Power over Ethernet

Power over Ethernet (PoE) — технология, позволяющая передавать удалённому устройству вместе с данными электрическую энергию через стандартную витую пару в сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, IP-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.

Технология PoE описана стандартами IEEE 802.3af-2003 и IEEE 802.3at-2009. Существует несколько вариантов этой технологии, предшествующих первому стандарту, но они мало распространены.

Согласно стандарту IEEE 802.3af, обеспечивается постоянный ток до 400 мА с номинальным напряжением 48 В (от 36 до 57 В) через две пары проводников в четырёхпарном кабеле для обеспечения максимальной мощности 15 Вт. Стандарт определяет 5 классов устройств, питаемых по технологии PoE, от нулевого до четвертого. Каждому классу соответствуют свои параметры мощности и тока. Наиболее распространён первый класс. Для него входной ток равен 120 мА, а мощность может варьироваться от 0,44 до 3,84 Вт. Четвёртый класс не используется и зарезервирован на будущее.

Стандарт IEEE 802.3at-2009^[1], известный также как PoE+ или PoE plus, предусматривает подачу мощности до 25.5 W.^[2] Этот стандарт запрещает устройству-потребителю получать питание по всем четырём парам Ethernet-кабеля одновременно.^[3] Однако, некоторые производители заявили о выпуске устройств, потребляющих питание по всем парам и таким образом получающих мощность до 51 Вт.^[4]

Помимо использования двух свободных пар в сети 10/100Base-T, стандарт предусматривает использование фантомного питания для передачи электропитания. Подача питающего напряжения осуществляется как разность потенциалов между парами проводников (например, по методу B между парами 4-5 и 7-8). Стандарт определяет пары проводников для подачи питания и его полярность. Эта технология работает с существующей кабельной системой, включая кабели категории 5 без необходимости внесения каких-либо модификаций в существующую СКС.

802.3af Стандарты PoE-A и PoE-B для сетей 100 и 1000 Мб/сек. Распиновка 8-пинового разъема RJ45

PINS on Switch	10/100 DC on Spares (метод B)	10/100 Mixed DC & Data (метод A)	1000 (1 Gigabit) DC & Bi-Data (метод B)	1000 (1 Gigabit) DC & Bi-Data (метод A)
Pin 1	Rx +	Rx +             DC +	TxRx A +	TxRx A +             DC +
Pin 2	Rx -	Rx -              DC +	TxRx A -	TxRx A -              DC +
Pin 3	Tx +	Tx +             DC -	TxRx B +	TxRx B +             DC -
Pin 4	DC +	не используется	TxRx C +             DC +	TxRx C +
Pin 5	DC +	не используется	TxRx C -             DC +	TxRx C -
Pin 6	Tx -	Tx -             DC -	TxRx B -	TxRx B -             DC -
Pin 7	DC -	не используется	TxRx D +             DC -	TxRx D +
Pin 8	DC -	не используется	TxRx D -             DC -	TxRx D -

Оборудование PoE и принцип работы

Внешние изображения
Power over Ethernet
	Типичные схемы подключения питания

Технология PoE не оказывает влияния на качество передачи данных. Для ее реализации используются свойства физического уровня Ethernet:

• C использованием высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток постоянное напряжение питания подается на центральные отводы вторичных обмоток этих трансформаторов, и так же с центральных отводов снимается на приемной стороне. Использование центральных отводов сигнальных трансформаторов позволяет без взаимного влияния передавать питание по сигнальным парам, то есть передавать по одним и тем же проводникам и высокочастотные данные, и постоянное напряжение питания.
• Использование свободных пар для подачи питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100BASE-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.

Питающие устройства (инжекторы; англ. power sourcing equipment, сокр. PSE) отличаются по способу подключения питания, при этом питаемые устройства (сплиттеры; англ. powered device, сокр. PD) являются универсальными. Питаемые устройства должны проектироваться с возможностью приема питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель).

Важным является то обстоятельство, что питающее устройство подает питание в кабель только в том случае, если подключаемое устройство является устройством питаемого типа. Таким образом, оборудование, не поддерживающее технологию PoE и случайно подключенное к питающему устройству, не будет выведено из строя^[5]. Процедура подачи и отключения питания на кабель состоит из нескольких этапов.

Определение подключения

Этап определения подключения служит для определения, является ли подключенное на противоположном конце кабеля устройство питаемым (PD). На этом этапе питающее устройство (PSE) подает на кабель напряжение от 2,8 до 10 B и определяет параметры входного сопротивления подключаемого устройства. Для питаемого устройства это сопротивление составляет от 19 до 26,5 кОм с параллельно подключенным конденсатором ёмкостью от 0 до 150 нФ^[6]. Только после проверки соответствия параметров входного сопротивления для питаемого устройства, питающее устройство переходит к следующему этапу, в противном случае питающее устройство повторно, через промежуток времени не менее 2 мс, пытается определить подключение.

Классификация

После этапа определения подключения, питающее устройство может дополнительно выполнять этап классификации, определяя диапазон мощностей, потребляемых питаемым устройством, чтобы затем контролировать эту мощность. Каждому питаемому устройству в зависимости от заявленной потребляемой мощности будет присвоен класс от 0 до 4. Минимальный диапазон мощностей имеет класс 0. Класс 4 зарезервирован стандартом для дальнейшего развития. Питающее устройство может снять напряжение с кабеля, если питаемое устройство стало потреблять мощность больше объявленной во время классификации. Классификация выполняется путём введения в кабель питающим устройством напряжения от 14,5 до 20,5 В и измерения тока в линии.

