Какое напряжение в сетевом кабеле? - VITC33.RU

Какое напряжение в сетевом кабеле?

Знакомимся с функцией POE — питание сетевого оборудования по LAN кабелю на примере точки доступа Level One WAP-0009

Введение

Сегодня мы познакомимся с очень простой сетевой технологией, которая может существенно облегчить установку сетевого оборудования в офисе или на предприятии. Технология POE (Power Over Ethernet), которая позволяет запитывать сетевое оборудование по сетевому кабелю, избавляя пользователей от необходимости устанавливать электрические розетки там, где это неудобно и использовать громоздкие блоки питания.

Преимущества технологии POE

Устанавливая в офисе точку доступа Wi-Fi, сетевую камеру или маршрутизатор, вы вынуждены учитывать, где установлена ближайшая электрическая розетка, чтобы подключить к ней блок питания устройства. Зачастую это ограничивает ваши возможности, и если для достижения лучшего уровня сигнала Wi-Fi вы захотите поставить точку доступа под потолком, вы можете столкнуться с проблемой выбора — либо прокладывать электропроводку и устанавливать под потолком розетку, либо ставить точку доступа в более удобном месте, пожертвовав качеством сигнала.

А если вы занимаетесь установкой стевого оборудования в труднодоступных местах (например, под крышей ангара, на чердаке и т.д.), то стоимость электропроводки и установки розеток может показаться просто заоблачной. Чтобы решить эту проблему, был создан новый стандарт IEEE 802.3AF, позволяющий передавать по сетям Ethernet не только данные, но и электрический ток. Таким образом, цель этого стандарта — обеспечить питанием периферийные устройства, используя сигнальные линии. Если кто-то из вас помнит о передаче данных по сетям электроснабжения, то вот IEEE 802.3AF — это в точности наоборот. Стандарт IEEE 802.3AF подразумевает использование уже имеющихся сигнальных линий, а значит можно использовать любые стандарты витой пары — 10Base-T, 100Base-TX, 100Base-T. Для работы устройств достаточно и существующих кабельных систем третьей и пятой категории. В отличие от сетей электроснабжения, где питание распределяется на все электроприёмники, в случае со стандартом POE, питание подаётся индивидуально каждому устройству.

Напряжение. Всё компьютерное оборудование питается от постоянного тока, поэтому нет смысла передавать по RJ45 220В переменного тока. Стандарт 802.3af подразумевает передачу по витой паре постоянного тока напряжением от 44 В до 57 В (номинал — 48 В). Выбор именно такого значения напряжения обосновывается тем, что оно может подаваться на витые пары структурированной проводки любой категории без ограничений по продолжительности. Немаловажно и то, что в условиях офиса указанное напряжение не опасно для жизни пользователя. Максимальный постоянный ток, который может протекать по одному проводнику витой пары линейного и шнурового кабелей СКС вне зависимости от формы его исполнения и категории, ограничен действующими стандартами в пределах 175 мА. Для удвоения этой величины без нарушения технических условий производителя для передачи тока питания в одном направлении одновременно задействуются оба проводника пары, которые параллельно подключаются к соответствующему полюсу источника и потребителя. Таким образом, по одному кабелю может передаваться ток величиной до 350 мА. Итого, мощность POE устройства может достигать 16 Вт, более чем достаточно!

Расстояние, на которое может передаваться напряжение в стандарте IEEE 802.3af, составляет 100 метров.

Благодаря автоматическому измерению сопротивления, сетевые устройства ещё до подачи напряжения определяют, какое именно напряжение потребуется приёмнику и поддерживает ли приёмник технологию POE вообще. Таким образом, исключается повреждение устройств, не поддерживающих IEEE 802.3af.

Сейчас сетевые устройства только начинают обзаводиться поддержкой IEEE 802.3af, и для питания оборудования по витой паре используются три типа POE-устройств.

POE инжектор. Устройство, которое передаёт в сигнальные кабели электрическую мощность. POE инжектор может быть встроен в сетевое оборудование, например, в маршрутизатор, а может представлять собой отдельное устройство. В последнем случае, оно подключается в разрез кабеля RJ45 и к электрической розетке. Получается, что на входе POE инжектор имеет только данные, а на выходе — данные и электрическое напряжение.

