V článku v populárnej forme otázka-odpoveď sa opisujú kľúčové momenty pri používaní napájania prostredníctvom PoE (Power over Ethernet). Uvádzajú sa rozdiely medzi štandardmi, poskytuje sa informácia o ochrane zariadení pred nárazmi prepätia a o ďalších užitočných veciach.
Čo je PoE?
PoE (Power over Ethernet) — technológia dodávania elektrickej energie na koncové zariadenie cez twisted pair štandardu Ethernet (zvyčajne sa používa kábel cat.5 s konektormi RJ45). Ten istý kábel sa používa aj na prenos údajov a na napájanie zariadenia.
Aké zariadenia sú podporované?
Ako napájajúce zariadenia môžu pôsobiť:
- prepínače,
- routery,
- a iné sieťové vybavenie.
Ako koncové zariadenia môžu byť použité:
- pevné telefóny,
- kamerové systémy,
- prístupové body,
- rôzne senzory a iné periférne zariadenia.
Existujú tiež zariadenia na integráciu s vybavením, ktoré nepodporuje
PoE.
Na čo je to potrebné?
Ako napísal básnik Vladimir Majakovskij: „Ak sa hviezdy zapaľujú, znamená to, že to niekomu treba“. Nižšie sú uvedené výhody použitia tejto technológie.
Pripojenie zariadení na ťažko prístupných miestach
Napríklad, na pracovisku používateľa sú predpokladané iba dve zásuvky: pre monitor a systémovú jednotku. Často sú takéto požiadavky spôsobené nie chybou v plánovaní, ale sú diktované odvetvovými, regionálnymi a inými normami IT bezpečnosti, protipožiarnej bezpečnosti, ochrany práce a podobne.
Iný príklad — ak je kamerový systém alebo prístupový bod upevnený pod stropom, je ťažké tiahnuť aj napájací kábel.
Správa napájania
Druhá užitočná vlastnosť spočíva v tom, že PoE umožňuje spravovať zariadenia po napájaní, napríklad dočasne ich vypínať, zapínať alebo reštartovať (pri zamrznutí, aktualizácii alebo inej potrebe).
Je to pohodlné, ak treba pracovať na diaľku, alebo keď sú zariadenia umiestnené na ťažko prístupných miestach.
Obzvlášť je to užitočné pri práci s prístupovými bodmi, ktoré môžu byť na značnej vzdialenosti alebo úplne skryté niekde nad podhľadom.
Poznámka. Takmer všetky moderné prístupové body od Zyxel podporujú PoE
a vrátane nových modelov s podporou Wi-Fi 6: ako tie najviac "cenovo dostupné" ako aj pokročilejšie a
Obrázok 1. Dvojpásmový prístupový bod 802.11ax (Wi-Fi 6) NWA110AX.
Zjednodušenie údržby
Okrem komfortu prevádzky, použitie PoE odstraňuje starosti spojené s nákupom a opravami napájacích adaptér, zabezpečením užívateľov zásuvkami, napríklad prostredníctvom zakúpenia PDU (inými slovami, "predlžovačiek"). Menej prvkov — menej bodov poruchy — menej hovorov do technickej podpory.
Elektrobiznis
Kto by čo hovoril, ale 220 Voltov — to je veľa. To je bolestivé, to zabíja. No 57 voltov, čo je maximum pre PoE — to je tiež nepríjemne nebezpečné, ale už nie tak veľmi. V niektorých organizáciách, aby administrátor vykonával aj elektroinštalačné práce — potrebuje špeciálne povolenie. Toto všetko je regulované tými istými odvetvovými a regionálnymi normami. A s PoE — nič takéto nikdy nepoznali. Slaboprúd — to je jednoducho slaboprúd.
Estetika
Čo potrebuje technický personál najprv? Aby to fungovalo. No niektorí obzvlášť pokročilí "kolegovia" potrebujú, aby to bolo aj "pekné". Napríklad, aby "zbytočné" káble neviseli. Alebo aby všetko malo rovnakú farbu. A PoE zbavuje týchto "zbytočných" vodičov. Obzvlášť citliví na to sú rôzne kontrolné orgány, komisie a "veľké vedenie".
Aké sú nevýhody PoE?
Vyššia cena zariadení
Naozaj, stojí viac. Obzvlášť ak beriete viac či menej overené zariadenia, a nie sa spoliehate na "možno", kupujúc "lacné NoName riešenia".