Подача полного напряжения

После прохождения этапов определения и классификации питающее устройство подает в кабель напряжение 48 В с фронтом нарастания не быстрее 400 мс. После подачи полного напряжения на питаемое устройство, питающее устройство осуществляет контроль его работы двумя способами:

• если питаемое устройство в течение 400 мс будет потреблять ток меньше 5 мА, то питающее устройство снимает питание с кабеля;
• питающее устройство подает в кабель напряжение 1,9—5,0 В с частотой 500 Гц и вычисляет входное сопротивление; если это сопротивление будет больше 1980 кОм в течение 400 мс, питающее устройство снимает питание с кабеля.

Кроме того, питающее устройство непрерывно следит за током перегрузки. Если питаемое устройство будет потреблять ток более 400 мА в течение 75 мс, питающее устройство снимет питание с кабеля.

Отключение

Когда питающее устройство определяет, что питаемое устройство отключено от кабеля или произошла перегрузка потребляемого тока питаемым устройством, происходит снятие напряжение с кабеля за время не менее 500 мс.

Преимущества технологии PoE

Технология подачи электропитания через Ethernet — это привлекательный альтернативный способ электропитания сетевых устройств. Причем ее применение возможно как при организации новых сетей, так и при модернизации существующих. Чаще всего при модернизации сети требуется установка активного оборудования именно там, где нет поблизости источника питания и электрических розеток. Благодаря стандарту IEEE 802.3af появляется возможность установки оборудования в наиболее подходящих для этого местах, невзирая на отсутствие электропроводки. Например, можно установить Wi-Fi точку доступа в месте наилучшего приема сигнала, даже если там нет электрических розеток, или разместить IP-камеру в удобном для обзора месте. PoE позволяет не только существенно сэкономить на стоимости силовых кабелей и прочих компонентах, но и сократить время установки оборудования Ethernet.

Passive PoE

Альтернативное решение, называемое Passive PoE, в виде промежуточного комплекта адаптеров (инжектор и сплиттер), могут поддерживать только электрические характеристики соответствия стандарту 802.3af, но не протокольные. Passive PoE не совместим со стандартом IEEE 802.3af, тем не менее его используют многие компании, и об этом необходимо помнить при подключении устройства посредством PoE, так как маркировка такого оборудования также содержит указание на совместимость с PoE (например, Planet POE-100, D-Link DWL-P200).

Схема инжектора Passive PoE представлена в таблице.

Входная розетка		Выходная вилка
1	Tx+	Tx+	1
2	Tx−	Tx−	2
3	Rx+	Rx+	3
4	V+	—	4
5	V+	—	5
6	Rx−	Rx−	6
7	V−	—	7
8	V−	—	8

Особенности

Реализация схемотехники потребителя предусматривает два возможных варианта:

• С гальванической развязкой (импульсный трансформатор);
• С непосредственной связью (понижающий конвертер).

Использование второго типа допускается только в случае, если потребитель не имеет гальванически связанных интерфейсных разъёмов, таких как антенный соединитель, и не имеет гальванической связи с корпусом или внешними металлическими частями устройства (или используется непроводящий корпус).

Примечания

1. ↑ «802.3at Amendment 3: Data Terminal Equipment (DTE) Power via the Media Dependent Interface (MDI) Enhancements», September 11, 2009 
2. ↑ Amendment to IEEE 802.3 Standard Enhances Power Management and Increases Available Power. IEEE. Архивировано из первоисточника 17 октября 2012. Проверено 24 июня 2010.
3. ↑ В пункте 33.3.1 сказано: "PDs that simultaneously require power from both Mode A and Mode B are specifically not allowed by this standard."
4. ↑ 802.3at-2009 Power over Ethernet (PoE) Plus Standard Ratified. Архивировано из первоисточника 17 октября 2012. Проверено 24 июня 2010.
5. ↑ Фактически, никакое стандартное оборудование Ethernet, соответствующее спецификации 10BASE-T и новее, не может быть выведено из строя разностью потенциалов между парами, поскольку стандарт предусматривает обязательную гальваническую развязку. Развязывающие трансформаторы всех производителей тестируются напряжением 500-2000 Vrms
6. ↑ По данным на микросхему SI3402 указанные номиналы составляют 23,75—26,25 кОм и 50—120 нФ.

При использовании молниезащиты в системах с PoE следует учитывать совместимость защитных устройств с той или иной реализацией стандарта питания по Ethernet (в частности, дополнительная гальваническая развязка в ГЗУ естественным образом приводит к неработоспособности PoE, как и слишком низковольтные нелинейные элементы защиты). Уточняйте совместимость по спецификациям производителей грозозащитных устройств.

См. также

• Связь по ЛЭП
• Дистанционное питание

Ссылки

• Стандарт IEEE 802.3af (формат PDF, англ.)
• Статья на сайте BBC Article о Power over Ethernet (англ.)
• DSP Design’s Computer powered by PoE running embedded Windows XP