POE сплиттер. Устройство, обратное инжектору по своему назначению. Сплиттер подключается к POE сети, в которой по сигнальному проводу передаётся ещё и электрическая мощность, и выделяет из неё отдельно электрическую составляющую, а отдельно — сигнальную. То есть, на входе у него стандартный сетевой RJ45 порт, а на выходе — RJ45 и разъём питания. Сплиттер используется для питания в IEEE 802.3af сетях устройств, не поддерживающих этот стандарт. То есть, чтобы запитать от Ethernet старенький роутер или сетевую камеру.

Сетевое устройство, с питанием от POE. Собственно, это может быть сетевая камера, роутер, сетевой винчестер, коммутатор и т.д., поддерживающий POE. Как правило, такие устройства поставляются без блоков питания, благодаря чему достигается экономия при покупке и доставке оборудования.

В общем-то, схема построения POE сети выглядит следующим образом:

На схеме показан обычный коммутатор, от которого отходят сигнальные линии синего цвета. С помощью двух POI инжекторов Level One POI-2000 в сигнальную линию добавляется электрическая мощность. В верхней части схемы через POE сеть запитывается сетевая камера, не поддерживающая интерфейс IEEE 802.3af. Поэтому перед ней устанавливается сплиттер POS-1000. В нижней части схемы к POE сети подключена точка доступа, поддерживающая POE, поэтому дополнительный сплиттер ей не нужен.

Ну что же, пришло время ближе познакомиться с POE устройствами.

Точка доступа Level One WAP-0009 и POE-инжектор Level One POI-2000

Рассмотрим работу POE-оборудования на примере точки доступа Level One WAP-0009. Это точка доступа SOHO-класса для использования в доме или малом офисе. Level One WAP-0009 поддерживает стандарты беспроводной связи IEEE 802.11b/g и может обеспечивать скорость соединения по Wi-Fi до 54 Мбит/с.

Характеристики Level One WAP-0009

Стандарт IEEE 802.11b/g

Частота 2.400 — 2.4835 ГГц

Скорость передачи данных:

до 54 Мбит/с (6/9/12/18/24/36/48/54) в сетях 802.11g

до 11 Мбит/с (1/2/5.5/11) в сетях 802.11b

WPA2 (AES Encryption)

Контроль по MAC адресу

Сигнал передатчика 18 дБ

Один сетевой порт 10/100 Mbps Auto-MDIX RJ45 с поддержкой функции POE

Размеры 127x96x30 мм

Эта точка доступа интересна ещё и тем, что она поддерживает протоколы WPA2 и WEP 128-bit, а так же режим работы Bridge и фильтрацию по MAC-адресу. Что интересно, Level One WAP-0009 поставляется без блока питания, но его можно купить отдельно, если вы не захотите использовать PoE сети.

Точка доступа WAP-0009 имеет серебристый корпус, выполненный в дизайне, характерном для всей линейки сетевого оборудования Level One. На лицевой стороне расположены индикаторы PWR, WLAN и LAN.

С обратной стороны корпуса установлены гнездо питания — если ваша сеть не будет поддерживать PoE, можете подобрать блок питания для точки доступа на рынке. Точка доступа имеет только один сетевой порт RJ45, как видите, он точно такой же, как и на другом сетевом оборудовании. технология PoE не вносит изменения в конструктив порта. Слева от антенны в углублении находится кнопка «Reset».

Для работы сетевой точки доступа WAP-0009 нам потребуется PoE инжектор Level One POI-2000.

Это низкоуровневое устройство, которое не требует установки драйверов. Оно подключается в разрез сетевого кабеля и к розетке питания 110-220 В. На входе инжектор имеет обычный Ethernet, а на выходе уже сигнал, интегрированный с питанием.

Заключение

Технология PoE задумывалась как раз для того, чтобы дать возможность сэкономить при прокладке сетей в домах и офисах. Но как это часто бывает, цена на новинки оказывается выше, чем ожидалось. И пока рынок только заполняется оборудованием с поддержкой PoE, вполне возможны ситуации, когда за поддержку PoE продавцы запросят дополнительные деньги, несмотря на то, что они экономят на блоках питания. Не дайте ввести себя в заблуждение — питание через Ethernet будет таким же обычным явлением, как питание дисковых телефонов от телефонной розетки, и со временем сети Ethernet будут модернизированы этой функцией. А ведь никаких тормозящих факторов для неё нет — полная совместимость сетей со старыми устройствами, автоматическая настройка питания, безопасное напряжение и низкая стоимость.

