Power over Ethernet – что это и зачем нужно?

В последние годы термин Power over Ethernet (PoE) стал все более распространенным в мире сетевых технологий. Его можно встретить в характеристиках различных устройств, таких как IP-камеры, точки доступа Wi-Fi и VoIP-телефоны. Однако не все пользователи понимают, что именно стоит за этой аббревиатурой и какие преимущества она предлагает.

Что такое PoE?

По сути, PoE – это технология, позволяющая передавать как данные, так и электрическое питание через один и тот же кабель Ethernet. Это значительно упрощает процесс установки сетевых устройств, так как устраняет необходимость в дополнительных источниках питания. Например, если вы устанавливаете IP-камеру на улице или в труднодоступном месте, вам не нужно беспокоиться о прокладке отдельного кабеля для питания. Достаточно подключить камеру к сети через PoE-совместимый коммутатор или инжектор, и она будет получать как питание, так и данные.

Зачем нужно PoE?

1. Упрощение установки: Уменьшает количество кабелей, так как один кабель выполняет две функции — передачу данных и питания.
2. Гибкость размещения: Устройства можно устанавливать в местах, где нет доступа к электрической сети, что особенно важно для камер видеонаблюдения и точек доступа.
3. Снижение затрат: Сокращение расходов на электропроводку и установку, особенно в больших системах.
4. Централизованное управление: Позволяет управлять питанием устройств через сетевое оборудование, что упрощает мониторинг и обслуживание.

Впервые технические новшества, которые впоследствии стали называться Power over Ethernet, представила компания Cisco еще в 2000 году. Тогда данные решения позиционировались как средство против излишнего «шума» в работе систем VoIP-телефонии.

К 2003 году технологии РоЕ успели развиться настолько, что стали внедрятся единые стандарты, по которым разрабатывались устройства различных производителей. В сравнении с другими сетями и стандартами Ethernet, РоЕ имеет очень существенное преимущество – она позволяет подавать питание на устройство с помощью только лишь одного сетевого кабеля.

Сегодня под поддержкой РоЕ понимают весь спектр устройств, которые способны работать с данной технологией. Тем не менее, важно понимать, что существуют различия по категориям. В первую очередь нужно разделять питающие и питаемые устройства. Первые известны как Power Sourcing Equipment или PSE, к ним относятся инжекторы питания или коммутаторы, которые контролируют уровень напряжения в сетевом кабеле Ethernet. Питаемые устройства или же сплиттеры объединены общим названием Powered Device или PD. Именно они нуждаются в питании, которое подается по кабелю от PSE. Примерами сетевого оборудования, которое функционирует по описанной схеме, являются IP-телефоны, беспроводные точки доступа или IP-камеры.

О достоинствах РоЕ

Одним из главных достоинств PoE является его простота и удобство. Установка устройств становится быстрее и дешевле, так как сокращаются затраты на материалы и трудозатраты. Кроме того, PoE позволяет легко перемещать устройства или изменять их расположение без необходимости в сложной проводке.

Еще одним преимуществом является возможность централизованного управления питанием. Вы можете отключить или перезагрузить устройство удаленно, используя сетевое оборудование, что может быть особенно полезно для администраторов сетей.

• Как уже было описано выше, функция РоЕ предоставляет возможность эксплуатации сетевого кабеля, одновременно и для передачи данных, и для подачи электрического напряжения. При прокладке больших коммуникационных магистралей данная технология позволяет экономить километры кабеля, сокращая расходы в очень серьезных масштабах.
• Аналогичная ситуация при проектировании новых сетей или апгрейде существующих внутри зданий, имеющих проблемы с прокладкой линий электропитания.
• Используя функцию РоЕ, можно установить устройство в месте, где обеспечить ему подачу питания может быть затруднительно. К примеру, над навесным потолком в помещении.
• Помимо значительной экономии на прокладке кабелей, применение Power over Ethernet позволяет сократить использование электророзеток и других элементах энергосети.

Положительные стороны PoE:

1. Экономия на установке: Уменьшение затрат на материалы и трудозатраты при установке.
2. Удобство эксплуатации: Простота в добавлении и перемещении устройств без необходимости в электрика.
3. Увеличение надежности: Уменьшение количества соединений и, как следствие, снижение вероятности отказов.
4. Безопасность: PoE передает низкое напряжение, что снижает риск электрического удара.

Отрицательные стороны PoE:

1. Ограниченная мощность: Стандартные версии PoE могут ограничивать подачу энергии (например, PoE (802.3af) до 15.4 Вт на порт, PoE+ (802.3at) до 30 Вт), что может быть недостаточно для некоторых устройств.
2. Совместимость: Не все устройства поддерживают PoE, что может потребовать дополнительных адаптеров или инжекторов питания.
3. Потеря мощности на расстоянии: На больших расстояниях (более 100 метров) может происходить падение напряжения, что снижает эффективность.
4. Необходимость в специализированном оборудовании: Для реализации PoE требуется использование PoE-коммутаторов или инжекторов, что может увеличить стоимость системы.

Что такое PoE+ и для чего применяется

Существует несколько стандартов PoE, среди которых PoE и PoE+. Стандарт PoE (IEEE 802.3af) обеспечивает до 15,4 Вт на устройство, что достаточно для большинства базовых приложений. Однако с развитием технологий появилась необходимость в более мощных решениях, и был разработан стандарт PoE+ (IEEE 802.3at), который поддерживает до 30 Вт. Это позволяет подключать более требовательные устройства, такие как панорамные камеры, точки доступа с высокой мощностью и другие устройства, нуждающиеся в большом количестве энергии. Технологии РоЕ работают по ряду стандартов, каждый из которых имеет собственные нюансы. Самый последний стандарт – это IEEE 802.3at, который так же называют PoE+. Предыдущий же до него – 802.3af.

