W artykule w popularnej formie pytanie-odpowiedź omawiane są kluczowe kwestie związane z zasilaniem poprzez PoE (Power over Ethernet). Podano różnice między standardami, informacje o ochronie urządzeń przed skokami napięcia oraz inne przydatne rzeczy.
Czym jest PoE?
PoE (Power over Ethernet) to technologia dostarczania zasilania do urządzenia klienckiego przez skrętkę standardu Ethernet (zwykle używa się kabla cat.5 z wtykami RJ45). Ta sama linia jest używana zarówno do przesyłania danych, jak i do zasilania urządzenia.
Jakie urządzenia są obsługiwane?
Jako urządzenia zasilające mogą służyć:
- przełączniki,
- routery,
- i inne urządzenia sieciowe.
Jako urządzenia klienckie mogą być używane:
- telefony stacjonarne,
- kamery wideo,
- punkty dostępowe,
- różne czujniki i inne urządzenia peryferyjne.
Istnieją również urządzenia do integracji z sprzętem, który nie obsługuje
PoE.
Po co to potrzebne?
Jak pisał poeta Włodzimierz Wysocki: "Jeśli gwiazdy się zapalają, to znaczy, że jest to komuś potrzebne." Poniżej przedstawione są zalety korzystania z tej technologii.
Podłączenie urządzeń w trudno dostępnych miejscach
Na przykład w miejscu pracy użytkownika przewidziano tylko dwa gniazdka: dla monitora i jednostki centralnej. Takie wymagania często wynikają nie z błędów w planowaniu, lecz są podyktowane normami branżowymi, regionalnymi oraz innymi standardami bezpieczeństwa IT, przeciwpożarowego, bhp i tak dalej.
Inny przykład — jeśli kamera wideo lub punkt dostępowy jest przymocowany pod sufitem, czasem trudno jest przeprowadzić również kabel zasilający.
Zarządzanie zasilaniem
Drugą korzyścią jest to, że PoE pozwala zarządzać urządzeniem pod kątem zasilania, na przykład tymczasowo je wyłączać, włączać lub ponownie uruchamiać (w przypadku zawieszenia, aktualizacji lub innych potrzeb).
Jest to wygodne, gdy musisz pracować zdalnie, lub gdy urządzenia znajdują się w trudno dostępnych miejscach.
Szczególnie przydatne jest to w przypadku punktów dostępowych, które mogą znajdować się w znacznej odległości lub być całkowicie ukryte gdzieś nad podwieszanym sufitem.
Uwaga. Praktycznie wszystkie nowoczesne punkty dostępowe od Zyxel obsługują PoE
w tym nowe modele z wsparciem dla Wi-Fi 6: jak te najbardziej "budżetowe" jak i bardziej zaawansowane i
Rysunek 1. Dwupasmowy punkt dostępu 802.11ax (Wi-Fi 6) NWA110AX.
Ułatwienie konserwacji
Oprócz wygody użytkowania, zastosowanie PoE pozwala na uniknięcie problemów związanych z zakupem i naprawą zasilaczy, zapewnieniem użytkownikom gniazdek, na przykład poprzez zakup PDU (prościej mówiąc, "przedłużaczy"). Mniej urządzeń – mniej punktów awarii – mniej telefonów do wsparcia technicznego.
Bezpieczeństwo elektryczne
Cokolwiek kto by nie mówił, 220 Voltów to dużo. To boli, to zabija. A 57 Voltów, co jest maksimum dla PoE – również jest nieprzyjemnie niebezpieczne, ale nie tak bardzo. W niektórych organizacjach, aby administrator systemów mógł również pracować jako elektryk – potrzebne jest specjalne zezwolenie. Uregulowania te określają branżowe i regionalne standardy. A z PoE – nigdy nic takiego nie było znane. Słaba moc – to właśnie jest słaba moc.
Estetyka
Co technicznemu personelowi potrzeba przede wszystkim? Tylko żeby działało. Ale niektórzy szczególnie zaawansowani „towarzysze” chcą, aby wyglądało to także „ładnie”. Na przykład, aby „zbędne” przewody nie zwisały. Lub aby wszystko miało ten sam kolor. A PoE eliminuje te najbardziej „zbędne” kable. Szczególnie wrażliwi na to są różnego rodzaju kontrolerzy, komisje i „wysokie kierownictwo”.
Jakie są wady PoE?
Wyższy koszt urządzeń
Rzeczywiście, kosztuje więcej. Szczególnie jeśli bierze się dość lub mniej sprawdzone urządzenia, a nie polega się na "może się uda", kupując "tanie rozwiązania NoName".
