🥇PoE-Technologie in Fragen und Antworten

In diesem Artikel wird in einer populären Frage-Antwort-Form auf die Schlüsselpunkte bei der Nutzung von PoE (Power over Ethernet) eingegangen. Es werden die Unterschiede zwischen den Standards erläutert, Informationen zum Schutz von Geräten vor Überspannungen gegeben und weitere nützliche Aspekte behandelt.

Was ist PoE?

PoE (Power over Ethernet) ist eine Technologie zur Stromversorgung von Endgeräten über ein Ethernet-Kabel (normalerweise ein Cat.5-Kabel mit RJ45-Steckern). Das gleiche Kabel wird sowohl für die Datenübertragung als auch für die Stromversorgung des Geräts verwendet.

Welche Geräte werden unterstützt?

Als Stromquelle können folgende Geräte dienen:

Switches,
Router,
und andere Netzwerkausrüstungen.

Als Endgeräte können verwendet werden:

IP-Telefone,
Kameras,
Access Points,
verschiedene Sensoren und weiteres Zubehör.

Es gibt auch Geräte zur Integration mit Ausrüstung, die kein
PoE unterstützt.

Wozu ist das gut?

Wie der Dichter Wladimir Majakowski sagte: „Wenn die Sterne leuchten, dann braucht es jemand.“ Im Folgenden finden Sie die Vorteile der Nutzung dieser Technologie.

Geräteverbindungen an schwer zugänglichen Orten

Beispielsweise sind am Arbeitsplatz des Nutzers oft nur zwei Steckdosen vorhanden: eine für den Monitor und eine für das Systemgehäuse. Solche Anforderungen ergeben sich häufig nicht aus Planungsfehlern, sondern werden durch branchenspezifische, regionale und andere Standards in der IT-Sicherheit, Brandschutz, Arbeitsschutz usw. diktiert.

Ein weiteres Beispiel ist, wenn eine Kamera oder ein Access Point an der Decke befestigt ist, was das Verlegen von Stromkabeln schwierig macht.

Strommanagement

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass PoE es ermöglicht, das Gerät hinsichtlich der Stromversorgung zu steuern, beispielsweise temporär ein- oder auszuschalten oder einen Neustart durchzuführen (bei Abstürzen, Aktualisierungen oder anderen Notwendigkeiten).

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

Dies ist insbesondere bei Access Points von Nutzen, die sich in beträchtlicher Entfernung oder gar versteckt über einem abgehängten Deckenbereich befinden können.

Hinweis. Praktisch alle modernen Access Points von Zyxel unterstützen PoE.
darunter auch neue Modelle mit Unterstützung für Wi-Fi 6: sowohl die „budgetfreundlichen“ NWA110AX als auch die fortschrittlicheren WAX650S und WAX510D

Abbildung 1. Dual-Band Access Point 802.11ax (Wi-Fi 6) NWA110AX.

Vereinfachung der Wartung

Neben der Benutzerfreundlichkeit ermöglicht PoE die Entlastung bei der Beschaffung und Wartung von Netzteilen sowie die Bereitstellung von Steckdosen für Benutzer, beispielsweise durch den Kauf von PDU (vereinfacht gesagt, „Verlängerungskabel-Dosenverteilern“). Weniger Komponenten — weniger Ausfallpunkte — weniger Anrufe beim technischen Support.

Elektrische Sicherheit

Was auch immer man sagt, 220 Volt sind viel. Es tut weh, es kann tödlich sein. 57 Volt, die das Maximum für PoE darstellen, sind ebenfalls unangenehm gefährlich, aber nicht so stark. In einigen Organisationen benötigt der Systemadministrator eine spezielle Genehmigung, um auch Elektroinstallationen durchzuführen. Dies wird durch die gleichen branchenspezifischen und regionalen Standards reguliert. PoE hingegen war schon immer ein unbekanntes Terrain. Niederspannung ist eben Niederspannung.

Ästhetik

Was benötigt das technische Personal in erster Linie? Hauptsache, es funktioniert. Doch einige besonders anspruchsvolle "Kollegen" wünschen sich auch, dass es "schön" aussieht. Zum Beispiel, dass "überflüssige" Kabel nicht herunterhängen. Oder dass alles in einer Farbe gehalten ist. Power over Ethernet (PoE) beseitigt diese "überflüssigen" Kabel. Besonders empfindlich reagieren darauf verschiedene Prüfstellen, Kommissionen und das "obere Management".

Welche Nachteile hat PoE?

Höhere Kosten der Geräte

Tatsächlich ist es teurer. Besonders wenn man sich für einigermaßen zuverlässige Geräte entscheidet und nicht auf Glück vertraut, indem man "günstige No-Name-Lösungen" kauft.

