Strom über Ethernet

 

 

DIE EINFÜHRUNG VON POE

 

 

Power over Ethernet (PoE) ist eine Technologie, die die sichere Übertragung von Gleichstrom (DC)-Strom zusammen mit Daten über Standard-Netzwerkkabel ermöglicht. Sowohl die Daten als auch die Stromversorgung können sich die gleiche Leitung teilen und sind unabhängig und voneinander unbeeinflusst. Dieses Tutorial bietet einen umfassenden Überblick über die PoE-Technologie und beschreibt, wie Sie mit Glasfaserkabeln die Entfernungsbeschränkung von Kupfernetzwerkkabeln auf 100 Meter überwinden können.

 

 

DIE VORTEILE VON POE

 

 

Welche Vorteile bietet die Verwendung von PoE und warum sollte ein Netzwerkdesigner diese Technologie nutzen wollen?

PoE wird derzeit dort eingesetzt, wo der Zugang zu Wechselstrom (AC) unpraktisch, teuer oder nicht realisierbar ist. PoE kann Geräte mit Strom versorgen, die sich in Decken, auf Dächern, an Lichtmasten, entlang von Zäunen, Pipelines, Transitwegen und anderen abgelegenen Orten befinden. Die Kosten für die Stromversorgung jedes Geräts entfallen, indem die Geräte über das UTP-Kabel (Unshielded Twisted Pair) mit Strom versorgt werden.

 

Die PoE-Technologie bietet folgende Vorteile:

Flexibilität: Bewegen Sie Geräte einfach dorthin, wo ein LAN-Kabel hingehen kann; Installieren Sie Geräte dort, wo es schwierig ist, Strom zu bekommen. Einfachheit: Installieren Sie nur ein Ethernet-Kabel am Endgerät; Minimiert Kabelsalat und spart Platz. Sicherheit: Für Außenanwendungen ist kein Wechselstrom erforderlich; Es ist nicht erforderlich, die elektrischen Bauvorschriften einzuhalten. Kosteneinsparungen: Keine Notwendigkeit, Steckdosen zu installieren; Es ist nicht erforderlich, lizenzierte Elektriker zu beauftragen. Funktionalität: Endgeräte können aus der Ferne zurückgesetzt werden.

PoE ist auch grün. Im folgenden Auszug geht es um intelligente Gebäude und Energieeffizienz:

In einem intelligenten Gebäude kann ein IP-Netzwerk eine Reihe von „Plug-Load“-Geräten mit Power-over-Ethernet versorgen. PoE versorgt diese Geräte nicht nur mit Niederspannung statt mit Hochspannung, sondern, was noch wichtiger ist, bietet die Möglichkeit, die Stromversorgung des Geräts zu steuern. Das Ergebnis kann ein geringerer Stromverbrauch der Geräte, ein geringerer Stromverbrauch und ein umweltfreundlicheres Gebäude sein. Darüber hinaus reduziert PoE den Materialverbrauch und macht die Bereitstellung eines Stromkabels zum Gerät überflüssig.

 

Die meisten Befürworter gehen davon aus, dass PoE zu einem weltweiten, langfristigen Standard für die Gleichstromverkabelung wird und „Wandwarzen“-Konverter ersetzt, die schwer zu verwalten sind, Energie verschwenden, oft schlecht konzipiert sind und leicht anfällig für Schäden durch Überspannungen und Stromausfälle sind.

 

 

Kupferkabel und Anschlüsse

 

 

PoE nutzt Standard-Netzwerkkabel. Diese Netzwerkverkabelung wird als Ethernet-Kabel, Kupfer-Netzwerkkabel, Kabel der Kategorie 5 oder 6 und UTP-Kabel bezeichnet. Diese Verkabelung wird über einen RJ-45-Port mit einem Netzwerkgerät verbunden.

 

 

POE-GERÄTE

 

 

Power Sourcing Equipment (PSE) ist das Gerät, das Strom in ein PoE-Netzwerk liefert oder einspeist. Es gibt zwei Arten von PSE: Endspan und Midspan. Wie der Name schon sagt, befindet sich der Endspan am Ende eines Linksegments, während sich ein Midspan in der Mitte des Linksegments befindet.

 

Ein Powered Device (PD) ist ein Gerät, das Strom vom PSE bezieht. Ein Beispiel für ein PD ist ein Desktop-Voice-over-IP-Telefon (VoIP). In diesem Tutorial finden Sie viele Beispiele für PDs.

 

Ein Endspan-PoE-Switch ist ein Ethernet-Switch mit integrierten PoE-Funktionen, sodass sowohl Daten als auch Strom über das UTP-Kabel gesendet werden.