Если вы только планируете устанавливать локальную сеть у себя в квартире, в доме или офисе, то начните поиск сетевого оборудования с устройств, поддерживающих PoE.

Мы благодарим компанию «SVEGA Computer», официального дистрибьютора Level One в России за предоставленное оборудование.

Михаил Дегтярёв (aka LIKE OFF)
5/03.2007

Физика Ethernet для самых маленьких

  • Что такое домен коллизий?
  • Сколько пар используется для Ethernet и почему?
  • По каким парам идет прием, а по каким передача?
  • Что ограничивает длину сегмента сети?
  • Почему кадр не может быть меньше определенной величины?

Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Читайте также  Какое давление выдерживает водонагреватель?

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра


Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

  • 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
  • 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
  • Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
  • Возможность использовать технологию Power over ethernet

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше — больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.

О технологии PoE простыми словами

Технология PoE (Power-over-Ethernet) была создана для IP-телефонии, точек доступа, IP-камер и других устройств, к которым нежелательно проводить отдельный питающий кабель. На качество передачи данных технология PoE влияния не оказывает, используется потенциал уровня Ethernet, то есть сетевых кабелей.

Важно понимать, что питающее устройство (например, PoE маршрутизатор) подает питание в кабель только в том случае, если подключенное устройство (например, IP камера ) поддерживает технологию PoE. Как это происходит?

1) Вначале производится проверка: является ли подключенное устройство питаемым (PD). На него подается напряжение от 2,8 до 10 B, определяется входное сопротивление подключаемого устройства. Если параметры соответствуют требуемым, питающее устройство переходит к следующему этапу.

2) Питающее устройство определяет потребляемую мощность подключенного девайса, для последующего управления этой мощностью. В зависимости от мощности, устройствам присваивается класс: от 0 до 4.

Читайте также  Как уменьшить расход газа в котле?
Класс Вт на порт PoE Вт на устройство
15,4 от 0,44 до 12,95
1 4,5 от 0,44 до 3,84
2 7 от 3,84 до 6,49
3 15,4 от 6,49 до 12,95
4 30 от 12,95 до 25,5

После того, как устройство классифицировано, на него подается напряжение 48В с фронтом нарастания не более 400 мс., и питающее устройство приступаетет в контролю его работы:

1) Если устройство будет потреблять ток менее 5 мА в течении 400Мс, то подача питания прекращается;
2) Если сопротивление подключенного устройства будет больше 1980 кОм в течение 400 мс, подача питания прекращается.
3) Если потребление тока превысит 400 мА в течение 75 мс, подача питания прекращается.

Всего существует 3 стандарта PoE, чем они отличаются?

1. PoE — IEEE 802.3af

  • Первое поколение PoE (стандарт IEEE 802.3af) обеспечивает питание до 15,4 Вт постоянного тока для каждого подключенного устройства.

2. PoE+ — IEEE 802.3at

  • Следующий стандарт IEEE 802.3at, обеспечивает питание до 30 Вт для каждого устройства. Таким образом PoE+ способен обеспечить питанием более мощные устройства, например камеры видеонаблюдения Pan-Tilt-Zoom (PTZ) и высокопроизводительные беспроводные точки доступа 11n.

Отличия стандарта PoE от PoE+

Способ передачи питания PoE PoE+
Диапазон напряжения постоянного тока на питаемом устройстве от 36 до 57 V (номинальное 48V) от 42,5 до 57 V
Диапазон напряжения, выдаваемого источником от 44 до 57 V от 50 до 57 V
Максимальная мощность PoE-источника 15,4 Вт 30 Вт
Максимальная мощность, получаемая PoE-потребителем 12,95 Вт 25,50 Вт
Максимальный ток 350 mA 600 mA
Максимальное сопротивление кабеля 20 Ом (для cat.3) 12,5 Ом (для cat.5)
Классы питания 0-3 0-4

3. IEEE 802.3bt

  • В настоящее время разработан новый стандарт IEEE 802.3bt, эта технология позволяет запитать устройства мощностью до 51 Вт по одному кабелю, в этом случае используются все четыре пары кабеля категории 5. Использование незадействованных ранее пар проводов для подачи электропитания увеличивает эффективность и мощность без каких-либо дополнительных расходов на кабели.

