¿Qué es la alimentación a través de Ethernet (PoE)?

POE (Alimentación a través de Ethernet) se refiere a una tecnología que, sin ninguna modificación a la infraestructura de cableado Ethernet Cat.5 existente, puede transmitir señales de datos a terminales basados en IP, como teléfonos IP, puntos de acceso LAN inalámbricos (AP), cámaras de red, etc., al mismo tiempo que proporciona CC alimentación a dichos dispositivos. POE, también conocido como Power over LAN (POL) o Active Ethernet, es la última especificación estándar para transmitir datos y energía eléctrica utilizando cables de transmisión Ethernet estándar existentes manteniendo la compatibilidad con los sistemas y usuarios de Ethernet existentes.

Característica

La tecnología POE garantiza la seguridad del cableado estructurado y el buen funcionamiento de las redes existentes, al tiempo que minimiza los costes de forma eficaz. El estándar IEEE 802.3af, basado en Power over Ethernet (POE) e IEEE 802.3, introduce estándares para el suministro de energía directa a través de cables Ethernet. No sólo amplía el estándar Ethernet existente, sino que también es el estándar internacional inaugural para la distribución de energía.

Estándares

1、IEEE 802.3af

IEEE comenzó a desarrollar este estándar en 1999, con la participación temprana de proveedores como 3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel y National Semiconductor. Sin embargo, las limitaciones de esta norma siempre han limitado la expansión del mercado. No fue hasta junio de 2003 que IEEE ratificó el estándar 802.3af, que describe explícitamente la detección y el control de energía en sistemas remotos y define cómo los enrutadores, conmutadores y concentradores suministran energía a dispositivos como teléfonos IP, sistemas de seguridad y puntos de acceso a LAN inalámbrica a través de Cables Ethernet. El desarrollo de IEEE 802.3af incorporó los esfuerzos de numerosos expertos de la industria, garantizando que el estándar se pruebe rigurosamente en todos los aspectos.

Un sistema típico de alimentación a través de Ethernet implica mantener el equipo de conmutación Ethernet en el gabinete de distribución y utilizar un concentrador midspan con alimentación para suministrar energía a los cables de par trenzado de la LAN. Esta energía luego alimenta teléfonos, puntos de acceso inalámbrico, cámaras y otros dispositivos en el extremo del cable. Para evitar cortes de energía, se puede implementar una fuente de alimentación ininterrumpida (UPS).

2、IEEE 802.3at

IEEE802.3at (25,5 W) se desarrolló para satisfacer las demandas de los terminales de alta potencia, proporcionando un mayor suministro de energía más allá de 802.3af para cumplir con los nuevos requisitos.

Para cumplir con el estándar IEEE 802.3af, el consumo de energía de los dispositivos de energía (PD) está restringido a 12,95 W, lo que satisface las necesidades de los teléfonos IP tradicionales y las aplicaciones de cámara web. Sin embargo, a medida que surgen aplicaciones de alta potencia como acceso de doble banda, videotelefonía y sistemas de vigilancia PTZ, una fuente de alimentación de 13 W se vuelve inadecuada, lo que reduce el alcance de la aplicación de la fuente de alimentación por cable Ethernet. Para superar las limitaciones del presupuesto de energía de PoE y extender su alcance a nuevas aplicaciones, el IEEE formó un grupo de trabajo para buscar formas de elevar los límites de energía de este estándar internacional. El grupo de trabajo IEEE802.3 inició el grupo de investigación PoEPlus en noviembre de 2004 para evaluar la viabilidad técnica y económica de IEEE802.3at. Posteriormente, en julio de 2005, se aprobó el plan para formar el Comité de Investigación IEEE 802.3at. El nuevo estándar, Power over Ethernet Plus (PoE+) IEEE 802.3at, clasifica los dispositivos que requieren más de 12,95 W como Clase 4, lo que permite ampliar los niveles de potencia a 25 W o más.

Composición del sistema POE

La arquitectura de POE: un sistema POE completo comprende equipos de suministro de energía (PSE) y dispositivos alimentados (PD). Los PSE suministran energía a los clientes Ethernet y supervisan todo el proceso POE. Los PD, o dispositivos cliente del sistema POE, incluyen teléfonos IP, cámaras de seguridad de red, puntos de acceso (AP), computadoras portátiles (PDA), cargadores de teléfonos móviles y muchos otros dispositivos Ethernet (de hecho, cualquier dispositivo de menos de 13 W puede consumir energía). desde tomas RJ45). Basados en el estándar IEEE 802.3af, intercambian información sobre la conexión, el tipo de dispositivo y el nivel de energía del PD, lo que permite a los PSE entregar energía a través de Ethernet.

¿Qué dispositivos pueden funcionar con PSE?