 

PoE-Endspan

 

Ein Midspan-PoE-Injektor ist typischerweise ein Gerät mit zwei Ports, das Strom an einem Punkt entlang der UTP-Verkabelung einspeist. Midspans werden zur Stromversorgung von PDs verwendet, die an Switches angeschlossen sind, die kein PoE bereitstellen. Der Midspan speist Gleichstrom in das Kabel ein und die Daten passieren den Injektor transparent. Bei den meisten Midspan-Injektoren gilt die 100-Meter-Entfernungsgrenze für die gesamte Spanne, vom Schalter bis zum PD.

 

PoE-Midspan

 

Hinweis: Ein gültiger PD (gemäß den IEEE-Standards) präsentiert dem PSE eine elektrische Signatur. Bevor das PSE Strom über die Leitungen sendet, sucht es nach dieser elektrischen Signatur. Wenn dies nicht der Fall ist, versorgt das PSE die Kabel NICHT mit Strom. Die PSE wird die Daten jedoch weiterhin versenden.

 

Zu den zugehörigen Geräten in Fiber-Mart gehören PoE-Medienkonverter und PoE-Switch.

 

 

IEEE POE-STANDARDS

 

 

Im Jahr 2003 ratifizierte das IEEE den PoE-Standard 802.3af, der bis zu 15,4 Watt Leistung für jeden Port zulässt. Ende 2009 ratifizierte das IEEE den 802.3at PoE-Standard, bekannt als PoE+. 802.3a t ist notwendig, da PD-Anbieter beginnen, Geräte zu produzieren, die mehr Leistung benötigen als die 15,4 Watt, die mit 802.3af verfügbar sind. Mit 802.3at können PDs mit bis zu 25,5 Watt betrieben werden. 802.3at ist abwärtskompatibel mit 802.3af. Wenn ein PSE „at“ und der PD „af“ ist, funktioniert es einwandfrei. Das PSE erkennt, dass das PD „af“ ist und gibt ihm nur so viel Leistung, wie es benötigt. Die umgekehrte Situation funktioniert jedoch nicht, wenn das PSE nur „af“ ist, kann es ein „at“ PD nicht mit Strom versorgen. Vor diesen Standards implementierten mehrere Gerätehersteller ihre eigenen proprietären Implementierungen von PoE. Der häufigste Typ ist das veraltete Cisco VoIP.

 

Hinweis: Obwohl das IEEE PoE- und PoE+-Leistungsstufen spezifiziert hat, gibt es nicht standardmäßige GeräteEs gibt viele Eissorten auf dem Markt, die Leistungspegel außerhalb der IEEE-Spezifikationen liefern.

 

Der von einem PSE bereitgestellte PoE- oder PoE+-Leistungspegel variiert je nach Leistungsbedarf des PD. Beispielsweise kann ein dem IEEE 802.3af-Standard entsprechendes PSE bis zu 15,4 Watt Leistung liefern. Wenn es sich bei dem PD jedoch um ein IP-Telefon handelt, das nur 6 Watt benötigt, liefert das PSE 6 Watt PoE.

 

 

IEEE PoE-Stromversorgungsoptionen über UTP-Kabel

 

 

PoE unterstützt vier Stromversorgungsoptionen unter Verwendung unterschiedlicher Kombinationen der acht Pins an einem Standard-RJ-45-Port, die mit vier Kabelpaaren in der UTP-Verkabelung verbunden sind.

 

Basierend auf dem IEEE-Standard: IEEE-Alternative A (Stromversorgung über Pins 1/2 und 3/6); IEEE-Alternative B (Stromversorgung an Pins 4/5 und 7/8).

 

Der IEEE-PoE-Standard spezifiziert zwei Modi zur Erkennung und Stromversorgung verschiedener Pins und Drähte: Alternative A oder Alternative B. Sowohl Alternative A als auch B unterstützen entweder Fast Ethernet oder Gigabit Ethernet sowie PoE oder PoE+.

 

Um den IEEE-Standards zu entsprechen, muss ein PD sowohl Alternative A als auch Alternative B unterstützen, während ein PSE entweder Alternative A oder Alternative B oder beide unterstützen kann.

 

Legende zu den folgenden schematischen Abbildungen:

 

PoE-Leitungen

 

10/100BASE-T-Alternative A: 10/100BASE-T-Alternative A speist den positiven Gleichstrom an den Pins 1 und 2 und den negativen Gleichstrom an den Pins 3 und 6 ein. Bei Fast Ethernet sind dies auch die Datenpaare, also die Daten und Strom nutzen die gleichen Leitungen. Die „Teilung“ des Kabels erfolgt mithilfe einer Technik namens „Phantomspeisung“, die ursprünglich als Methode zur Übertragung von Gleichstrom über Mikrofonkabel verwendet wurde, um Mikrofone zu betreiben, die aktive elektronische Schaltkreise enthalten.