Type 2: Класс PoE 4:

POE стандарт IEEE 802.3af распиновка:

Требования по питанию для PoE устройств:

Параметр Мин Макс
Сопротивление, кОм 23.75 26.25
Время запуска (> 10 мА), мс 300
Потребляемая мощность, Вт 12.95
Диапазон входного напряжения, В 36 57
Вкл. напряжения, В 44
Откл. напряжения, В 30 В
Входной ток (@ 36VDC), мА 10 350
Входной ток, Пик, мА 400

Passive PoE

Как же быть, если в вашу инфраструктуру требуется подключить устройства без поддержки PoE? В таких случаях используется технология Passive PoE. Ее особенность в том, что источник питания не опрашивает подключенное устройство и не согласовывает его мощность. Питание просто подается по по свободным проводникам витой пары при помощи PoE сплиттера.

PoE-сплиттер разделяет поступающий по витой паре сигнал на данные и питание (12В-24В). Таким образом становится возможным подать питание и интегрировать в существующую инфраструктуру устройство без поддержки PoE.

PoE-сплиттер

При данном способе подключения необходимо тщательно подбирать мощность источника питания, и его потребителя.

PoE инжектор

Существует два вида устройств — PoE сплиттеры и PoE инжекторы. Со сплиттером мы разобрались, а как работает PoE инжектор?

На примере. Представим, что в вашей инфраструктуре используется коммутатор без поддержки PoE, сетевой кабель передает только данные.

Как подключить и подать питание по витой паре на устройства с поддержкой этой технологии в такую систему? Как раз в таких случаях и используется PoE инжектор, который служит для подачи в сетевой кабель электрического напряжения.

PoE инжектор подключается и к RJ45, и к источнику питания. В итоге, на входе PoE инжектор получает данные, а на выходе — и данные, и электрическое напряжение, которое может использоваться для подключения устройств с поддержкой этой технологии.

PoE адаптер

Это AC-DC преобразователь со встроенным сплиттером и стабилизатором на выходе. PoE адаптер не использует фантомное питание а использует свободные пары (что означает невозможность использования гигабитных портов, невозможность использования двухпарных кабелей, невозможность расшаривания кабеля). Отличие от сплиттера только в том, что адаптер, за счет повышения напряжения, поддерживает длину линии до 100м на номинальной мощности и активирует схему питания через PoE. Не факт что заработает оборудование, которое питается по стандарту PoE-B. То есть использует для питания и передачи данных те же 1, 2, 3, 6 контакты.

Требование к кабелю

  • Требуется четырехпарная витая пара категории не ниже cat.5e;
  • Витая пара должна быть медная, а не омедненная;
  • Толщина проводников не менее 0,51 мм (24 AWG);
  • сопротивление в проводниках должно быть не выше 9,38 Ом/100 м (если больше, то будет большая потеря мощности).

Стандарты 802.3af и 802.3at говорят о длине витой пары для PoE равной 100м. Но на практике рекомендованная максимальная длина кабеля не должна больше 75м. При использовании Passive PoE, длина кабеля должна быть не более 60м.

Таким образом технология PoE обладает широкими коммуникационными возможностями, позволяющими создавать сети с устройствами разного типа и предназначения. Инсталляционные затраты на системы PoE как правило гораздо ниже, чем расходы на организацию традиционных силовых распределительных систем.

Ток по кабелю Ethernet

Power-over-LAN обеспечивает независимое питание сетевых устройств.

IP-телефоны, точки доступа беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN) и прочие сетевые компоненты до сих пор оснащаются отдельными блоками питания. При инсталляции оборудования в местах, где розетки не установлены, приходится проводить дорогостоящие работы по прокладке электропроводки, а обеспечить питанием каждый отдельно взятый компонент в аварийных ситуациях можно только путем сравнительно высоких затрат. Технология передачи электроэнергии по локальной сети (Power-over-LAN) призвана содействовать преодолению подобных трудностей и позволяет осуществлять интегрированную передачу данных, речи и электрического тока через сеть. Концепция, стоящая за этим, достаточно проста: соединенные в сеть компоненты, например точки доступа беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN), камеры Web или коммутаторы, получают ток по стандартному кабелю Ethernet. Преимуществами такого подхода являются повышенная надежность подключенных компонентов, а также снижение затрат на эксплуатацию инфраструктуры. Наряду с применением на предприятии, возможности технологии можно использовать для обеспечения доступа в Internet в самолетах, поездах или в общественных местах («горячие точки») — в аэропортах, театрах или конференц-залах. Тем самым Power-over-LAN могла бы стать универсальным стандартом электропитания для мобильных пользователей.