Z drugiej strony, zasada "droższe – to lepsze" nie zawsze się sprawdza. Dlatego trzeba szukać drogiej marki tylko wtedy, gdy istnieją dodatkowe wymagania (jest lista "dozwolonego sprzętu").
Ale nawet przy wysokiej cenie sprzętu z PoE, jego koszt może być znacznie niższy niż organizacja "od zera" z dodatkowymi skomplikowanymi systemami okablowania zasilania dla zdalnych urządzeń.
Spadek mocy
Przy przesyłaniu niskonapięciowego sygnału przez cienkie przewody, sprawność, żeby tak powiedzieć, nie będzie zbyt wysoka. Im dalej od źródła zasilania, tym mniej energii elektrycznej pozostanie do zasilania odbiorników. Reszta jest tracona na opór i nagrzewanie przewodów. Z lokalnym zasilaniem (nie PoE) sprawa wygląda prościej. Wystarczy włożyć zasilacz do gniazdka i „energia poszła…”.
Jednak podobne problemy z odległością można rozwiązać, używając specjalnych przełączników o zwiększonej mocy sygnału, na przykład serii Zyxel [GS1300] () i .
Wymagania dotyczące kwalifikacji personelu
Powiedzmy, że chociaż zastosowanie PoE nie wymaga ogromnej wiedzy, pewne szczegóły
trzeba opanować. Informacje na ten temat można znaleźć bez większego wysiłku, choć jeśli ktoś nigdy nie pracował z tą technologią, spotka się z pewnym chaosem i fragmentacją materiałów szkoleniowych.
Standardy PoE
Dla nowicjuszy może wystąpić pewne zamieszanie. Istnieją 3 generacje
standardu:
Pierwsza generacja PoE (standard IEEE 802.3af) zapewnia zasilanie do 15,4 W prądu stałego dla każdego podłączonego urządzenia.
Druga generacja standardu IEEE 802.3at, znana również jako PoE+, może dostarczać moc do 30 W dla każdego urządzenia. Standard ten jest używany do zasilania bardziej „prądożernych” urządzeń, na przykład kamer PTZ do monitoringu i bezprzewodowych punktów dostępowych 11n.
Dla uproszczenia podstawowe różnice zostały zestawione w tabeli:
Ustawienia
PoE
PoE+
Napięcia prądu stałego na zasilanym urządzeniu
od 36 do 57 V (nominalne 48V)
od 42,5 do 57 V
Napięcie dostarczane przez źródło
od 44 do 57 V
od 50 do 57 V
Maksymalna moc źródła PoE
15,4 W
30 W
Maksymalna moc otrzymywana przez urządzenie PoE
12,95 W
25,50 W
Maksymalny prąd
350 mA
600 mA
Maksymalny opór kabla
20 Ω (dla cat.3)
12,5 Ω (dla cat.5)
Klasy zasilania
0-3
0-4
Trzecia generacja jest opisana w standardzie IEEE 802.3bt.
Urządzenia trzeciej generacji PoE mogą zapewnić zasilanie o mocy do 51 W przez jeden kabel.
Uwaga. Do zasilania urządzeń z wykorzystaniem technologii standardu IEEE 802.3bt używane są wszystkie osiem żył kabla nowoczesnej skrętki (kat. 5 i wyższe), podczas gdy w przypadku pierwszych dwóch generacji można użyć tylko czterech.
Jeśli chodzi o kompatybilność, urządzenia PoE są wstecznie kompatybilne — bardziej wydajne źródło zasilania standardu 802.3bt może być używane dla starszych urządzeń PoE i PoE+ (802.3af i 802.3at).
Terminologia: End-span i Mid-Span
End-span — urządzenie zapewniające zasilanie od początku kabla
linii.
Klasyczny przykład: przełącznik VoIP zapewnia zasilanie dla małej sieci stacjonarnych telefonów w biurze.
Inny przykład — system monitoringu w małym magazynie, gdzie kamery dostają zasilanie od przełącznika przez PoE.
Zazwyczaj w takich systemach nie przewiduje się dodatkowych urządzeń wzmacniających sygnał zasilający.
Mid-span — kiedy urządzenie zasilające podłączane jest nie na początku kabla, ale dodatkowo między przełącznikiem a urządzeniem końcowym. Na przykład, zasilanie kamery przez injector, który włącza się po przełączniku w pośredniej szafie krosowej.
Jeszcze trochę terminologii:
- PSE (Power Source Equipment) — urządzenie źródła zasilania.
- PD (Powered Device) — urządzenie zasilane.
Czy urządzenie zasilające może rozpoznać, jakie urządzenie klienckie zostało podłączone: z PoE czy bez?