Суть PoE+ заключается в том, что по этому стандарту устройства-доноры, то есть подающие электропитание, получают возможность увеличить мощность напряжения сети вдвое. Оба стандарта не пересекаются в рабочей площади. Это означает, что PSE, работающие с поддержкой PoE+, подают питание на PD, работающие как с PoE+, так и с PoE. Однако PSE предыдущего стандарта (802.3af), подавать питание на PD с PoE+ не в состоянии, так как последние нуждаются в большем напряжении.

О мощности напряжения при работе с PoE

При использовании PoE важно учитывать мощность, необходимую для работы подключаемого устройства. Как упоминалось ранее, стандарт PoE обеспечивает до 15,4 Вт, а PoE+ – до 30 Вт. Однако стоит помнить, что реальная мощность, которую устройство может получить, будет немного ниже, из-за потерь на кабеле и других факторов. Поэтому перед покупкой оборудования всегда стоит проверять его потребление и соответствие стандартам PoE. Сетевое оборудование, работающее с поддержкой PoE, обеспечивает мощность до 15,4 Вт на один порт. Устройства, поддерживающие PoE+, способны гарантировать показатель до 30 Вт на порт.

Стоит учитывать, что в процессе передачи небольшой процент мощности будет теряться, это напрямую зависит о длины кабеля Ethernet, по которому подается напряжение. Поэтому считается, что минимальная мощность, которая гарантировано будет получена устройствами PD по стандарту PoE+ составляет 25,5 Вт, а по PoE — 12,95 Вт. Большая часть сетевого оборудование, которое подает питание на остальные устройства, не имеет значительной общей энергомощности , чтобы обеспечить все порты с PoE максимальным напряжением. Однако большинству пользователей это не и не нужно. При планировании сети с работой по стандартам Power over Ethernet необходимо подсчитывать мощность устройства PSE и суммарную потребляемую мощность всех агрегатов PD, которые будут к нему подключены.

Классы PoE

Существует несколько классов PoE, которые помогают определить, сколько энергии может быть передано через кабель. Классы варьируются от 0 до 4, где класс 0 соответствует минимальным требованиям (до 15,4 Вт), а класс 4 – максимальным (до 60 Вт). Это деление позволяет более эффективно распределять мощность между устройствами и оптимизировать использование ресурсов сети. В зависимости от уровня потребляемой мощности устройства PD, то есть те, которые потребляют питание, делятся на условные классы. В момент, когда потребляющий аппарат подключается к подающему ток агрегату PSE, последний должен установить класс PD и, таким образом, определить, напряжение какой мощности следует на него подать.

• Большинство устройств работают в пределах 1, 2 и 3 классов – это, соответственно, минимальная, низкая и средняя мощность.
• Устройства класса 4 требуют повышенной мощности, поэтому, как правило, работают только по стандарту PoE+ соответствующими устройствами PSE.
• В случае, если производитель устройства не конкретизирует определенный класс, его автоматически относят к классу 0. Агрегаты PSE, определяя данный класс, в подавляющем большинстве случаев подают на него питание мощности, соответствующей устройствам класса 3. Причем даже в том случае, если устройству столько мощности вовсе не требуется.

Продвинутые коммутаторы , работающие с поддержкой PoE+, устанавливают максимальный показатель потребляемой мощности независимо от класса устройства PD. Также они подают необходимый уровень энергопитания на сетевое оборудование, позволяя пользователю самостоятельно предельную мощность. Таким образом предотвращается излишний расход напряжения.

Совместимы ли PoE - устройства с остальными, которые не поддерживают эту функцию?

Устройства, которые не работают по стандарту PoE, вполне могут сосуществовать с поддерживающими данную технологию в рамках одной сети. Конечно же, тут следует учитывать определенные нюансы при проектировке. Сетевое оборудование без PoE физически не в состоянии подавать какое-либо питание на устройства PD или же принимать его от PSE. Поэтому необходимо обеспечить отдельные источники питания для таких устройств. Проще говоря, ваша сеть будет разбита на определенные сегменты, где в одних по сетевым кабелям будет идти питание, а в других – нет.

Методы подачи электрического питания в сеть Ethernet

Существует несколько способов подачи энергопитания в сетевую линию:

• коммутатор, подающий нужное напряжение напрямую в сеть;
• между коммутатором и кроссом размещается инжектор питания;
• устанавливается кросс, который сам подает напряжение в сеть;
• или же инжектор питания, работающий на одной линии, доставляющий электричество на РоЕ-совместимое оборудование внутри сетей, не поддерживающих РоЕ.

Для работы по технологии PoE применяются исключительно физические свойства Ethernet. Канал передачи данных при этом никак не затрагивается.

• На обоих концах сетевой линии устанавливаются высокочастотные трансформаторы. Предусматривается центральный отвод от их обмоток. На центральные отводы вторичных обмоток обеспечивается поддерживаемый уровень постоянного напряжения. На принимающей стороне этот уровень снимается так же с центральных отводов. Такой метод позволяет подавать по одной паре проводников и поток данных, и стабильное энергопитание без взаимных искажений.
• В другой схеме предусматривается использование свободных пар внутри сетевого кабеля. Проводник Ethernet стандарта 100Base-TX имеет четыре пары, две из которых мы вполне можем использовать под подачу питания.

Таким образом, существует два полноценных метода передачи электрического тока по кабелю витая пара – по свободным парам проводников, или же по активным, которые в текущем режиме передают информацию.

В заключение, Power over Ethernet – это полезная и удобная технология, которая значительно упрощает процесс установки и эксплуатации сетевых устройств. Понимание ее принципов и возможностей поможет вам более эффективно использовать PoE в своих проектах и обеспечивать стабильную работу вашей сети.