СТАНДАРТ IEEE802.3AF

В 1999 г. в Институте инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) была создана группа разработчиков, перед которой стояла задача стандартизации применения технологии электропитания по сетям Ethernet. Сегодня Power-over-Ethernet является самой распространенной спецификацией для передачи данных в сетях. Рабочая группа под названием 802.3af (питание DTE через MDI) была подчинена специальной группе IEEE 802.3, отвечавшей в свое время за утверждение спецификации Ethernet. Проект документа IEEE 802.3 содержит подробную информацию о разработке электропитающих компонентов Ethernet. Окончательная ратификация, правда, пока отсутствует.

Siemens, 3Com, Nortel, Avaya, Cisco, Alcatel и Mitel активно применяют Power-over-LAN и уже начали выпуск IP-телефонов с поддержкой этой технологии. Некоторые из устройств, где до сих пор используются нестандартные технологии, вскоре должны быть приведены в полное соответствие со стандартом 802.3af. Конфликты между компонентами на базе устаревших стандартов и 802.3аf-совместимыми IP-телефонами можно, таким образом, исключить. Информацию о совместимости устройств в случае смешанной эксплуатации можно получить у производителя.

В инфраструктуре локальной сети каждая из подключенных к сети систем снабжается электропитанием отдельно от остальных. Чем больше компонентов подключено к сети, тем выше будет стоимость дополнительной проводки. Более того, сетевые компоненты иной раз приходится размещать в местах, где поблизости нет ни одной розетки. Так, например, точки доступа беспроводной локальной сети часто располагаются на потолке, а камеры Web устанавливаются в большинстве случаев под специальными углами или на определенной высоте в стороне от розеток. Устройства считывания магнитных карт перед дверьми или въездом на какую-либо территорию также лишь в очень редких случаях находятся рядом с источниками питания.

Непрерывную работу оборудования обеспечивает источник бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply, UPS). До сих пор в подобных случаях каждый компонент обычно снабжался отдельным источником, а в качестве альтернативы инсталлировалась сеть переменного тока. Технология Power-over-LAN позволяет параллельно с сетью передачи данных сформировать топологию «точка — много точек» для подачи электрического тока. Эта конфигурация позволяет ограничиться единственной централизованной системой бесперебойного питания для всех подключенных к сети компонентов.

Технология электропитания по локальной сети позволяет одновременно передавать данные и ток, при этом целостность данных никоим образом не нарушается. Имеющиеся унаследованные системы, локально снабжаемые током компоненты Ethernet или сетевая проводка также не подвергаются опасности. Более того, для использования технологии Power-over-LAN изменение уже существующей кабельной инфраструктуры вовсе не обязательно. Все прежние компоненты Ethernet могут работать в сети наряду с системами, соответствующими новому стандарту Power-over-LAN. Это достигается благодаря интегрированному на каждом питающем порту механизму обнаружения компонентов с поддержкой Power-over-LAN, в функции которого входит однозначная классификация всех подключенных конечных устройств. Таким образом, ток получают только сетевые компоненты с аутентифицированной сигнатурой Power-over-LAN, а все остальные системы, соответственно, только данные.

Рисунок 1. Технология питания по локальной сети (Power-over-LAN) позволяет интегрировать передачу данных, речи и тока в сети Ethernet.
Нет необходимости в устройствах 1-4: 1-Отдельный ИБП, 2-Розетка, 3-Адаптер AC/DC/, 4-Электросеть;
5-Информационная розетка, 6-IP-телефон, 7-Интегрированный модуль, 8-Вспомогательное решение, 9-Коммутатор Ethernet

СМЕШАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОМПОНЕНТОВ POWER-OVER-LAN

Номинальное напряжение подаваемого по сети постоянного тока достигает 48 В. Сила подаваемого на каждый узел сети тока ограничена величиной 350 мА и соответствует действующему стандарту безопасности и предъявляемым к проводке требованиям. Тем самым общая потребляемая мощность тока достигает приблизительно 13 Вт и может быть измерена на каждом узле сети. При этом в расчет уже принята имеющая место утечка тока в кабеле длиной до 100 м. Беспроводные же локальные вычислительные сети и камеры Web потребляют, как правило, от 3,5 до 9 Вт.

