Power-over-Ethernet

Power over Ethernet, или 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, Web-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.

Power over Ethernet стандартизирована по стандарту IEEE 802.3af-2003. Существует несколько вариантов этой технологии, предшествующих данному стандарту, но они мало распространены.

Согласно стандарту IEEE 802.3af-2003 (см. 802.3-2005) обеспечивается постоянный ток с номинальным напряжением 48 В (мин = 36 В, макс = 57 В) через две пары проводников в четырёхпарном кабеле, с максимальным током 400 мА для обеспечения максимальной мощности 12,95 Вт. Стандарт определяет 5 классов устройств, питаемых по PoE: 0-4. Каждому классу соответствуют свои параметры мощности и тока. Наиболее распространён 1-ый класс. Для него входной ток равен 120 мА, а мощность может варьироваться от 0,44 до 3,84 Вт. 4-ый класс не используется и зарезервирован на будущее.

Технология использует фантомное питание для передачи электропитания. Данные в стандартах Ethernet передаются как разность потенциалов между проводниками в одной паре (например, между проводами 1 и 2 или 3 и 6). Подача питающего напряжения осуществляется как разность потенциалов между парами проводников (например, между парами 1-2 и 3-6)

Стандарт не определяет, по каким парам должно подаваться питание, а также его полярность, поэтому устройства, рассчитанные на получение питание PoE, должны быть рассчитаны на использование пар 12-36 или 45-78 для получения, а правильную полярность получать с помощью диодного моста. Эта технология работает с существующей кабельной системой, включая кабели категории 5 без необходимости внесения каких-либо модификаций в существующую СКС.

История

2023: Представлен интернет-кабель с рекордной скоростью передачи данных — 5 Гбит/с

4 декабря 2023 года южнокорейская промышленная корпорация LS Cable & System сообщила о разработке нового кабеля Power over Ethernet (PoE) с самой высокой в мире пропускной способностью, достигающей 5 Гбит/с. Изделие под названием SimpleWide 2.0 может применяться для подключения камер видеонаблюдения, аудиовизуального оборудования, цифровых табло и пр. Подробнее здесь.

Оборудование PoE и принцип работы

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

• Использование 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 по одной паре проводов и высокочастотные данные и постоянное напряжение питания.

• Использование свободных пар для подключения питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100Base-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.
  

Соответственно, есть два варианта подачи питания устройством PSE:

• A — на витые пары по которым идут данные
  * B — на неиспользуемые пары в кабеле
  

PSE-устройства (инжекторы) отличаются, в зависимости от вариантов А или В, при этом сплиттеры, то есть PD-устройства, являются универсальными. Устройство PD обязано уметь принимать питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель типа компьютер — компьютер). Важным является то обстоятельство, что устройство PSE подает питание в кабель только в том случае, если подключаемое устройство является устройством типа PD. Таким образом, оборудование, не поддерживающее стандарт PoE и случайно подключенное к устройству PSE, не будет выведено из строя. Фактически, никакое стандартное оборудование Ethernet, начиная со спецификации 10Base-T, не может быть выведено из строя определённой разностью потенциалов между парами, поскольку стандарт предусматривает обязательную гальваническую развязку. Процедура подачи и отключения питания на кабель состоит из нескольких этапов. Дмитрий Бородачев, DатаРу Облако: Наше преимущество — мультивендорная модель предоставления облачных услуг

Этап определения подключения

Этап определения подключения служит для того чтобы определить, является ли устройство, подключенное на противоположном конце кабеля устройством типа PD. На этом этапе устройство PSE подает на кабель напряжение от 2,8 до 10 B и определяет параметры входного сопротивления подключаемого устройства. Для устройства PD — это сопротивление от 19 до 26,5 кОм с параллельно подключенным конденсатором емкостью от 0 до 150 нФ. Только после проверки соответствия параметров входного сопротивления для устройства PD, устройство PSE переходит к следующему этапу — этапу классификации, в противном случае PSE повторно, через время не менее 2 мс, переходит к этапу «определения подключения».

Этап классификации

После этапа определения подключения, устройство PSE может дополнительно выполнять этап классификации. Этап классификации служит для определения диапазона мощности, которую может потреблять устройство PD, чтобы затем контролировать эту мощность. Каждому устройству PD в зависимости от заявленной потребляемой мощности будет присвоен класс от 0 до 4. Максимальный диапазон мощностей имеет класс 0. Класс 4 зарезервирован стандартом для дальнейшего развития. Устройство PSE может снять напряжение с кабеля, если устройство PD стало потреблять мощность большую, чем ту, которую объявило во время этапа классификации. Классификация выполняется путём введения в кабель устройством PSE напряжения от 14,5 В до 20,5 В и измерения тока в линии.

Этап подачи полного напряжения

После прохождения этапов определения и классификации устройство PSE подает в кабель напряжение 48 В с фронтом нарастания не быстрее, чем 400 мс. После подачи полного напряжения на устройство PD, устройство PSE осуществляет контроль за его работой двумя способами.

1) Если устройство PD в течение 400 мс будет потреблять ток меньше 5 мА, то устройство PSE снимает питание с кабеля.

2) Устройство PSE подает в кабель напряжение частотой 500 Гц амплитудой 1,9 — 5,0 В и вычисляет входное сопротивление. Если это сопротивление будет больше, чем 1980 кОм в течение 400 мс, то устройство PSE снимает питание с кабеля.

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

Этап отключения

Когда устройство PSE определит, что устройство PD отключено от кабеля или произошла перегрузка потребляемого тока устройством PD, происходит снятие напряжение с кабеля за время не меньше, чем 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.