energie na koncové zařízení pomocí kroucené dvojice standardu Ethernet (obvykle používá kabel cat.5 s konektory RJ45). Stejný kabel se používá jak pro přenos dat, tak pro napájení zařízení.
Jaká zařízení jsou podporována?
Za napájecí zařízení mohou sloužit:
- přepínače,
- routery,
- a další síťová zařízení.
Jako koncová zařízení mohou být použita:
- pevné telefony,
- kamerové systémy,
- přístupové body,
- různé senzory a další periferní zařízení.
Existují také zařízení pro integraci s vybavením, které nepodporuje
PoE.
Proč je to potřebné?
Jak napsal básník Vladimir Majakovskij: „Pokud se hvězdy rozsvítí, znamená to, že to někdo potřebuje.“ Níže uvádíme výhody používání této technologie.
Připojení zařízení na těžko přístupných místech
Například na pracovním místě uživatele jsou obvykle k dispozici pouze dvě zásuvky: pro monitor a systémovou jednotku. Tyto požadavky se často nevyskytují kvůli chybě v plánování, ale jsou stanoveny průmyslovými, regionálními a dalšími standardy IT bezpečnosti, protipožární ochrany, ochrany zdraví při práci a tak dále.
Dalším příkladem je, když je kamera nebo přístupový bod umístěn pod stropem, což činí obtížným natáhnout i napájecí kabel.
Správa napájení
Druhá výhoda spočívá v tom, že PoE umožňuje spravovat zařízení z hlediska napájení, například je dočasně vypnout, zapnout nebo restartovat (při zamrznutí, aktualizaci nebo jiné potřebě).
To je praktické, pokud je třeba pracovat na dálku, nebo když jsou zařízení na těžko přístupných místech.
Zvlášť užitečné je to při práci s přístupovými body, které mohou být umístěny na značné vzdálenosti nebo dokonce skryty někde nad falešným stropem.
Poznámka. Prakticky všechny moderní přístupové body od Zyxel podporují PoE
včetně nových modelů s podporou Wi-Fi 6: jako ty nejvíce „cenově dostupné“ a také pokročilejší a
Obrázek 1. Dvoupásmový přístupový bod 802.11ax (Wi-Fi 6) NWA110AX.
Zjednodušení údržby
Kromě uživatelského pohodlí použití PoE odstraňuje starosti s nákupem a opravou napájecích adaptérů a zajištěním uživatelům zásuvek, například zakoupením PDU (jednoduše řečeno, "prodlužovačky rozdělovače"). Méně uzlů — méně bodů selhání — méně hovorů na technickou podporu.
Elektrobezpečnost
Ať si kdo chce co chce říká, 220 Voltů — to je hodně. To bolí, to zabíjí. Ale 57 Voltů, což je maximum pro PoE — je také nepříjemně nebezpečné, ale už to není tak silné. V některých organizacích, aby systémový administrátor vykonával práci elektrika, potřebuje speciální oprávnění. To vše reguluje stejnými oborovými a regionálními standardy. A s PoE — nic takového se nikdy nevědělo. Slaboproud — to je prostě slaboproud.
Estetika
Co vlastně technickému personálu nejvíce potřebují? Ať to funguje. Ale některým zvlášť pokročilým „kamarádům“ záleží také na tom, aby to bylo i „hezky“. Například, aby „zbytečné“ kabely nesvítily. Nebo aby vše mělo jednu barvu. A PoE zbavuje těchto „zbytečných“ vodičů. Zvlášť citlivé na to jsou různé kontroly, komise a „velké vedení“.
Jaké nevýhody má PoE?
Vyšší cena zařízení
Opravdu, je to dražší. Zvlášť pokud se jedná o více či méně ověřené zařízení, a nespoléhat se na "náhodu", když nakupujete "levná NoName řešení".
Na druhou stranu, princip "čím dražší, tím lepší" nefunguje vždy. Proto má smysl honit se za drahými značkami pouze v případě, že existují další požadavky (je zde seznam "povolaného vybavení").