Jeśli mówimy o End-span, na przykład o przełączniku, wszystko odbywa się prosto, wręcz bardzo prosto. Źródło zasilania, na przykład przełącznik z portami PoE, włącza zasilanie dla danego portu tylko wtedy, gdy podłączone urządzenie (na przykład punkt dostępowy) obsługuje technologię PoE.
Jak to działa?
- Najpierw przeprowadzany jest test: czy urządzenie klienckie obsługuje zasilanie przez PoE. Podawane jest napięcie od 2,8 do 10 V, określane jest opór wejściowy. W przypadku, gdy otrzymane wyniki można uznać za zadowalające dla zasilania przez PoE, urządzenie zasilające przechodzi do następnego etapu.
- Urządzenie zasilające określa wymaganą moc do zasilania urządzenia klienckiego, w celu dalszego zarządzania tą mocą. W zależności od poziomu zużycia urządzenia przypisywana jest klasa: od 0 do 4.
Jednakże, jeśli chodzi o niedrogie urządzenia Mid-Span, które są uruchamiane po zwykłym sprzęcie sieciowym (bez PoE), sytuacja nie jest tak różowa. W takich przypadkach zwykle zasilanie podawane jest w linii z ustalonymi parametrami, a kontrola na temat: „Jakie urządzenie jest na końcu linii?” nie jest przeprowadzana.
A co zrobić, gdy trzeba podłączyć urządzenia bez wsparcia PoE, a gniazdka dla zasilacza nie są przewidziane?
W takich sytuacjach służy Passive PoE z użyciem PoE splitter.
W tym przypadku źródło zasilania nie pyta podłączonego urządzenia i nie uzgadnia jego mocy. Zasilanie jest po prostu podawane przez wolne żyły skrętki za pomocą PoE splittera.
PoE splitter dzieli sygnał przychodzący przez skrętkę na dane i zasilanie (12V-24V). Dzięki temu można zasilić i zintegrować urządzenie bez wsparcia PoE z istniejącą infrastrukturą. Przy tym sposobie podłączenia należy dokładnie dobrać moc źródła zasilania i jego odbiorcy.
A jeśli odwrotnie? Należy podłączyć PD (urządzenie klienckie z PoE) do zwykłego sprzętu sieciowego?
Aby zasilać urządzenia klienckie z PoE, można użyć PoE injector, który jest przeznaczony do dostarczania dodatkowego zasilania do kabla sieciowego.
PoE injector ma na wejściu złącze RJ45 i złącze do podłączenia do źródła zasilania. Na wyjściu ma jedno złącze RJ45 z PoE.
PoE injector odbiera standardowy sygnał sieciowy i wprowadza 'iniekcję' zasilania do linii dla połączenia sieciowego, co pozwala na podłączenie na wyjściu urządzenia z PoE.
Rysunek 2. Zyxel PoE injector
Jakie są wymagania dotyczące kabla?
Do podłączenia zasilania przez PoE używa się skrętki nie niższej niż cat.5e.
Ważne. Żyły powinny być miedziane, a nie pokryte miedzią, o grubości nie mniejszej niż 0,51 mm (24 AWG). Opór w żyłach nie powinien przekraczać 9,38 Ω/100 m.
Zwykle w praktyce zaleca się nie używać kabli o długości większej niż 75 m, choć standardy 802.3af i 802.3at mówią o wsparciu do 100 m. W przypadku Passive PoE praktyczne zalecenia są jeszcze bardziej pesymistyczne — rzeczywista długość kabla dla normalnej pracy nie powinna przekraczać 60 m.
Jednak specjalne przełączniki, na przykład zarządzane mogą obsługiwać urządzenia w odległości 250 m przy prędkości 10Mb/s.
Rysunek 3. Ilustracja działania Rozszerzonego Zasięgu.
Czym są urządzenia do ochrony przed przepięciami (UZIPE)?
W każdej długiej sieci elektrycznej istnieje zagrożenie wystąpienia krótkotrwałych impulsów, wywołanych gromadzeniem ładunku (wzrost różnicy potencjałów — przepięcia) z późniejszym wyładowaniem. Poniżej przedstawiono przyczyny powstawania krótkich impulsów przepięć.
- Uderzenie pioruna w pobliżu obiektu, w tym w piorunochron, wywołuje impuls elektryczny oraz zakłócenie elektromagnetyczne, co tworzy indukowaną EMF w kablu.
- Gromadzenie statycznego napięcia elektrycznego, spowodowane jonizacją powietrza i innymi zjawiskami zewnętrznymi, prowadzi do pojawienia się impulsów napięcia statycznego, które mogą uszkodzić sprzęt.