Na druhej strane, princíp "drahšie — znamená lepšie" nefunguje vždy. Preto má zmysel naháňať drahú značku iba vtedy, ak existujú dodatočné požiadavky (existuje zoznam "povoleného vybavenia").
Ale aj pri vysokej cene zariadení s PoE môže byť jeho cena oveľa nižšia ako cena organizácie "od základov" za dodatočný rozvod kabeláže na napájanie vzdialených zariadení.
Pokles výkonu
Pri prenose nízkonapäťového signálu cez tenké drôty, účinnosť, povedzme, nebude veľmi vysoká. Čím ďalej od napájacieho zariadenia, tým menej elektrickej energie ostane na napájanie spotrebiteľov. Zvyšok sa spotrebuje na odpor a ohrev vodičov. S miestnym napájaním (nie PoE) je to jednoduchšie. Zapojil si napájací blok do zásuvky "a energia ide, ide..."
Napriek tomu sa podobné problémy s vzdialenosťou môžu vyriešiť použitím špeciálnych prepínačov s vyšším výkonom signálu, napríklad Zyxel série [GS1300] () a .
Požiadavky na kvalifikáciu personálu
Povedzme, že aj keď použitie PoE nevyžaduje veľa znalostí, niektoré detaily
je potrebné osvojiť. Informácie k tejto téme sa dajú ľahko nájsť, aj keď, ak človek nikdy nepracoval s touto technológiou, môže naraziť na istú roztrhnutosť a fragmentáciu učebného materiálu.
Standarde PoE
Pre nováčikov môže nastať určitý zmatek. Existujú 3 generácie
štandardu:
Prvá generácia PoE (štandard IEEE 802.3af) poskytuje napájanie až do 15,4 W jednosmerného prúdu pre každé pripojené zariadenie.
Druhá generácia štandardu IEEE 802.3at, často nazývaná PoE+, môže dodávať výkon až do 30 W pre každé zariadenie. Tento štandard sa používa na napájanie náročnejších spotrebiteľov, ako sú kamery s otáčaním a nakláňaním (PTZ) a bezdrôtové prístupové body 11n.
Pre jednoduchšie porozumenie boli hlavné rozdiely zhrnuté do tabuľky:
Parametre
PoE
PoE+
Napätia jednosmerného prúdu na napájanom zariadení
od 36 do 57 V (menovité 48V)
od 42,5 do 57 V
Napätie dodávané zdrojom
od 44 do 57 V
od 50 do 57 V
Maximálny výkon PoE zdroja
15,4 W
30 W
Maximálny výkon, ktorý dostáva PoE spotrebiteľ
12,95 W
25,50 W
Maximálny prúd
350 mA
600 mA
Maximálny odpor kábla
20 Ω (pre cat.3)
12,5 Ω (pre cat.5)
Klasifikácia napájania
0-3
0-4
Tretia generácia je opísaná štandardom IEEE 802.3bt.
Zariadenia tretej generácie PoE umožňujú zabezpečiť napájanie s výkonom až do 51 W po jednom kábli.
Poznámka. Na napájanie zariadení pomocou technológií štandardu IEEE 802.3bt sú zapojené všetky štyri páry vodičov modernej twisted pair (cat. 5 a vyššie), zatiaľ čo pre prvé dve generácie stačia len štyri.
Pokiaľ ide o kompatibilitu, zariadenia PoE sú spätne kompatibilné — výkonnejšie napájacie zariadenie štandardu 802.3bt môže byť používané pre starších odberateľov PoE a PoE+ (802.3af a 802.3at).
Terminológia: End-span a Mid-Span
End-span — zariadenie, ktoré zabezpečuje dodávku elektrickej energie od začiatku káblovej
linky.
Klasický príklad: prepínač IP telefónie poskytuje napájanie malej siete stacionárnych telefónov v rámci kancelárie.
Ďalším príkladom je systém videonahrávania na malej sklade, kde videokamery dostávajú napájanie od prepínača cez PoE.
Vo väčšine týchto systémov nie sú zahrnuté ďalšie zariadenia na posilnenie napájacieho signálu.
Mid-span — keď sa napájacie zariadenie pripája nie na začiatku káblovej linky, ale dodatočne medzi prepínačom a koncovým zariadením. Napríklad napájanie videokamery cez injektor, ktorý je zapojený po prepínači v medzikrosovom skrini.
Ešte trochu terminológie:
- PSE (Power Source Equipment) — napájacie zariadenie.
- PD (Powered Device) — napájané zariadenie.