Auf der anderen Seite gilt das Prinzip "teurer – also besser" nicht immer. Daher macht es nur Sinn, nach einer teuren Marke zu suchen, wenn es zusätzliche Anforderungen gibt (wie eine Liste mit "zugelassenen Geräten").

Aber selbst bei hohen Preisen für Geräte mit PoE kann der Preis oft viel niedriger sein als die Einrichtung eines umfangreichen Kabelsystems zur Stromversorgung von entfernten Geräten "von Grund auf".

Leistungseinbruch

Wenn ein Niederspannungssignal über dünne Drähte übertragen wird, ist der Wirkungsgrad, sagen wir mal, nicht besonders. Je weiter man vom Netzgerät entfernt ist, desto weniger elektrische Leistung bleibt für die Verbraucher übrig. Der Rest geht für den Widerstand und die Erwärmung der Drähte drauf. Bei lokalem Strom (nicht PoE) ist die Angelegenheit einfacher. Man steckt das Netzteil in die Steckdose und „die Energie fließt“…

Solche Probleme mit der Distanz können jedoch durch den Einsatz spezieller Switches mit höherer Signalstärke, beispielsweise der Zyxel-Serie [GS1300], gelöst werden.https://www.zyxel.com/ru/ru/products_services/Unmanaged-Switch-For-Surveillance-GS1300-Series/) und GS1350.

Anforderungen an die Qualifikation des Personals

Es sei gesagt, dass die Verwendung von PoE keine tiefgreifenden Kenntnisse erfordert, einige Details
sollten jedoch verstanden werden. Informationen zu diesem Thema sind ohne große Mühe zu finden, obwohl jemand, der noch nie mit dieser Technologie gearbeitet hat, auf eine gewisse Zersplitterung und Fragmentierung des Lernmaterials stoßen wird.

PoE-Standards

Für Einsteiger kann es zu Verwirrungen kommen. Es gibt drei Generationen
des Standards:

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

Die zweite Generation des IEEE 802.3at Standards, auch bekannt als PoE+, kann bis zu 30 W für jedes Gerät bereitstellen. Dieser Standard wird verwendet, um leistungsintensivere Verbraucher wie Pan-Tilt-Zoom (PTZ) Überwachungskameras und drahtlose 11n Access Points zu betreiben.

Zur besseren Übersicht sind die wichtigsten Unterschiede in der Tabelle zusammengefasst:

Einstellungen
PoE
PoE+

Gleichstromspannungen am versorgten Gerät
von 36 bis 57 V (nominell 48 V)
von 42,5 bis 57 V

Spannung, die von der Quelle bereitgestellt wird
von 44 bis 57 V
von 50 bis 57 V

Maximale Leistung des PoE-Quellgeräts
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 Ω (für cat.3)
12,5 Ω (für cat.5)

Leistungsklassen
0-3
0-4

Die dritte Generation wird durch den Standard IEEE 802.3bt beschrieben.

Geräte der dritten PoE-Generation ermöglichen die Stromversorgung von bis zu 51 W über ein einzelnes Kabel.

Hinweis. Zur Stromversorgung von Geräten unter Verwendung der Technologien des IEEE 802.3bt Standards werden alle acht Drähte eines modernen Twisted-Pair-Kabels (Cat. 5 und höher) verwendet, während für die ersten beiden Generationen lediglich vier ausreichen.

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

Terminologie: Endspan und Midspan

Endspan — ein Gerät, das die Stromversorgung am Anfang der Kabelverbindung bereitstellt.
Ein klassisches Beispiel: Ein VoIP-Switch versorgt ein kleines Netz von Festnetztelefonen innerhalb eines Büros mit Strom.

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

In solchen Systemen sind in der Regel keine zusätzlichen Geräte zur Verstärkung des Stromsignals vorgesehen.

Midspan

— wenn das Stromversorgungsgerät nicht am Anfang der Kabelverbindung eingesteckt ist, sondern zusätzlich zwischen dem Switch und dem Endgerät angeschlossen wird. Zum Beispiel die Stromversorgung einer Kamera über einen Injector, der nach dem Switch in einem Zwischenverteilerschrank aktiviert wird. Noch ein paar Begriffe:

PSE (Power Source Equipment)

— Stromquelle. PD (Powered Device)
— stromversorgtes Gerät. — питаемое устройство.

Kann das Netzteil erkennen, ob ein Endgerät mit oder ohne PoE angeschlossen ist?