Ale i při vysoké ceně zařízení s PoE může být jeho cena mnohem nižší než to, co organizace potřebuje "od základů" pro další rozvětvený kabelový systém napájení vzdálených zařízení.
Pád výkonu
Při přenosu nízkovoltového signálu po tenkých drátech nebude účinnost, řekněme, příliš vysoká. Čím dál od napájecího zařízení, tím méně elektrické energie zůstane pro napájení spotřebičů. Zbytek se spotřebuje na odpor a zahřátí drátů. S místním napájením (ne PoE) je to jednodušší. Zapojíte napájecí blok do zásuvky a energie jde dál...
Nicméně podobné problémy s vzdáleností lze vyřešit pomocí speciálních switchů s zvýšeným výkonem signálu, například Zyxel série [GS1300] () a .
Požadavky na kvalifikaci personálu
Řekněme, že ačkoli použití PoE nevyžaduje velké znalosti, určitě je potřeba zvládnout některé detaily.
Informace k tomuto tématu lze snadno najít, i když pokud osoba nikdy nepracovala s touto technologií, může narazit na jistou roztržitost a fragmentaci výukových materiálů.
Standardy PoE
Pro nováčky může vzniknout určitý zmatek. Existují 3 generace
standardu:
První generace PoE (standard IEEE 802.3af) poskytuje napájení až 15,4 W stejnosměrného proudu pro každé připojené zařízení.
Druhá generace standard IEEE 802.3at, také nazývaná PoE+, může dodávat výkon až 30 W pro každé zařízení. Tento standard se používá k napájení «hlava-otáčecí» spotřebiče, například kamer PTZ a bezdrátových přístupových bodů 11n.
Pro lepší přehlednost jsou hlavní rozdíly shrnuty v tabulce:
Parametry
PoE
PoE+
Napětí stejnosměrného proudu na napájeném zařízení
od 36 do 57 V (jmenovité 48V)
od 42,5 do 57 V
Napětí dodávané zdrojem
od 44 do 57 V
od 50 do 57 V
Maximální výkon PoE zdroje
15,4 W
30 W
Maximální výkon přijímaný PoE spotřebitelem
12,95 W
25,50 W
Maximální proud
350 mA
600 mA
Maximální odpor kabelu
20 Ω (pro cat.3)
12,5 Ω (pro cat.5)
Třídy napájení
0-3
0-4
Třetí generace je popsána standardem IEEE 802.3bt.
Zařízení třetí generace PoE umožňují zajistit napájení až 51 W po jednom kabelu.
Poznámka. Pro napájení zařízení s použitím technologií standardu IEEE 802.3bt jsou využívány všechny čtyři páry kabelu kategorie 5 a vyšší, zatímco pro první dvě generace stačí jen čtyři.
Pokud jde o kompatibilitu, zařízení PoE jsou zpětně kompatibilní — výkonnější napájecí zařízení standardu 802.3bt může být používáno pro starší spotřebitele PoE a PoE+ (802.3af a 802.3at).
Terminologie: End-span a Mid-Span
End-span — zařízení zajišťující dodávku elektrického napájení od začátku kabelové
linky.
Klasickým příkladem je IP telefonní switch, který zajišťuje elektrické napájení malé sítě pevných telefonů v rámci kanceláře.
Dalším příkladem je videový surveillance systém na malém skladu, kde kamery dostávají napájení ze switche přes PoE.
Obvykle v takových systémech nejsou předpokládána žádná další zařízení pro zesílení napájecího signálu.
Mid-span — když se napájecí zařízení připojuje nikoli na začátku kabelové linie, ale dodatečně mezi switch a koncovým zařízením. Například napájení kamery skrze injektor, který se zapojuje po switche v meziskříni.
Ještě trochu terminologie:
- PSE (Power Source Equipment) — napájecí zařízení.
- PD (Powered Device) — napájené zařízení.
Může napájecí zařízení zjistit, jaké klientské zařízení bylo připojeno: s PoE nebo bez?
Pokud jde o End-span, například o switch, vše probíhá ne pouze jednoduše, ale velmi jednoduše. Napájecí zdroj, například switch s porty PoE, zapíná dodávku napájení pro tento port pouze v případě, že připojené zařízení (například přístupový bod) podporuje technologii PoE.
Jak to funguje?
- Nejprve se provádí kontrola: podporuje-li zařízení-klient napájení přes PoE. Napětí se dodává od 2,8 do 10 voltů a určuje se vstupní odpor. V případě, že získané výsledky mohou být uznány jako uspokojivé pro napájení přes PoE, napájecí zařízení přechází k dalšímu kroku.
- Napájecí zařízení určuje požadovaný výkon pro napájení zařízení-klienta, pro následné řízení tohoto výkonu. V závislosti na úrovni spotřeby jsou zařízení přiřazena třídy: od 0 do 4.
Pokud se však jedná o cenově dostupná zařízení Mid-Span, která se zapojují po běžném síťovém vybavení (bez PoE), je situace méně růžová. V takových případech se obvykle poskytuje stálé napájení s pevnými parametry, přičemž kontrola: 'Jaké zařízení je na druhém konci linky?' se neprovádí.
Co však dělat, když je potřeba připojit zařízení bez podpory PoE, a neexistují zásuvky pro napájecí adaptér?
Pro takové situace slouží Passive PoE s využitím PoE splitter.
V tomto případě zdroj napájení neprovádí dotazování připojeného zařízení a neshoduje jeho výkon. Napájení je jednoduše dodáváno po volných vodičích kroucené dvojlinky pomocí PoE splitteru.
PoE splitter odděluje příchozí signál po kroucené dvojlince na data a napájení (12V-24V). Tímto způsobem je možné dodávat napájení a integrovat do stávající infrastruktury zařízení bez podpory PoE. Při tomto způsobu připojení je nutné pečlivě vybrat výkon zdroje napájení a jeho spotřebitele.
A co naopak? Je nutné připojit PD (zařízení klienta s PoE) k běžnému síťovému vybavení?
Pro napájení klientských zařízení s PoE lze použít PoE injektor, který je určen k dodávání dodatečného elektropohonu do síťového kabelu.
PoE injektor má na vstupu konektor RJ45 a konektor pro připojení k napájecímu zdroji. Na výstupu má jediný konektor RJ45 s PoE.
PoE injektor přijímá standardní síťový signál a vkládá 'injekci' napájení do linky pro síťové připojení, což umožňuje připojit na výstupu zařízení s PoE.
Obrázek 2. Zyxel PoE injektor
Jaké jsou požadavky na kabel?
Pro připojení při napájení přes PoE se používá kroucená dvojlinka minimálně cat.5e.
Je důležité. Vodiče by měly být měděné, nikoli pokovené, s minimálním průměrem 0,51 mm (24 AWG). Odpor v vodičích by neměl překročit 9,38 Ω/100 m.
Obvykle se v praxi doporučuje nepoužívat kabely delší než 75 m, i když standardy 802.3af a 802.3at hovoří o podpoře 100 m. V případě pasivního PoE jsou praktická doporučení ještě pesimističtější – skutečná délka kabelu pro normální fungování by neměla přesáhnout 60 m.
Nicméně specializované switche, například spravované mohou podporovat zařízení na vzdálenost 250 m při rychlosti 10 Mb/s.
Obrázek 3. Ilustrace funkce Rozšířeného dosahu.
Co jsou to zařízení pro ochranu proti přepětí (DPP)?
V každém dlouhém elektrickém obvodu existuje hrozba vzniku krátkodobých impulsů, způsobených akumulací náboje (zvýšení rozdílu potenciálů — přepětí) s následným výbojem. Níže jsou uvedeny příčiny vzniku krátkých impulsů přepětí.
- Úder blesku v blízkosti objektu, včetně úderu do bleskojistky, vyvolává elektrický impuls a elektromagnetické rušení, což vytváří indukované elektrické napětí v kabelu.