- Przepięcia spowodowane przełączaniem i włączaniem sprzętu, na przykład przełączaniem patchcordów w krosie, włączaniem dodatkowych urządzeń zasilających, włączaniem i wyłączaniem dużych obciążeń prowadzi do wystąpienia procesów przejściowych w obwodach elektrycznych z nagłymi skokami napięcia impulsowego, co może doprowadzić do uszkodzenia sprzętu.
Uwaga. Z powodu różnych przyczyn: uderzenia pioruna w pobliżu obiektu podczas burzy, a także jonizacji powietrza i gromadzenia atmosferycznego elektryczności przed burzą, ten rodzaj ochrony jest czasami nazywany „ochroną przed burzą”. Nie należy mylić tego terminu z terminem „ochrona przed piorunami” — czyli ochroną przed bezpośrednim uderzeniem pioruna.
Aby zapobiec takim zagrożeniom, stosuje się urządzenia do ochrony przed impulsami elektrycznymi (UZIPE). Istnieją dwa warianty ochrony (UZIPE): zakup i instalacja zewnętrznych urządzeń oraz wbudowanie ochrony w urządzenia z PoE.
No i na koniec odpowiedź na pytanie: jakie urządzenia wybrać?
Wybór urządzenia zasilającego
Mówiąc o wyborze urządzenia źródłowego do zasilania PoE, ma się na myśli end-span, a zazwyczaj jest to przełącznik. Przełącznik to najczęściej stosowana opcja, używana zarówno w telefonii IP, jak i w systemach monitoringu, oraz podczas instalacji punktów dostępowych, a także w rozmieszczeniu różnych czujników systemów alarmowych, kontrolerów SSWiN i tak dalej.
Warto wziąć pod uwagę kilka czynników:
- Kompatybilność w dół. To znaczy, że nowocześniejsze urządzenie, wspierające najnowszy standard IEEE 802.3bt, może być używane do podłączania i zasilania starszych urządzeń. Natomiast odwrotnie – nie.
- Odległość PD (urządzeń zasilanych). Oprócz bieżącej długości warto pomyśleć o przyszłości. Na przykład, jeśli planowane jest rozszerzenie przestrzeni magazynowej lub przeprowadzka biura. Lepiej założyć pewien zapas charakterystyk 'na przyszłość'.
- Zarządzanie urządzeniami. Oprócz możliwości 'wejścia' na przełącznik i ręcznego wyłączenia-włączenia zasilania, istnieją również inne możliwości zarządzania, na przykład dla kamer wideo.
- Ochrona przed przepięciami (SPD) oraz innymi szkodliwymi czynnikami.
Zyxel ma przełączniki, które spełniają wszystkie powyższe wymagania. Są to modele nowej serii GS1350. Już Ta seria była pierwotnie pozycjonowana jako Jednakże bez problemu mogą być stosowane również w innych przypadkach, na przykład do zasilania telefonów, punktów dostępowych i innych urządzeń z PoE.
Rysunek 4. Specjalistyczny zarządzany przełącznik PoE GS1350-26HP.
Niezarządzane przełączniki serii również są dobrym wyborem. Wybór specjalistycznych przełączników od Zyxel można zobaczyć na rysunku 5.
Rysunek 5. Asortyment zarządzanych i niezarządzanych przełączników z obsługą PoE od Zyxel.
Wybór urządzenia-klienta
Zazwyczaj przy wyborze końcowych urządzeń kieruje się ich właściwościami użytkowymi, na przykład jakością obrazu przy wyborze kamery wideo, wsparciem standardów Wi-Fi przy wyborze punktów dostępowych itd.
Jednak zasilanie również ma swoje znaczenie. Ma sens wziąć pod uwagę następujące czynniki:
- Ekonomiczność urządzenia.
- Możliwości zarządzania.
- Cena i jakość.
WAŻNE! Mimo zadeklarowanej kompatybilności, nie warto w 100% polegać na tej funkcji. W dobrym projekcie zasilacz i urządzenia powinny wspierać ten sam standard, najlepiej najnowszy, mieć pełną kompatybilność i być przygotowane na zastosowanie nowych technologii, takich jak Wi-Fi 6. Przerabianie całego kawałka infrastruktury, dumnie nazywane „modernizacją”, zazwyczaj okazuje się droższe niż niektóre dodatkowe wydatki na etapie wdrożenia.
Przydatne linki
Punkty dostępu Wi-Fi 6: ,
i
Specjalne zarządzane przełączniki serii i niezarządzane na stronie Zyxel
Źródło: habr.com