Antes de seleccionar una solución PoE, es fundamental identificar los requisitos de energía de sus dispositivos alimentados (PD). Los dispositivos PSE se clasifican según los estándares que admiten, como IEEE 802.3af, 802.3at o 802.3bt, que corresponden a diferentes niveles de potencia. Al saber cuánta energía necesitan sus PD, puede elegir el estándar PoE adecuado para garantizar la compatibilidad y la eficiencia. Esta comprensión ayuda a seleccionar la solución PoE adecuada y adaptada a las necesidades de su negocio y a evitar equipos con poca potencia o que no coincidan.

Parámetros característicos

1、 Parámetros de la fuente de alimentación

2 、 Proceso de suministro de energía

Detección: Inicialmente, el dispositivo POE genera un voltaje mínimo en el puerto hasta que detecta que el terminal del cable está conectado a un dispositivo alimentado que cumple con el estándar IEEE802.3af.

Clasificación de dispositivos PD: Al detectar un dispositivo alimentado (PD), el dispositivo POE puede categorizar el PD y evaluar su consumo de energía requerido.

Iniciación de encendido: Dentro de un tiempo de inicio configurable (normalmente menos de 15 μs), el dispositivo PSE comienza a suministrar energía al PD desde un voltaje bajo, culminando con un suministro de 48 V CC.

Fuente de alimentación: Proporciona alimentación estable y confiable de 48 V CC al PD.

Apagado de energía: Si el PD se desconecta de la red, el PSE interrumpe rápidamente (normalmente entre 300 y 400 ms) la alimentación del PD y repite el proceso de detección para determinar si el terminal del cable todavía está conectado a un dispositivo PD.

Principio de suministro de energía

El cable Ethernet estándar de categoría 5 consta de cuatro pares de cables trenzados, pero solo se utilizan dos pares en redes 10M BASE-T y 100M BASE-T. El estándar IEEE 802.3af permite dos configuraciones. En uno, los pares no utilizados (pines 4 y 5 para positivo y pines 7 y 8 para negativo) se utilizan para alimentación. En el otro, se agrega energía a los pines de datos (pines 1, 2, 3 y 6) a través del punto medio del transformador de transmisión sin afectar el flujo de datos. Sin embargo, el equipo de fuente de alimentación (PSE) debe elegir uno de estos métodos, mientras que el dispositivo alimentado (PD) debe admitir ambos.

Método de suministro de energía

El estándar POE define dos métodos para transmitir energía CC a dispositivos compatibles con POE mediante cables de transmisión Ethernet:

Método de puente medio

Un método llamado "Mid Span" utiliza dispositivos independientes alimentados por PoE para establecer un puente entre conmutadores y dispositivos terminales habilitados para PoE, generalmente utilizando pares inactivos no utilizados en cables Ethernet para transmitir energía de CC. Midspan PSE es un dispositivo de administración de energía especializado que generalmente se coloca junto con conmutadores. Corresponde a dos tomas RJ45 por cada puerto, una conectada a un switch (refiriéndose a los tradicionales switch sin función PoE) con un cable corto, y la otra conectada a dispositivos remotos.

Método de puente final

Otro método es el método "End Span", que integra el equipo de suministro de energía en la salida de señal del interruptor. Este tipo de conexión integrada generalmente proporciona una función de suministro de energía "doble" para pares de líneas inactivas y pares de líneas de datos. El par de líneas de datos adopta transformadores de aislamiento de señal y utiliza derivaciones centrales para lograr el suministro de energía de CC. Se puede prever que End Span se promoverá rápidamente, ya que los datos y la transmisión Ethernet utilizan líneas comunes, eliminando la necesidad de líneas dedicadas para la transmisión independiente. Esto es especialmente importante en el caso de cables con sólo 8 conductores y conectores hembra RJ-45 estándar adecuados.

Últimos desarrollos

El estándar IEEE 802.3bt fue aprobado por el Comité de Estándares IEEE-SA el 27 de septiembre de 2018, lo que permite una mayor transmisión de energía a través de enlaces Ethernet.

El estándar PoE anterior utilizaba sólo cuatro de los ocho cables de los cables Ethernet para la transmisión de corriente CC, mientras que el grupo de trabajo IEEE optó por emplear los ocho cables para 802.3bt. La enmienda 2 a IEEE Std 802.3bt-2018 establece: "Esta enmienda utiliza los cuatro pares en una infraestructura de cableado estructurado para mejorar la transmisión de energía, entregando así mayor potencia a los dispositivos finales. La enmienda también reduce el consumo de energía en espera en los dispositivos finales e introduce un mecanismo para gestionar mejor el presupuesto de energía disponible".

El objetivo del Comité de Estándares IEEE es mejorar la transferencia de energía desde los equipos de suministro de energía (PSE) a los dispositivos alimentados (PD). Las potencias nominales de los PD se han aumentado a 71,3 W y 90 W con respecto al PSE.

¿Cuáles son los beneficios de PoE?