Стандарт 802.3af предусматривает установку двух типов оборудования подачи энергии (Power Sourcing Equipment, PSE): самостоятельных (End-Span) и вспомогательных (Mid-Span). Самостоятельными продуктами являются коммутаторами Ethernet с интегрированной технологией подачи питания через локальную сеть. В случае вспомогательных компонентов речь идет в основном о концентраторах Power-over-LAN с количеством портов от шести до 24. Они устанавливаются между коммутатором Ethernet и конечными устройствами: точками доступа WLAN или Bluetooth, телефонами для передачи голоса по IP (Voice over IP, VoIP) или камерами Web. Каждый канал передачи вспомогательного устройства обладает одним портом для входа данных и комбинированным выходом RJ-45 для данных и тока.

Вспомогательные продукты служат для расширения сети без замены имеющихся коммутаторов. Кроме того, с их помощью организуют сети с небольшой плотностью портов Power-over-LAN. Такие производители, как 3Com, Avaya, Nortel, Ericsson, Powerdsine, Siemens, Mitel, NED, Proxim, Symbol, Compaq и Intermec, уже сегодня предлагают подобные продукты. Типичный вспомогательный компонент занимает не более одной единицы высоты в шкафу шириной 19? и оснащен 24 каналами, а также опционально поддержкой SNMP. При дальнейшем расширении сетей при покупке нового коммутатора следует обращать внимание на то, чтобы он соответствовал стандарту технологии питания по локальной сети 802.3af.

КОМБИНИРОВАННАЯ ПЕРЕДАЧА ТОКА И ДАННЫХ

Основная проблема в процессе разработки технологии питания через локальную сеть заключалась в значении параметров для передачи по кабелям, на основании которых определяется допустимое количество звеньев передачи между коммутатором и трансивером физического уровня подключенного конечного устройства. Кроме того, многое зависит от длины кабеля, общего количества компонентов, а также от совокупности имеющихся электромагнитных помех и ослабления сигнала.

Ограничения со стороны параметров передачи сокращали возможности по интеграции во вспомогательные компоненты линейных трансформаторов или изолирующих конденсаторов между входными и выходными разъемами каждого отдельного канала. Четыре предназначенных для передачи провода должны быть, таким образом, непосредственно соединены друг с другом. Это означает, что вспомогательные устройства могут устанавливаться только при коммуникациях на основе 10/100BaseT на базе проводки Категории 5, т. е. проводки наиболее распространенного типа.

Вспомогательные компоненты для подачи тока используют провода 4 и 5, а также 7 и 8, т. е. обе свободные пары. Для этих же целей самостоятельные устройства используют пары 1-2 и 3-6. Поэтому важно, чтобы снабжаемые током компоненты не только обладали действительной сигнатурой Power-over-LAN, но и были в состоянии принимать ток по любой комбинации пар проводов.

В самостоятельных устройствах, которые в сетевой среде применяются вместе с четырехпарными кабелями, в инфраструктурах Gigabit Ethernet для подачи питания используются две пары проводов; ток при этом подается между обеими парами «невидимо». Передача данных и тока выполняется параллельно, что препятствует возникновению взаимных помех. Токовое соединение происходит между центральными отводами магнитных катушек соответствующих линейных трансформаторов, ответственных за прием и передачу.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ МЕХАНИЗМ

Интегрированный в каждый порт PSE автоматический механизм обнаружения обеспечивает передачу тока только тогда, когда в сети распознается питаемое устройство. В итоге администраторы и пользователи автоматически защищены от потенциальных ошибок при подключении сетевых компонентов и могут гибко комбинировать их между собой. Основной составной частью этого защитного механизма является чувствительный омметр: он настраивается таким образом, чтобы излучались по меньшей мере два неотклоняющихся импульса с очень низкой нагрузкой. Причем они имеют разное напряжение, значение которого лежит между 2,8 и 10 В. Действительная сертификация устройств состоит из сопротивления величиной 25 кОм ?5% между двумя питающими парами проводов. Питаемый компонент сконструирован так, чтобы автоматически обходить это сопротивление, подключаемое параллельно к входу преобразователя постоянного тока, если напряжение входящего тока превышает 30 В.