 

PoE 10/100BASE-T A

 

10/100BASE-T-Alternative B: 10/100BASE-T-Alternative B legt den positiven Gleichstrom an die Pins 4 und 5 und den negativen Gleichstrom an die Pins 7 und 8. In Fast Ethernet sind dies die „Ersatz“-Paare, also die Elektrischer Strom teilt keine Leitungen mit Daten und es gibt keine Phantomspeisung.

 

PoE 10/100BASE-T B

 

1000BASE-T-Alternative A: IEEE 1000BASE-T-Alternative A legt den positiven Gleichstrom an die Pins 1 und 2 und den negativen Gleichstrom an die Pins 3 und 6. Bei Gigabit-Ethernet übertragen alle vier Paare Daten, daher ist immer Phantomspeisung erforderlich Gigabit-PoE.

 

PoE 1000BASE-T A

 

1000BASE-T-Alternative B: IEEE-Alternative B legt den positiven Gleichstrom an die Pins 4 und 5 und den negativen Gleichstrom an die Pins 7 und 8.

 

PoE 1000BASE-T B

 

Nicht standardbasiert: Legacy non-IEEE ist ein proprietärer Erkennungs- und Stromversorgungsmodus, den Cisco vor der Ratifizierung des 802.3af-Standards im Jahr 2003 implementiert hat. Dieser Modus verwendet die Pins 4/5 und 7/8 für die Gleichstromversorgung, die Polarität ist jedoch umgekehrt .

 

Die veraltete „Erkennung großer Kondensatoren“ ist sowohl für die alternative Stromversorgung A als auch B verfügbar. Bei älteren VoIP-Geräten ist die „Erkennung großer Kondensatoren“ typischerweise Alternative B (Stromversorgung an den Pins 4/5 und 7/8), aber die Erkennungsmethode entspricht nicht den IEEE-Standards. Stattdessen sucht das PSE am PD nach einer einzigartigen Signatur mit großer Kapazität. Wenn diese Signatur erkannt wird, wendet es Leistung gemäß Alternative B an.

 

 

POE- UND PoE+-BETRIEBENE GERÄTE

 

 

PoE und PoE+ ermöglichen die Stromversorgung verschiedenster Netzwerkgeräte.

 

802.3af-betriebene Geräte:

IP-Telefone: Voice-over-IP-Telefone (VoIP) sind in Unternehmen auf der ganzen Welt weit verbreitet und werden verwendet. Da es sich um Netzwerkgeräte handelt, nutzen sie PoE, um Strom und Sprachdaten über das Netzwerkkabel zu beziehen. Telepräsenz-Videotelefone und Videokonsolen: Videokonferenzterminals, die in Telepräsenz- und Telekonferenzanwendungen verwendet werden, können über PoE mit Strom versorgt werden und erfordern eine Konnektivität mit hoher Bandbreite. IP-Kameras: IP-Netzwerkkameras werden in Sicherheits-, Überwachungs- und Verkehrsüberwachungsanwendungen eingesetzt, bei denen die Kameras an hochgelegenen, schwer zugänglichen Orten installiert werden. IP-Kameras werden auch zur Qualitätssicherung in der Fertigung (Montagelinien, Papier- und Holzfabriken usw.) und in der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt. Diese Anwendungen können Hochgeschwindigkeitskameras mit hoher Auflösung nutzen, die Gigabit-Datenraten erfordern können. Drahtlose Geräte: Die Anwendungen und Bereitstellungen der drahtlosen Technologie nehmen zu. WLAN- und WAN-Zugangspunkte sowie WiMAX-Antennen werden in der Regel über PoE mit Strom versorgt, da sie in Decken und Dächern installiert sind. RFID-Netzwerke verwenden auch PoE-betriebene Zugangspunkte. Zutrittskontrollgeräte und Ausweislesegeräte: Hochsicherheitseinrichtungen wie Unternehmen, Krankenhäuser, Flughäfen und Militäreinrichtungen nutzen Türschloss- und Ausweislesesysteme, die an jeder Tür Strom benötigen, um den Gebäudezugang zu steuern und zu überwachen. IP-Uhren: PoE-IP-Uhren werden über das Ethernet-Kabel mit Strom versorgt, sodass keine Batterien oder Wechselstrom erforderlich sind. Alle Uhren werden mit einem SNTP-Server (Simple Network Time Protocol) synchronisiert, sodass die genaue und konsistente Zeit aller Uhren gewährleistet ist. IP-Uhren können auch Arbeitskosten sparen, indem sie sich nach einem Stromausfall automatisch zurücksetzen und an die Sommerzeit anpassen. Messaging- und Digital Signage-Systeme: LED-Schilder fungieren als Messaging-Systeme, die routinemäßige Ankündigungen wie Busfahrpläne, lokale Nachrichten oder Wetter-Feeds anzeigen. LCD Digital Signage kann t anzeigen