Môže napájacie zariadenie zistiť, aké klientské zariadenie pripojilo: s PoE alebo bez?
Ak ide o End-span, napríklad o prepínač, všetko prebieha veľmi jednoducho. Napájací zdroj, napríklad prepínač s portami PoE, zapína dodávku energie pre tento port len v prípade, že pripojené zariadenie (napríklad prístupový bod) podporuje technológiu PoE.
Ako to funguje?
- Na začiatku sa vykonáva kontrola: podporuje pripojené zariadenie napájanie cez PoE? Je dodané napätie od 2,8 do 10 Voltov, určuje sa vstupný odpor. V prípade, že získané výsledky možno považovať za uspokojivé pre napájanie cez PoE, napájacie zariadenie prechádza na ďalšiu etapu.
- Napájacie zariadenie určuje požadovaný výkon na napájanie klientského zariadenia pre následnú kontrolu tohto výkonu. V závislosti od úrovne spotreby zariadeniam priradzuje triedu: od 0 do 4.
Avšak ak ide o cenovo dostupné zariadenia Mid-Span zapojené po bežnom sieťovom vybavení (bez PoE), situácia nie je tak ružová. V takých prípadoch sa zvyčajne do línie posiela konštantný prúd s fixnými parametrami a kontrola na tému: „Aké zariadenie je na druhej strane linky?“ — sa nevykonáva.
A čo robiť, keď potrebujete pripojiť zariadenia bez podpory PoE a nie sú k dispozícii zásuvky pre adaptér napájania?
Pre takéto situácie slúži Passive PoE s využitím PoE spplittera.
V tomto prípade napájací zdroj neoveruje pripojené zariadenie ani nejedná o jeho výkon. Napájanie sa jednoducho dodáva cez voľné vodiče krútenej dvojice pomocou PoE splitteru.
PoE splitter rozdeľuje signál prijímaný cez krútenú dvojicu na data a napájanie (12V-24V). Týmto spôsobom je možné dodať napájanie a integrovať do existujúcej infrastruktúry zariadenie bez podpory PoE. Pri tomto pripojení je potrebné starostlivo vyberať výkon zdroja napájania a jeho spotrebiteľa.
A čo ak naopak? Je potrebné pripojiť PD (klientské zariadenie s PoE) k bežnému sieťovému vybaveniu?
Pre napájanie klientských zariadení s PoE môžete použiť PoE injektor, ktorý je určený na dodávanie dodatočného napájania do sieťového kábla.
PoE injektor má na vstupe konektor RJ45 a konektor na pripojenie k zdroju napájania. Na výstupe má jediný konektor RJ45 s PoE.
PoE injektor prijíma štandardný sieťový signál a „injektuje“ napájanie do linky pre sieťové pripojenie, čo umožňuje pripojiť na výstupe zariadenie s PoE.
Obrázok 2. Zyxel PoE injektor
Aké sú požiadavky na kábel?
Na pripojenie pri napájaní cez PoE sa používa krútená dvojica minimálne cat.5e.
Dôležité. Vodiče musia byť medi, nie pokovované, s hrúbkou najmenej 0,51 mm (24 AWG). Odpor vo vodičoch by nemal presiahnuť 9,38 Ω/100 m.
Zvyčajne sa v praxi odporúča nevyužívať káble dlhšie ako 75 m, hoci normy 802.3af a 802.3at hovoria o podpore 100 m. V prípade Passive PoE sú praktické odporúčania ešte pesimistickejšie — skutočná dĺžka kábla pre normálnu funkciu by nemala presiahnuť 60 m.
Avšak špeciálne prepínače, napríklad spravované môžu podporovať zariadenia na vzdialenosť 250m pri rýchlosti 10Mb/s.
Obrázok 3. Ilustrácia fungovania Rozšíreného Rozsahu.
Čo sú ochrany proti prepätiu (UŽP)?
V akejkoľvek predĺženej elektrickej sieti existuje hrozba vzniku krátkodobých impulzov spôsobených akumuláciou náboja (zvyšovanie rozdielu potenciálu — prepätie) s následným vybitím. Nižšie sú uvedené príčiny vzniku krátkych impulzov prepätia.
- Úder blesku v blízkosti objektu, vrátane bleskozvodu, spôsobuje elektrický impulz a elektromagnetické narušenie, čo vytvára indukovanú EMF v kábli.
- Akumulácia statickej elektriny spôsobená ionizáciou vzduchu a inými vonkajšími javmi vedie k vzniku impulzov statického napätia, ktoré môžu poškodiť zariadenie.