КАК ЗАСТАВИТЬ ИМЕЮЩИЕСЯ КОММУТАТОРЫ ПОДДЕРЖИВАТЬ POWER-OVER-LAN

Уже размещенные в сети компоненты Ethernet сравнительно нетрудно преобразовать для работы в сети Power-over-LAN. Каждый из них нужно подключить так, чтобы он работал при входном токе с напряжением от 36 до 57 В. Устройство должно обладать сигнатурой Power-over-LAN, имеющей входное сопротивление величиной 25 кОм, а при продолжительной подаче тока не потреблять мощность более 12,95 Вт.

PoE для видеонаблюдения. Стандарты, параметры, схема обжатия кабеля.

Применять PoE (Power-over-Ethernet) можно там, где нежелательно проводить отдельный питающий кабель. На качество передачи данных технология PoE влияния не оказывает,

используется потенциал уровня Ethernet, то есть обычных сетевых кабелей LAN.

Какое бывает POE?

Существует 3 стандарта PoE.

  1. PoE — IEEE 802.3af — первое поколение PoE обеспечивает до 15,4 Вт питание для каждого подключенного устройства.
  2. PoE+ — IEEE 802.3at — этот стандарт обеспечивает до 30 В для каждого устройства. Таким образом PoE+ способен обеспечить питанием более мощные устройства, например камеры видеонаблюдения Pan-Tilt-Zoom (PTZ) и высокопроизводительные беспроводные точки доступа 11n.
  3. IEEE 802.3bt — эта технология обеспечивает до 51 Вт по одному кабелю, в этом случае используются все четыре пары кабеля витой пары LAN.

Как работает PoE? Алгоритм подачи питания на устройство POE.

Питание подается только после согласования между потребляющим устройством и выдающим питание.
Это происходит автоматически за доли секунд. Огромное преимущество — безопасность! Например, вы взяли инжектор питания PoE и случайно подключили PoE выход в компьютер в сетевую карту. Инжектор проверит, нужно ли питание сетевой карты, сетевая карта не ответит, питание поступать не будет, ничего не сгорит (чего нельзя сказать о пассивном PoE).

1) Вначале производится проверка: является ли подключенное устройство питаемым. На него подается напряжение от 2,8 до 10 B, определяется входное сопротивление подключаемого устройства. Если параметры соответствуют требуемым, питающее устройство переходит к следующему этапу.

2) Питающее устройство определяет потребляемую мощность подключенного устройства, для последующего управления этой мощностью.

После того, как устройство классифицировано, на него подается полное напряжение 48В с фронтом нарастания не более 400 мс., и питающее устройство приступает к контролю его работы:

  • Если устройство будет потреблять ток менее 5 мА в течении 400 мс, то подача питания прекращается;
  • Если сопротивление подключенного устройства будет больше 1980 кОм в течение 400 мс, подача питания прекращается.
  • Если потребление тока превысит 400 мА в течение 75 мс, подача питания прекращается.

Какое напряжение POE подаёт для ip камер?

Во время тестирования устройства подаётся 3-10В. После определения устройства, на камеру идёт 48В (36-57В)

Требования к витой паре POE

  • Требуется четырехпарная витая пара категории не ниже cat.5e (4х2х0,5);
  • Витая пара должна быть медная, а не омедненная;
  • Толщина проводников не менее 0,51 мм (24 AWG);
  • сопротивление в проводниках должно быть не выше 9,38 Ом/100м (если больше, то будет большая потеря мощности).

Стандарты 802.3af и 802.3at говорят о длине витой пары для PoE равной 100м. Но на практике рекомендованная максимальная длина кабеля не должна больше 75м.

Как выбрать кабель витая пара для дома, читайте здесь: https://stroilenta.ru/vitaya-para-utp/

Распиновка кабеля POE. Как обжать кабель POE.

Если с обеих сторон сети вы устанавливаете оборудование с поддержкой стандартов 802.3af/802.3at, то тип распиновки, фактически не имеет значения, так как устройство-потребитель PoE по стандарту может работать с любой из них. Однако если речь идет о совмещении оборудования разных стандартов, это может быть важным.

Жмём прямым обжимом

Прямой порядок обжима витой пары в коннектор RJ45 по схеме 568В.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: