Power over Ethernet
Was ist Power over Ethernet?
Power over Ethernet (PoE) ist eine Technologie, bei der zusätzlich zu den Daten, die normalerweise über das Kabel übertragen werden, auch Strom über ein Twisted-Pair-Ethernet-Kabel an stromversorgte Geräte (PD) wie Wireless Access Points, IP-Kameras und VoIP-Telefone übertragen wird. Sie ermöglicht es, dass ein einziges RJ45-Kabel sowohl die Datenverbindung als auch die Stromversorgung für die PDs bereitstellt, anstatt für jedes Gerät ein eigenes Kabel zu benötigen.
Terminologie
Hier sind einige der gebräuchlichsten Begriffe im Zusammenhang mit der PoE-Technologie.
PoE, PoE+, PoE++ und Ultra PoE
Mit der Weiterentwicklung der PoE-Technologie hat sich auch die Leistung erhöht, die über Ethernet-Kabel übertragen werden kann. IEEE-konforme PoE-Switche und -Injektoren können eine Leistung von 12 Watt bis zu über 70 Watt pro Anschluss abgeben. Hier sind die Bezeichnungen und die Leistungsabgabe, die PoE bietet.
| PoE Standard | Gebräuchlicher Name | Ausgangsleistung | Jahr | Kommentar |
|---|---|---|---|---|
| IEEE 802.3af | PoE | 15.40 W | 2003 | 12.95 W verfügbare Leistung für angeschlossenes Gerät (PD) |
| IEEE 802.3at | PoE+ | 30 W | 2009 | 25.50 W verfügbare Leistung für angeschlossenes Gerät (PD) |
| IEEE 802.3bt Type 3 | PoE++, 4PPoE, Ultra PoE, UPoE | 60 W | 2018 | 51 W verfügbare Leistung für angeschlossenes Gerät (PD) |
| IEEE 802.3bt Type 4 | Ultra PoE, UPoE | 100 W | 2018 | 71 W verfügbare Leistung für angeschlossenes Gerät (PD) |
Powered Device (PD)
Jedes Netzwerkgerät, das über PoE mit Strom versorgt wird, wird als Powered Device (PD) bezeichnet. Wireless Access Points, IP-Sicherheitskameras und VoIP-Telefone sind gängige Beispiele. Das Aufkommen des leistungsfähigeren IEEE 802.3bt-Standards hat den Weg für stromintensivere Anwendungen wie PoE-LED-Beleuchtung und High-Speed-HD-PoE-Netzwerkkameras für den Außenbereich mit Klimasteuerung geebnet.
Stromversorgungsgeräte (Power Sourcing Equipment, PSE)
PSE-Geräte senden Strom und Daten über das Ethernet-Kabel an ein angeschlossenes PD. PSE-Geräte werden entweder als "Midspan" oder als "Endspan" klassifiziert.
ENDSPAN
Der typische Endspan, auch Endpunkt genannt, ist ein PoE-Netzwerk-Switch. Da der Switch selbst die angeschlossenen Geräte mit Strom versorgen kann, ist keine zusätzliche Stromquelle zwischen dem PoE-Switch (PSE) und dem angeschlossenen PoE-Edge-Gerät (PD) erforderlich.
MIDSPAN
Wenn ein nicht PoE-fähiger Netzwerk-Switch mit einem PoE-Gerät verwendet werden soll, ist eine Stromquelle erforderlich, die die Verbindung mit Strom versorgt. Dieses Gerät wird zwischen ("in der Mitte") dem nicht-PoE-fähigen Netzwerk-Switch und dem PoE-Gerät platziert. Ein sehr häufiger Typ eines PoE-Midspans ist ein PoE-Injektor.
Was sind die Vorteile von PoE?
Die PoE-Technologie bietet mehrere Vorteile. Erstens macht die Übertragung von Daten und Strom über ein Standard-Ethernet-Kabel AC/DC-Netzteile und Steckdosen für die Stromversorgung von PD-Geräten überflüssig. Das senkt die Kosten für das Hinzufügen oder Installieren kompatibler PD-Geräte, da Sie keinen Elektriker benötigen, um Strom zu installieren, wenn an dem Ort, an dem Sie Ihre neuen PDs platzieren möchten, kein Strom vorhanden ist. Außerdem ist ein normales Ethernet-Kabel recht preiswert und oft bereits am Standort installiert.