- Prepätia v dôsledku prepínania a prechodov zariadení, napríklad prepínanie patch káblov v rozvodnej sústave, zapínanie ďalších napájacích zariadení, zapínanie a vypínanie silových záťaží vedie k vzniku prechodných procesov v elektrických obvodoch s náhlymi skokmi napätia impulzného charakteru, čo môže spôsobiť poruchu zariadenia.
Poznámka. Z dôvodu rôznych okolností: úder blesku v blízkosti objektu počas búrky, ako aj ionizácia vzduchu a akumulácia atmosférickej elektriny pred búrkou, sa tento typ ochrany niekedy nazýva "bleskozvodná ochrana". Tento pojem by sa nemal zamieňať s pojmom "ochrana pred bleskom" — teda ochranou pred priamym úderom blesku.
Na predchádzanie podobným hrozbám sa používajú zariadenia na ochranu proti prepätiu (UŽP). Existujú dve varianty ochrany (UŽP): zakúpenie a inštalácia vonkajších zariadení a zabudovanie ochrany do zariadení s PoE.
A nakoniec odpoveď na otázku: aké zariadenia zvoliť?
Výber napájacieho zariadenia
Keď sa hovorí o voľbe zariadenia zdroja pre napájanie PoE, má sa na mysli end-span, a zvyčajne ide o prepínač. Prepínač je najpoužívanejší variant, používa sa v IP telefónii, video dozorovaní, pri inštalácii prístupových bodov a pri umiestňovaní rôznych senzorov bezpečnostných systémov, kontrolérov SKUD a podobne.
Je dôležité zvážiť niekoľko faktorov:
- Zabezpečenie spätnej kompatibility. To znamená, že modernejšie zariadenie, ktoré podporuje najnovší štandard IEEE 802.3bt, môže byť použité na pripojenie a napájanie starších zariadení. Naopak to neplatí.
- Vzdialenosť PD (napájaných zariadení). Okrem súčasnej dĺžky je potrebné myslieť aj na budúcnosť. Napríklad, ak sa plánuje rozširovanie skladu alebo presťahovanie kancelárie. Je lepšie zohľadniť určitú rezervu charakteristík do budúcna.
- Správa zariadení. Okrem možnosti "prihlásiť sa" na prepínač a manuálne vypnúť a zapnúť napájanie existujú aj iné možnosti správy, napríklad pre videokamery.
- Ochrana proti prepätiu (UPZP) a iným škodlivým faktorom.
Zyxel ponúka prepínače, ktoré spĺňajú všetky hore uvedené požiadavky. Tieto modely sú z novej série GS1350. Už sme Táto séria bola pôvodne prezentovaná ako Avšak fungujú aj pre iné prípady, napríklad na napájanie telefónov, prístupových bodov a iných zariadení s PoE.
Obrázok 4. Špecializovaný spravovaný prepínač PoE GS1350-26HP.
Nepravičné prepínače série takisto predstavujú dobrú voľbu. Vybranú sadu špecializovaných prepínačov od Zyxel si môžete pozrieť na obrázku 5.
Obrázok 5. Modelová rada spravovaných a nespravovaných prepínačov s podporou PoE od Zyxel.
Výber zariadenia-spotrebiteľa
Pri výbere koncových zariadení sa obyčajne orientuje na ich spotrebiteľské vlastnosti, napríklad na kvalitu obrazu pri výbere videokamery, podporu Wi-Fi štandardov pri výbere prístupových bodov a podobne.
Avšak napájanie tiež ovplyvňuje voľbu. Má zmysel zohľadniť nasledujúce faktory:
- Účinnosť zariadenia.
- Možnosti správy.
- Cena a kvalita.
Dôležité! Napriek deklarovanej kompatibilite, nemôžete 100 % dôverovať tejto možnosti. V dobrom projekte by mal zdroj napájania a spotrebitelia podporovať jeden štandard, ideálne najnovší, mať úplnú kompatibilitu a byť nakupovaní s ohľadom na využitie nových technológií, ako je Wi-Fi 6. Prestavba celej časti infraštruktúry, hrdo nazývaná „modernizácia“, často stojí viac ako niektoré dodatočné náklady na fáze implementácie.
Užitočné odkazy
Prístupové body Wi-Fi 6: ,
a
Špeciálne spravované prepínače série a nespravované na stránke Zyxel
Zdroj: habr.com
