🥇Die PoE-Technologie in Fragen und Antworten

In einem populären Frage-Antwort-Format beschreibt der Artikel die wichtigen Aspekte der Nutzung von Stromversorgung über PoE (Power over Ethernet). Es werden die Unterschiede zwischen den Standards erläutert, Informationen zum Schutz von Geräten gegen Überspannungen bereitgestellt und andere nützliche Dinge beschrieben.

Was ist PoE?

PoE (Power over Ethernet) ist eine Technologie, die die Stromversorgung für ein Endgerät über ein Ethernet-Paar (normalerweise ein Kabel der Kategorie 5 mit RJ45-Steckern) bereitstellt. Dasselbe Kabel wird sowohl zur Datenübertragung als auch zur Stromversorgung des Geräts verwendet.

Welche Geräte werden unterstützt?

Als Stromversorgungsgeräte können dienen:

Switches,
Router,
und andere Netzwerkgeräte.

Als Endgeräte können eingesetzt werden:

Festnetztelefone,
Überwachungskameras,
Zugangspunkte,
verschiedene Sensoren und andere Peripheriegeräte.

Es gibt auch Geräte zur Integration mit nicht PoE-fähiger Hardware.
PoE.

Wozu ist das nötig?

Wie der Poet Wladimir Majakowski sagte: „Wenn die Sterne leuchten, bedeutet das, dass es jemanden braucht.“ Im Folgenden werden die Vorteile dieser Technologie aufgeführt.

Anschluss von Geräten an schwer zugänglichen Orten

Zum Beispiel, wenn am Arbeitsplatz des Nutzers nur zwei Steckdosen für Monitor und Computer vorhanden sind. Solche Anforderungen entstehen oft nicht aufgrund von Planungsfehlern, sondern werden durch branchenspezifische, regionale und andere Standards der IT-Sicherheit, Brandschutz, Arbeitssicherheit und so weiter diktiert.

Ein anderes Beispiel ist, wenn eineÜberwachungskamera oder ein Zugangspunkt an der Decke montiert ist, wird es oft schwierig sein, zusätzlich ein Stromkabel zu verlegen.

Strommanagement

Ein weiterer Vorteil ist, dass PoE die Stromversorgung des Geräts steuern kann, zum Beispiel vorübergehend deaktivieren, aktivieren oder einen Neustart durchführen (bei Hängern, Updates oder anderen Notwendigkeiten).

Das ist praktisch, wenn man remote arbeiten muss oder wenn sich die Geräte an schwer zugänglichen Orten befinden.

Besonders nützlich ist das bei Arbeiten mit Zugangspunkten, die sich in größerer Entfernung befinden oder sogar irgendwo hinter einer abgehängten Decke versteckt sind.

Hinweis. Praktisch alle modernen Zugangspunkte von Zyxel unterstützen PoE
einschließlich der neuen Modelle mit Unterstützung für Wi-Fi 6: sowohl die „budgetfreundlichen“ NWA110AX als auch die fortschrittlicheren WAX650S und WAX510D

Abbildung 1. Dualband-Zugangspunkt 802.11ax (Wi-Fi 6) NWA110AX.

Vereinfachte Wartung

Neben der Benutzerfreundlichkeit ermöglicht der Einsatz von PoE, sich um den Kauf und die Wartung von Netzteilen keine Sorgen machen zu müssen, sowie sicherzustellen, dass die Benutzer über Steckdosen verfügen, beispielsweise durch den Erwerb von PDU (man könnte auch sagen „Verlängerungskabel-/Verteiler“). Weniger Knotenpunkte – weniger Ausfallpunkte – weniger Anrufe beim technischen Support.

Elektrische Sicherheit

Was auch immer man sagen mag, 220 Volt sind viel. Das schlägt stark zu, das kann tödlich sein. Aber 57 Volt, was das Maximum für PoE darstellt, sind auch unangenehm gefährlich, aber nicht so schlimm. In einigen Organisationen wird ein spezieller Zugang benötigt, damit der Admin auch als Elektriker arbeiten kann – das wird durch diejenigen branchenspezifischen und regionalen Standards geregelt. Und mit PoE wussten wir so etwas nie. Die schwache Elektrik ist nun mal schwache Elektrik.

Ästhetik

Was braucht das technische Personal zuerst? Hauptsache, es funktioniert. Aber manchen besonders fortgeschrittenen „Kollegen“ ist wichtig, dass es auch „schön“ aussieht. Zum Beispiel, dass „überflüssige“ Kabel nicht herunterhängen. Oder dass alles eine Farbe hat. PoE befreit von diesen „überflüssigen“ Kabeln. Besonders sensibel sind dafür verschiedene Prüfer, Kommissionen und „hohes Management“.

Welche Nachteile hat PoE?

Höhere Kosten für Geräte

Tatsächlich ist es teurer. Besonders wenn man auf mehr oder weniger geprüfte Geräte zurückgreift und sich nicht auf „vielleicht“ verlässt, indem man „günstige NoName-Lösungen“ kauft.

Andererseits funktioniert das Prinzip „teurer – also besser“ nicht immer. Daher macht es Sinn, nach einer teuren Marke zu suchen, wenn es zusätzliche Anforderungen gibt (es gibt eine Liste von „erlaubten Geräten“).

Aber sogar bei hohen Preisen für Ausrüstung mit PoE kann deren Preis weit niedriger sein als die Kosten für eine von Grund auf neu aufgebaute, komplexe Kabelinfrastruktur zur Stromversorgung von entfernten Geräten.

Leistungsabfall

Bei der Übertragung eines Niederspannungssignals über dünne Drähte wird der Wirkungsgrad, sagen wir mal, nicht besonders hoch sein. Je weiter entfernt man von der Stromquelle ist, desto weniger elektrische Leistung bleibt für die Verbraucher übrig. Der Rest wird in Widerstand und Erwärmung der Drähte umgesetzt. Bei lokaler Stromversorgung (nicht PoE) ist die Situation einfacher. Man steckt das Netzteil in die Steckdose und "die Energie fließt, sie fließt..."

Solche Probleme mit der Entfernung können jedoch durch den Einsatz spezieller Switches mit erhöhtem Signalleistungsvermögen gelöst werden, zum Beispiel Zyxel der Serien [GS1300] (https://www.zyxel.com/ru/ru/products_services/Unmanaged-Switch-For-Surveillance-GS1300-Series/) und GS1350.

Anforderungen an die Qualifikation des Personals

Sagen wir mal, obwohl die Anwendung von PoE keine großen Kenntnisse erfordert, müssen einige Details
erlernt werden. Informationen zu diesem Thema können ohne größere Mühe gefunden werden, obwohl eine Person, die noch nie mit dieser Technologie gearbeitet hat, auf eine gewisse Zersplitterung und Fragmentierung des Lernmaterials stoßen wird.

PoE-Standards

Für Anfänger kann es zu einiger Verwirrung kommen. Es gibt 3 Generationen
des Standards:

Die erste Generation PoE (Standard IEEE 802.3af) liefert bis zu 15,4 W Gleichstrom für jedes angeschlossene Gerät.

Die zweite Generation, der Standard IEEE 802.3at, auch als PoE+ bezeichnet, kann bis zu 30 W für jedes Gerät bereitstellen. Dieser Standard wird verwendet, um stromhungrigere Verbraucher mit Energie zu versorgen, wie z.B. Pan-Tilt-Zoom (PTZ)-Überwachungskameras und Wireless Access Points der 11n-Serie.

Zur besseren Verständlichkeit sind die Hauptunterschiede in einer Tabelle zusammengefasst:

Parameter
PoE
PoE+

Gleichspannung am betriebenen Gerät
von 36 bis 57 V (nominell 48V)
von 42,5 bis 57 V

Spannung, die vom Netzteil geliefert wird
von 44 bis 57 V
von 50 bis 57 V

Maximale Leistung des PoE-Netzteils
15,4 W
30 W

Maximale Leistung, die vom PoE-Verbraucher empfangen wird
12,95 W
25,50 W

Maximaler Strom
350 mA
600 mA

Maximaler Kabelwiderstand
20 Ohm (für cat.3)
12,5 Ohm (für cat.5)

Leistungsstufen
0-3
0-4

Die dritte Generation wird im Standard IEEE 802.3bt beschrieben.

Geräte der dritten Generation PoE können eine Leistung von bis zu 51 W über ein einziges Kabel bereitstellen.

Hinweis. Zur Stromversorgung von Geräten mit Technologien des Standards IEEE 802.3bt werden alle acht Drähte eines modernen Twisted-Pair-Kabels (Kategorie 5 und höher) verwendet, während die ersten beiden Generationen nur vier Drähte benötigen.

Wenn es um Kompatibilität geht, sind PoE-Geräte rückwärtskompatibel – ein leistungsstärkeres Stromversorgungsgerät des Standards 802.3bt kann für ältere PoE- und PoE+-Verbraucher (802.3af und 802.3at) verwendet werden.

Terminologie: End-span und Mid-Span

End-span – ein Gerät, das die Stromversorgung am Anfang der Kabelleitung sicherstellt.
Ein klassisches Beispiel: Ein IP-Telefonie-Switch versorgt ein kleines Netz von Festnetztelefonen innerhalb eines Büros mit Strom.

Ein weiteres Beispiel ist ein Überwachungssystem in einem kleinen Lager, wo die Kameras über PoE vom Switch mit Strom versorgt werden.

In solchen Systemen sind normalerweise keine zusätzlichen Geräte zur Verstärkung des Stromsignals vorgesehen.

Mid-span

– wenn das Stromversorgungsgerät nicht am Anfang der Kabelleitung angeschlossen wird, sondern zusätzlich zwischen Switch und Endgerät platziert wird. Zum Beispiel die Stromversorgung einer Kamera über einen Injektor, der nach dem Switch in einem Zwischenstativ integriert wird. Noch ein bisschen Terminologie:

PSE (Power Source Equipment)

– Stromversorgungsgerät. PD (Powered Device)
– gespeistes Gerät. Kann das Stromversorgungsgerät erkennen, welches Client-Gerät angeschlossen ist: mit PoE oder ohne?

Wenn es um End-span geht, zum Beispiel bei einem Switch, geschieht alles nicht nur einfach, sondern sehr einfach. Die Stromquelle, zum Beispiel ein Switch mit PoE-Ports, aktiviert die Stromversorgung für diesen Port nur dann, wenn das angeschlossene Gerät (zum Beispiel ein Access Point) die PoE-Technologie unterstützt.

Zuerst wird überprüft: Unterstützt das Client-Gerät die Stromversorgung über PoE? Es wird eine Spannung von 2,8 bis 10 Volt angelegt und der Eingangswiderstand bestimmt. Wenn die erhaltenen Ergebnisse als zufriedenstellend für die PoE-Stromversorgung angesehen werden können, geht das Stromversorgungsgerät zum nächsten Schritt über.

Wie funktioniert das?

Das Stromversorgungsgerät bestimmt die erforderliche Leistung zur Versorgung des Client-Gerätes, um anschließend diese Leistung zu steuern. Je nach Verbrauch wird dem Gerät eine Klasse zugewiesen: von 0 bis 4.
Das Speisegerät bestimmt die erforderliche Leistung zur Versorgung des Endgeräts und zur anschließenden Steuerung dieser Leistung. Abhängig vom Verbrauchsniveau wird den Geräten eine Klasse zugewiesen: von 0 bis 4.

Wenn es jedoch um kostengünstige Mid-Span-Geräte geht, die nach herkömmlicher Netzwerkhardware (ohne PoE) eingeschaltet werden, sieht die Sache weniger rosig aus. In solchen Fällen wird normalerweise eine konstante Stromversorgung mit festen Parametern in die Leitung eingespeist, und es findet keine Überprüfung statt: "Welches Gerät befindet sich am anderen Ende der Leitung?"

Was tun, wenn Geräte ohne PoE-Unterstützung angeschlossen werden müssen, aber keine Steckdosen für das Netzteil vorhanden sind?

Für solche Situationen gibt es Passive PoE unter Verwendung von PoE-Splitter.

In diesem Fall fragt die Stromquelle das angeschlossene Gerät nicht ab und stimmt dessen Leistung nicht ab. Der Strom wird einfach über die freien Drähte des Twisted-Pair-Kabels mithilfe des PoE-Splitters bereitgestellt.

Der PoE-Splitter teilt das über das Twisted-Pair-Kabel gesendete Signal in Daten und Strom (12V-24V) auf. So wird es möglich, Strom bereitzustellen und ein Gerät ohne PoE-Unterstützung in die bestehende Infrastruktur zu integrieren. Bei diesem Anschlussmethode müssen die Leistung der Stromquelle und des Verbrauchers sorgfältig ausgewählt werden.

Und umgekehrt? Ein PD (Clientgerät mit PoE) muss an herkömmliche Netzwerkhardware angeschlossen werden?

Um Clientgeräte mit PoE mit Strom zu versorgen, kann ein PoE-Injektorverwendet werden, der dafür gedacht ist, zusätzlich Strom in das Netzwerkkabel einzuspeisen.

Der PoE-Injektor hat einen RJ45-Anschluss als Eingang und einen Anschluss für das Netzteil. Ausgangseitig hat er nur einen RJ45-Anschluss mit PoE.

Der PoE-Injektor nimmt das standardmäßige Netzwerk-Signal auf und bringt die "Injektion" der Stromversorgung in die Leitung für die Netzwerkverbindung, was es ermöglicht, ein Gerät mit PoE am Ausgang anzuschließen.

Abbildung 2. Zyxel PoE-Injektor PoE12-HP

Welche Anforderungen gelten für das Kabel?

Für den Anschluss bei Stromversorgung über PoE wird ein Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 5e oder höher verwendet.

Wichtig. Die Leiter müssen kupferhaltig und nicht vergoldet sein, mit einem Durchmesser von mindestens 0,51 mm (24 AWG). Der Widerstand in den Leitern darf 9,38 Ohm/100 m nicht überschreiten.

In der Praxis wird normalerweise empfohlen, keine Kabel länger als 75 m zu verwenden, obwohl die Standards 802.3af und 802.3at eine Unterstützung von 100 m vorsehen. Im Falle von Passive PoE sind die praktischen Empfehlungen noch pessimistisch: Die tatsächliche Kabellänge für einen normgerechten Betrieb sollte 60 m nicht überschreiten.

Es gibt jedoch spezielle Switches, zum Beispiel verwaltete GS1350 Extended Range Essentials können Geräte in einer Entfernung von 250 m bei einer Geschwindigkeit von 10 Mb/s unterstützen.

Abbildung 3. Illustration der Funktionsweise des Extended Range.

Was sind Überspannungsschutzgeräte (ÜSP)?

In jeder langen elektrischen Leitung besteht die Gefahr kurzzeitiger Impulse, die durch die Anhäufung von Ladung (Erhöhung der Spannungsdifferenz – Überspannung) mit anschließender Entladung verursacht werden. Im Folgenden sind die Ursachen für die Entstehung kurzer Überspannungsimpulse aufgeführt.

Der Schlag eines Blitzes in der Nähe des Objekts, einschließlich des Blitzableiters, erzeugt einen elektrischen Impuls und elektromagnetische Störungen, was in dem Kabel eine induzierte EMK erzeugt.
Die Ansammlung statischer Elektrizität, verursacht durch Ionisation der Luft und andere äußere Phänomene, führt zur Entstehung statischer Spannungsimpulse, die Geräte beschädigen können.
Überspannungen aufgrund der Schaltungen und Umschaltungen von Geräten, z. B. dem Umschalten von Patchkabeln im Verteiler oder dem Ein- und Ausschalten von leistungsstarken Lasten, führen zu Übergangsprozessen in elektrischen Schaltungen mit plötzlichen Spannungsanstiegen impulsartiger Natur, was zu einem Ausfall von Geräten führen kann.

Hinweis. Aus verschiedenen Gründen, wie dem Blitzschlag in der Nähe des Objekts während eines Gewitters sowie der Ionisation der Luft und der Ansammlung atmosphärischer Elektrizität vor einem Gewitter, wird diese Art des Schutzes manchmal als "Blitzschutz" bezeichnet. Dieser Begriff sollte nicht mit "Blitzableiter" verwechselt werden – d. h. mit dem Schutz vor einem direkten Blitzschlag.

Zur Vermeidung solcher Gefahren kommen Überspannungsschutzgeräte (ÜSP) zum Einsatz. Es gibt zwei Varianten des Schutzes (ÜSP): den Erwerb und die Installation externer Geräte sowie die Integration des Schutzes in Geräte mit PoE.

Und schließlich die Antwort auf die Frage: Welche Geräte sollten ausgewählt werden?

Auswahl des Stromversorgungsgeräts

Wenn von der Auswahl einer Quelle für die PoE-Stromversorgung die Rede ist, ist damit meistens ein End-span-Gerät gemeint, oft ein Switch. Switche sind die am häufigsten verwendete Variante; sie werden sowohl in der IP-Telefonie als auch in der Videoüberwachung, beim Verteilen von Access Points und bei der Anordnung verschiedenster Sensoren von Sicherheitsystemen, Zugangskontrollsystemen usw. verwendet.

Hier sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen:

Kompatibilität von oben nach unten. Das heißt, ein moderneres Gerät, das den neuesten Standard IEEE 802.3bt unterstützt, kann zum Anschließen und Versorgen älterer Geräte verwendet werden. Umgekehrt funktioniert das jedoch nicht.
Die Entfernung des PD (der versorgten Geräte). Neben der aktuellen Länge sollte auch an die Zukunft gedacht werden. Zum Beispiel, wenn der Lagerbereich erweitert werden soll oder ein Bürowechsel ansteht. Es ist besser, einen gewissen Spielraum für zukünftige Entwicklungen einzuplanen.
Gerätemanagement. Neben der Möglichkeit, sich auf den Switch „einzuloggen“ und die Stromversorgung manuell ein- und auszuschalten, gibt es auch andere Managementmöglichkeiten, wie zum Beispiel unter Verwendung des LLDP-Protokolls für Kameras.
Überspannungsschutz (ÜSS) und andere schädliche Einflüsse.

Zyxel bietet Switches an, die alle oben genannten Anforderungen erfüllen. Dies sind Modelle der neuen Serie GS1350. Wir haben bereits früher darüber geschrieben. Diese Serie wurde ursprünglich als „Smart-Managed Switches für Videoüberwachungssysteme“ positioniert. Sie können jedoch problemlos auch für andere Anwendungen verwendet werden, beispielsweise zur Stromversorgung von Telefonen, Access Points und anderen PoE-Geräten.

Abbildung 4. Spezialisierten managed PoE Switch GS1350-26HP.

Unmanaged Switches der Serie GS1300 sind ebenfalls eine gute Wahl. Eine Zusammenstellung spezialisierter Switches von Zyxel finden Sie in Abbildung 5.

Abbildung 5. Modellreihe der verwalteten und nicht verwalteten Switches mit PoE-Unterstützung von Zyxel.

Auswahl des Endgeräts.

Bei der Auswahl von Endgeräten orientiert man sich normalerweise an deren Verbrauchereigenschaften, zum Beispiel an der Bildqualität bei der Auswahl von Kameras, an der Unterstützung von Wi-Fi-Standards bei der Auswahl von Access Points und so weiter.

Die Stromversorgung spielt jedoch ebenfalls eine Rolle. Es macht Sinn, folgende Faktoren zu berücksichtigen:

Energieeffizienz des Geräts.
Verwaltungsoptionen.
Preis und Qualität.

Wichtig! Trotz der angegebenen Kompatibilität sollte man sich nicht zu 100 % auf diese Möglichkeit verlassen. In einem guten Projekt sollten die Stromversorgung und die Verbraucher einen einheitlichen Standard unterstützen, idealerweise den aktuellsten, vollständige Kompatibilität aufweisen und auf die Nutzung neuer Technologien, wie Wi-Fi 6, ausgelegt sein. Die Umgestaltung eines gesamten Infrastrukturabschnitts, der stolz als „Modernisierung“ bezeichnet wird, ist oft teurer als einige zusätzliche Kosten in der Implementierungsphase.