Zweitens gibt es bei der PoE-Technologie im Allgemeinen weniger Fehlerquellen. Schließen Sie Ihren PoE-Switch oder PoE-Injektor an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) an, und Ihre PoE-versorgten Geräte erhalten garantiert eine konstante Stromversorgung, was für unternehmenskritische PoE-Edge-Geräte wichtig ist.
Drittens bieten PoE-Installationen, die managed PoE-Switche verwenden, die Möglichkeit, angeschlossene PoE-Geräte aus der Ferne neu zu starten. Dies kann entweder manuell, automatisch oder nach einem Zeitplan erfolgen. Moderne PoE-Switche sind mit einer Watchdog-Funktion (d. h. Powered Device Manager [PDM]) ausgestattet, die die Stromversorgung von Offline-Geräten unterbricht und sie dann wieder mit Strom versorgt, damit sie neu starten können. Diese Funktion trägt dazu bei, die Ausfallzeiten Ihrer angeschlossenen Geräte erheblich zu reduzieren.
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Ist die PoE-Technologie sicher in der Anwendung? Kann sie meine Geräte beschädigen?
Die IEEE 802.3af/at/bt-konforme PoE-Technologie ist sicher. PoE-Injektoren und -Switche beschädigen keine Geräte, selbst wenn diese nicht für PoE-Anwendungen ausgelegt sind. Bevor der PSE Strom an ein angeschlossenes PD sendet, initiiert der PSE ein Handshake-Verfahren, das feststellt, wie viel Strom das angeschlossene Gerät benötigt. Dieses Verfahren verwendet eine niedrige Spannung und ist für alle angeschlossenen Geräte, ob PoE oder nicht, unschädlich. Wenn der Handshake abgeschlossen ist, beginnt die PoE-Einspeisung oder der Switch mit der Stromzufuhr, was das PD dazu veranlasst, hochzufahren. Wenn der Handshake aus irgendeinem Grund nicht abgeschlossen wird, sendet der PSE keinen Strom. Diese integrierte Funktion aller IEEE 802.3af/at/bt-konformen Geräte macht die PoE-Technologie von Haus aus sicher.
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Welche Art von Netzwerkkabel kann ich verwenden?
PoE-Switche und -Injektoren basieren auf den von der IEEE 802.3-Arbeitsgruppe festgelegten Regeln. Es ist also keine spezielle Verkabelung erforderlich. Beachten Sie jedoch, dass Ultra-PoE-Verbindungen eine 8-polige Netzwerkverkabelung erfordern. Fast alle Netzwerkkabel sind 8-polig, aber es gibt auch preiswerte Kabel, die nur 4-polig sind. Da diese nur für Fast-Ethernet-Verbindungen verwendet werden können, sind sie immer seltener geworden.
| PoE Standard | Minimale Kabelkategorie | Erforderliche Paare | Unterstütze Modi |
|---|---|---|---|
| IEEE 802.3af | Kategorie 5 | 4-polig / 2-paarig | Modus A, Modus B |
| IEEE 802.3at | Kategorie 5 | 4-polig / 2-paarig | Modus A, Modus B |
| IEEE 802.3bt Type 3 | Kategorie 5 | 8-polig / 4 paarig | 4-paarig |
| IEEE 802.3bt Type 4 | Kategorie 5 | 8-polig / 4 paarig | 4-paarig |
Kann ich CCA-Kabel (Cu/Al) verwenden?
Es gibt eine Menge (falscher) Informationen über die Nachteile dieses Kabeltyps. Bei CCA-Kabeln (Copper-Clad Aluminum) wird ein Aluminiumkern verwendet, der mit Kupfer beschichtet ist. Dies steht im Gegensatz zu normalen Netzwerkkabeln, die einen 100%igen Kupferkern haben.
Einfach ausgedrückt: Aluminium ist kein so guter elektrischer Leiter. Es hat einen höheren Gleichstromwiderstand als Kupfer, so dass mehr Energie verloren geht und als Wärme abgeleitet wird (und das wird schlimmer, je länger die Kabelverbindung ist). Die höhere Wärmeentwicklung und der größere Leistungsverlust des Kabels sind bei PoE-Anwendungen sehr problematisch, weshalb wir von der Verwendung dieser Kabel mit PoE-Injektoren oder -Switche abraten.
Für Standard-Netzwerkanwendungen sind CCA-Kabel in der Regel sehr gut geeignet und kosten weniger als 100%ige Kupferkabel.
Schlussfolgerung: Verlangen Sie von Ihrem Lieferanten für PoE-Anwendungen 100 %ige Kupfer-Netzwerkkabel.
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Wie lauten die elektrischen Spezifikationen der PoE-Standards?
Für die meisten Benutzer ist der Wert "Mindestleistung für PD" am wichtigsten, da dieser Wert vorgibt, welcher PoE-Standard ausreichend Leistung für die gewünschte Anwendung bietet.
| PoE Standard | Spannung @ PD | Spannung @ PSE | Mindestleistung für PD* | Mindestleistung für PSE * | Unterstützte Modi | Maximale Kabellänge |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IEEE 802.3af | 37-57 V | 44-57 V | 12.95 W | 15.40 W | Modus A + B | 100 m |
| IEEE 802.3at | 42.5-57 V | 50-57 V | 25.5 W | 30 W | Modus A + B | 100 m |
| IEEE 802.3bt Type 3 | 42.5-57 V | 50-57 V | 51 W | 60 W | Modus A + B, 4-Paar Modus | 100 m |
| IEEE 802.3bt Type 4 | 41.1-57 V | 52-57 V | 71 W | 100 W | Modus A + B, 4-Paar Modus | 100 m |
* Kurze Entfernungen über hochwertige Kabel führen zu Leistungswerten, die näher an der Ausgangsleistung am PSE liegen.
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Wie kann ich PoE-Geräte anschließen, die weiter als 100 Meter entfernt sind?
Die Verbindungsdistanz kann durch die Verwendung des sogenannten PoE-Extenders oder PoE-Repeaters verlängert werden. Ein PoE-Extender wird zwischen dem PSE und dem PD installiert. Auf jeder Seite kann die Verbindungsentfernung 100 Meter betragen. Mit einigen PoE-Extendern können Sie mehrere Geräte in Reihe schalten und so die Gesamtentfernung auf über 500 Meter erhöhen.
Wie funktioniert das?
Ein PoE-Extender erhält Strom und Daten von dem PSE, an das er angeschlossen ist. Er verbraucht einen Teil des Stroms für den eigenen Betrieb und gibt den restlichen Strom an das nächste PoE-Gerät weiter. Ein Gigabit-PoE-Extender verbraucht normalerweise 4 bis 5 Watt. Wenn Sie ihn an einen IEEE 802.3at PSE anschließen, der etwa 25 Watt Leistung an den Extender liefern kann, stehen Ihnen etwa 20 bis 21 Watt für Ihr angeschlossenes PoE-Gerät zur Verfügung. Wenn Sie PoE-Extender kaskadieren, verlieren Sie 4 bis 5 Watt für jeden Extender, so dass Sie etwa 15 Watt für den nächsten PD, 10 Watt für den übernächsten PD und so weiter zur Verfügung haben. Die folgende Tabelle zeigt die Beziehung zwischen der Verfügbarkeit von Strom und der Anzahl der verwendeten PoE-Extender.
| Anzahl der Extender | Entfernung | Maximal verfügbare Leistung vom PSE (Eingang) | Maximal verfügbare Leistung für PD (Ausgang) |
|---|---|---|---|
| 1 | 200 m | 25 W | 20 W |
| 2 | 300 m | 20 W | 15 W |
| 3 | 400 m | 15 W | 10 W |
| 4 | 500 m | 10 W | 5 W |
In der Tabelle wird davon ausgegangen, dass der PoE-Repeater 5 Watt für sich selbst verbraucht. Dies ist etwas hoch gegriffen - es kann sein, dass nur 4 Watt pro Extender benötigt werden -, jedoch sollte in der Planung konservativ mit der Stromverfügbarkeit umgegangen werden.
Gibt es sonst noch etwas bei PoE-Extendern zu beachten?
- Es sind PoE-Extender verfügbar, die auch im Freien verwendet werden können.
- Nicht alle PoE-Extender können kaskadiert werden.
- Nicht alle PoE-Extender unterstützen Gigabit-Geschwindigkeiten; einige sind nur für Fast-Ethernet geeignet.
- Einige PoE-Extender haben zwei Ausgänge und ermöglichen den Anschluss von zwei PDs an den PSE über eine Entfernung von 200 Metern.
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