- Akumulace statické elektřiny způsobená ionizací vzduchu a dalšími vnějšími jevy vede k výskytu impulsů statického napětí, které mohou poškodit zařízení.
- Přepětí v důsledku přepínání a zapínání zařízení, například přepínání patch kabelů v distribučním panelu, zapnutí dalších napájecích zařízení, zapnutí a vypnutí výkonného zatížení vede k přechodovým procesům v elektrických obvodech s ostrými skoky napětí impulsního charakteru, což může způsobit poškození zařízení.
Poznámka. Z důvodu několika příčin: úder blesku v blízkosti objektu během bouřky, stejně jako ionizace vzduchu a akumulace atmosférické elektřiny před bouří, se tento typ ochrany někdy nazývá "bleskosvod". Je třeba odlišit tento termín od termínu „ochrana před bleskem“ — tedy od ochrany před přímým úderem blesku.
Pro prevenci takových hrozeb se používají zařízení pro ochranu proti přepětí (DPP). Existují dvě možnosti ochrany (DPP): zakoupení a instalace externích zařízení a vestavění ochrany do zařízení s PoE.
A nakonec odpověď na otázku: jaká zařízení vybrat?
Výběr napájecího zařízení
Když hovoříme o výběru zařízení zdroje napájení pro PoE, máme na mysli end-span, a obvykle to je switch. Switch je nejběžnější volbou, používají se jak v IP telefonii, tak ve videodohledovém systému, při umisťování přístupových bodů a různých čidel zabezpečovacích systémů, řídicích systémů přístupu atd.
Je zde důležité zohlednit několik faktorů:
- Kompatibilita shora dolů. To znamená, že modernější zařízení, které podporuje poslední standard IEEE 802.3bt, může být použito k připojení a napájení starších zařízení. Naopak to neplatí.
- Vzdálenost PD (napájených zařízení). Kromě aktuální délky je třeba myslet i na budoucnost. Například, pokud se plánuje rozšíření skladovacích prostor nebo přesun kanceláře. Lepší je mít určitou rezervu specifikací "do budoucna".
- Správa zařízení. Kromě možnosti "připojit se" ke switchi a ručně vypnout a zapnout napájení existují i další možnosti správy, například pro kamerové systémy.
- Ochrana proti přepěnění (SPD) a jiným škodlivým faktorům.
Zyxel má switche, které splňují všechny výše uvedené požadavky. Jsou to modely nové série GS1350. Již jsme Tato série byla původně prezentována jako Nicméně bez problémů se používají i pro jiné účely, například pro napájení telefonů, přístupových bodů a dalších zařízení s PoE.
Obrázek 4. Specializovaný spravovaný switch PoE GS1350-26HP.
Neřízené switche série jsou také solidním výběrem. Výběr specializovaných switchů od Zyxel lze vidět na obrázku 5.
Obrázek 5. Modelová řada spravovaných a nespravovaných switchů s podporou PoE od Zyxel.
Výběr zařízení spotřebitele
Obvykle se při výběru koncových zařízení orientují na jejich spotřebitelské vlastnosti, například na kvalitu obrazu při výběru kamer, podpoře Wi-Fi standardů při výběru přístupových bodů a tak dále.
Nicméně napájení rovněž má svůj dopad. Má smysl brát v úvahu následující faktory:
- Úspornost zařízení.
- Možnosti správy.
- Cena a kvalita.
Důležité! I když je uvedena zpětná kompatibilita, neměli bychom se na tuto možnost spolehnout na 100 %. V dobrém projektu by měl zdroj napájení a spotřebiče odpovídat jednomu standardu, ideálně tomu nejaktuálnějšímu, a mít úplnou kompatibilitu, přičemž by měly být zakoupené s ohledem na použití nových technologií, například Wi-Fi 6. Přepracování celého kusu infrastruktury, hrdě nazývané „modernizací“, je často dražší než některé dodatečné náklady v etapě zavádění.
Užitečné odkazy
Bodové přístupové body Wi-Fi 6: ,
a
Speciální spravované přepínače série a nespravované na webu Zyxel
Zdroj: habr.com