Wenn es sich um End-span handelt, beispielsweise bei einem Switch, ist es nicht nur einfach, sondern sehr einfach. Das Netzteil, zum Beispiel ein Switch mit PoE-Ports, speist Strom in diesen Port nur, wenn das angeschlossene Gerät (z. B. ein Access Point) die PoE-Technologie unterstützt.

Wie funktioniert das?

Zunächst erfolgt eine Überprüfung: 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 Ergebnisse als zufriedenstellend für die Stromversorgung über PoE eingestuft werden können, geht das Netzteil zum nächsten Schritt über.
Das Netzteil bestimmt die erforderliche Leistung zur Versorgung des Client-Geräts, um diese Leistung anschließend zu steuern. Je nach Verbrauch wird dem Gerät eine Klasse zugewiesen: von 0 bis 4.

Wenn es um kostengünstige Mid-Span-Geräte geht, die nach herkömmlichem Netzwerk-Equipment (ohne PoE) hinzugefügt werden, sieht die Lage nicht so rosig aus. In solchen Fällen wird normalerweise eine konstante Stromzufuhr mit festen Parametern bereitgestellt, ohne dass überprüft wird: „Welches Gerät befindet sich am anderen Ende der Leitung?“

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

Für solche Situationen gibt es Passive PoE geschrieben und verwendet PoE-Splitter.

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

Der PoE-Splitter trennt das über das Twisted-Pair-Kabel eingehende Signal in Daten und Strom (12V-24V). Damit wird es möglich, Strom bereitzustellen und ein Gerät ohne PoE-Unterstützung in die bestehende Infrastruktur zu integrieren. Bei dieser Anschlussmethode ist es wichtig, die Leistung der Stromquelle sowie die des Verbrauchers sorgfältig auszuwählen.

Und was ist, wenn es umgekehrt ist? Möchten Sie ein PD (Client-Gerät mit PoE) an gewöhnliche Netzwerkausrüstung anschließen?

Um Client-Geräte über PoE mit Strom zu versorgen, können Sie verwenden einen PoE-Injektor, der dafür gedacht ist, zusätzliche elektrische Energie über das Netzwerkkabel bereitzustellen.

Der PoE-Injektor hat einen RJ45-Anschluss für den Eingang und einen Anschluss für die Stromversorgung. Am Ausgang befindet sich ein einzelner RJ45-Anschluss mit PoE.

Der PoE-Injektor nimmt ein standardmäßiges Netzwerksignal entgegen und „injiziert“ die elektrische Versorgung in die Linie für die Netzwerkverbindung, sodass ein Gerät mit PoE am Ausgang angeschlossen werden kann.

Abbildung 2. Zyxel PoE-Injektor PoE12-HP

Was sind die Anforderungen an das Kabel?

Für die Verbindung bei der Stromversorgung über PoE wird ein Twisted-Pair-Kabel nicht niedriger als cat.5e verwendet.

Wichtig. Die Leiter sollten aus Kupfer und nicht aus kupferbeschichtetem Material bestehen, mit einer Dicke 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, Kabel mit einer Länge von mehr als 75 m zu vermeiden, obwohl die Standards 802.3af und 802.3at eine Unterstützung von 100 m angeben. Im Falle von Passive PoE sind die praktischen Empfehlungen jedoch noch pessimistischer – die tatsächliche Kabellänge für einen ordnungsgemäßen Betrieb sollte 60 m nicht überschreiten.

Es gibt jedoch spezielle Switches, wie die GS1350 Extended Range Essentials die Geräte über Entfernungen von 250 m bei einer Geschwindigkeit von 10 Mb/s unterstützen können.

Abbildung 3. Illustration der Funktionsweise von Extended Range.

Was sind Überspannungsschutzvorrichtungen (ÜSV)?

In jedem ausgedehnten elektrischen Stromkreis besteht das Risiko kurzfristiger Impulse, die durch die Ansammlung von Ladung (Erhöhung der Spannung – Überspannung) mit anschließendem Entladen verursacht werden. Im Folgenden sind die Ursachen für das Auftreten kurzfristiger Überspannungsimpulse aufgeführt.

Ein in der Nähe des Objekts einschlagender Blitz, auch in einen Blitzableiter, erzeugt einen elektrischen Impuls und elektromagnetische Störungen, was eine induzierte EMK im Kabel erzeugt.
Die Ansammlung von statischer Elektrizität aufgrund der Ionisierung der Luft und anderer äußerer Phänomene führt zu Impulsen von statischer Spannung, die Geräte beschädigen können.
Überspannungen, die durch das Schalten und Umstecken von Geräten entstehen, zum Beispiel beim Wechseln von Patchkabeln im Switch oder beim Einschalten zusätzlicher Stromquellen sowie beim Ein- und Ausschalten starker Lasten, verursachen Übergangsprozesse in elektrischen Schaltkreisen, die mit plötzlichen Spannungsanstiegen von impulsartiger Natur einhergehen. Dies kann zur Beschädigung von Geräten führen.

Hinweis: Aus verschiedenen Gründen, wie z.B. einem nahegelegenen Blitzeinschlag während eines Gewitters sowie der Ionisierung der Luft und der Ansammlung atmosphärischer Elektrizität vor einem Gewitter, wird diese Art des Schutzes manchmal als „Gewitterschutz“ bezeichnet. Dieser Begriff sollte nicht mit „Blitzschutz“ verwechselt werden, der den Schutz vor dem direkten Blitzeinschlag bezeichnet.

Um solche Bedrohungen zu vermeiden, kommen Überspannungsschutzgeräte (ÜSP) zum Einsatz. Es gibt zwei Möglichkeiten des Schutzes (ÜSP): den Kauf und die Installation externer Geräte sowie die Integration des Schutzes in Geräte mit PoE.

Und schließlich die Antwort auf die Frage: Welche Geräte sollte man auswählen?

Die Auswahl des Stromversorgungsgeräts

Wenn von der Auswahl des Stromversorgungsgeräts für PoE die Rede ist, spricht man in der Regel von Endspan und normalerweise handelt es sich um einen Switch. Der Switch ist die am häufigsten verwendete Option, da er sowohl in der IP-Telefonie, als auch in der Videoüberwachung, beim Aufhängen von Zugangspunkten und bei der Anordnung verschiedener Sensoren von Sicherheitssystemen und Zutrittskontrollsteuerungen eingesetzt wird.

Hier sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen:

Kompatibilität von oben nach unten. Das heißt, ein moderneres Gerät, das den neuesten IEEE 802.3bt Standard unterstützt, kann verwendet werden, um ältere Geräte anzuschließen und mit Strom zu versorgen. Umgekehrt ist das jedoch nicht möglich.
Die Erreichbarkeit von PD (stromversorgten Geräten). Neben der aktuellen Kabellänge ist es sinnvoll, auch an zukünftige Entwicklungen zu denken, wie beispielsweise eine mögliche Erweiterung des Lagerbereichs oder einen Büroumzug. Es ist ratsam, einige technische Reservekapazitäten für die Zukunft einzuplanen.
Gerätesteuerung. Neben der Möglichkeit, „ins“ den Switch zu gelangen und manuell die Stromzufuhr zu ein- oder auszuschalten, gibt es auch andere Steuerungsoptionen, wie zum Beispiel die Verwendung des LLDP-Protokolls. für Kameras.
Überspannungsschutz (UZI) und andere schädliche Faktoren.

Zyxel bietet Switches an, die all diesen Anforderungen gerecht werden. Es handelt sich um die Modelle der neuen Serie GS1350. Wir haben bereits vorher darüber berichtet. Diese Serie wurde ursprünglich als „Smart-managed Switches für Videosysteme“ positioniert, kann jedoch problemlos auch für andere Anwendungen, wie die Stromversorgung von Telefonen, Access Points und anderen PoE-Geräten, eingesetzt werden.

Abbildung 4. Spezieller verwalteter PoE-Switch GS1350-26HP.

Unmanaged Switches der Serie GS1300 sind ebenfalls eine gute Wahl. Eine Auswahl an spezialisierten Switches von Zyxel finden Sie in Abbildung 5.

Abbildung 5. Das Modellportfolio von 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, wie zum Beispiel an der Bildqualität bei der Auswahl von Kameras oder der Unterstützung von Wi-Fi-Standards bei der Wahl von Zugangspunkten.

Jedoch hat auch die Stromversorgung ihren Einfluss. Es ist sinnvoll, folgende Faktoren zu berücksichtigen:

Energieeffizienz des Geräts.
Verwaltungsoptionen.
Preis und Qualität.

Wichtig! Trotz der angegebenen Kompatibilität sollte man nicht zu 100 % auf diese Möglichkeit vertrauen. In einem guten Projekt sollten die Stromquelle und die Verbraucher einen einheitlichen Standard unterstützen, idealerweise den aktuellsten, und vollständige Kompatibilität bieten. Diese sollten mit der Absicht gekauft werden, neue Technologien zu nutzen, wie beispielsweise Wi-Fi 6. Eine komplette Überarbeitung eines Infrastrukturabschnitts, die fälschlicherweise als "Modernisierung" bezeichnet wird, ist oft teurer als einige zusätzliche Kosten in der Implementierungsphase.