По каким парам идет питание poe: По каким парам идет питание PoE

Питание камер по PoE

Какой источник питания PoE подходит для питания IP-камер?

PoE (Power over Ethernet) — технология, позволяющая передавать питание и данные через один Ethernet кабель. Требуется всего лишь соединить устройство, выдающее PoE, с устройством потребляющим питание по PoE, через сетевой разъем RJ-45. На первый взгляд кажется все просто и понятно, но как показала практика, не все вещи очевидны. 

Начнем с того, что есть «умное PoE» под стандартами 802.3af, 802.3at, 802.3bt, а есть пассивное PoE (Passive PoE) без привязки к стандартам. Основное отличие стандартов 802.3af&at состоит в том, что устройства, обеспечивающие подачу питания с PoE 802.3at могут подавать питание в два раза большей мощности по одному кабелю Ethernet. Внедрение нового стандарта PoE стандарта 802.3bt удваивает и, возможно, даже утраивает количество мощности, которое отправляется на конечные устройства. Стандарт 802.3bt используется в основном для питания мощных устройств, например PTZ IP-камер с обогревом или мощной ИК подсветкой. Этот новый мощный стандарт позволяет другим устройствам предлагать мощность PoE выше доступных в настоящее время режимов, обеспечивает еще большую мощность для устройств, значительно сможет помочь расширению базы приложений PoE. Инженеры, стремящиеся обеспечить простоту, такие как питание и данные вместе, могут полагаться на питание через Ethernet. Это позволит снизить затраты на установку, связанные с установкой отдельных линий. 

Устройства с PoE 802.3at способны обеспечить не больше 30Вт на порт, а устройства с PoE 802.3af — не больше 15.4Вт на порт, стандарт 802.3bt имеет максимально передаваемую мощность до 90Вт. Однако, при передаче некоторая часть мощности всегда теряется, и чем длиннее кабель, тем больше потери. 

Passive PoE – это существенно удешевленный аналог стандартов 802. 3af, 802.3at и 802.3bt. Пассивное питание позволяет существенно снизить цену оборудования. Но при этом такое оборудование не производит проверку нуждающегося в питании по витой паре устройства на потребляемую мощность и его состояние. То есть напряжение просто подается постоянно. Присутствует риск несовместимости оборудования, что приведет или к моментальной поломке или устройство сломается чуть позже из-за перегрева плат и их подгорания.

Сегодня Power over Ethernet эффективно использует более 100 миллионов конечных устройств, которые развертываются в различных приложениях, включая IP-телефоны или беспроводные точки доступа. Если ваша IP-камера или IP-телефон поддерживает 802.3af, то вы можете смело использовать инжектор как 802.3af так и 802.3at, 802.3bt. (Говоря про инжектор, речь идет про источник питания), потому что инжектор не выдаст больше, чем может взять IP-камера, а значит устройство не сгорит.

Но если у вас PTZ IP-камера, с потреблением свыше 15.4Вт, то 802.3af вам уже не подойдет, нужен только 802.3at или 802.3bt источник питания.

Ключевые особенности PoE 802.3af, 802.3at и 802.3bt 

• 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).
• Гарантированная передача питания и видеоданных для IP-камер на 100 метров. Достигается за счет того, что напряжение источника питания (коммутатор или инжектор) в диапазоне от 44 до 57В и приемник питания (т.е камера) способна принимать питание в таком диапазоне.   Диапазон достаточно большой, это говорит о том, что если напряжение в кабеле просело на большом расстоянии, то камера всё равно получит питание и будет работать.

• Два типа передачи данных и питания. Для IP-камер с PoE 802.3af&at используется только 4 жилы, т.е питание идет по тем же парам что и данные. Для 802.3bt используются все 8 пар. Источник питания (инжектор или коммутатор PoE) может использовать один из вариантов на свое усмотрение, но IP-камера, согласно стандарту 802.3af, 802.3at  может принять питание как от варианта № 1 так и от варианта № 2 (см.ниже), что позволяет подключить две IP-камеры на один 4х парный кабель UTP. 

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  Вариант№1 (1/2, 3/6)	Вариант№2 (4/5, 7/8)
  1.Бело-оранжевый	4.Синий
  2.Оранжевый	5.Бело-синий
  3. Бело-зелёный	7.Бело-коричневый
  6.Зелёный	8.Коричневый

• Контроль и управление питанием PoE 802.3af, 802.3at, 802.3bt
  Поскольку данный вид PoE «умный» то его можно контролировать с помощью управляемых коммутаторов или инжекторов. Управление примитивное, но очень эффективное, например удаленное отключение питания, с последующим включением, что перезагрузит питаемое устройство, или например перезагрузка питания по расписанию (управляемые инжекторы). Также можно контролировать мощность подачи питания, мониторить уровень потребления питания устройством. 

• Удлинение кабельной линии. 802.3af&at&bt позволяет использовать PoE удлинители.
  
   Например у вас  задача подключить IP-камеру на расстоянии в 300 метров от коммутатора или инжектора PoE. Кажется, что это невозможно, ведь Ethernet работает на 100 метров, а питание для камеры вообще просядет в минимум уже через 100м. Но! Технологии развиваются и на помощь приходят  PoE удлинители которые позволяют через каждые 100 метров ставить репитер (PEXT), который получает питание PoE 802.3af&at&bt и отдает его дальше вместе с данными. По сути, как коммутатор, только на один порт.
  
  Теперь это все легко и просто!

Где используется PoE стандарта 802.3af, 802.3at, 802.3bt

Недостатки PoE стандарта 802.3af, 802.3at, 802.3bt

Сами по себе стандарты недостатков не имеют, но инжекторы и коммутаторы, которые выдают питание 802.3af&at&bt стоят дороже, чем обычный блок питания, или пассивный инжектор PoE.

Пассивное PoE 
По большому счету, пассивное PoE это просто передача питания по свободным парам. 

Ключевые параметры

Данный тип питания не стандартизирован, а значит он может быть каким угодно по напряжению и полюсовке. У каждого производителя своё мнение на этот счет. 

• Согласования по передачи питания между источником и потребителем в пассивном PoE нет. 
  
  Это говорит о том, что пассивный инжектор PoE не спросит конечное устройство нужно ли ему питание
  
  Если вы перепутали порты PoE и LAN, то в сетевую карту компьютера прилетит напряжение и вероятно выведет его из строя. Аналогичная ситуация произойдет если вы перепутали пары при обжатии коннектора.
  Данный метод питания не безопасен.
• Пассивное PoE не гарантирует передачу питания на расстояние в 100 метров.
  
  Питание выдается статично 12В или 24В или 48В. Высока вероятность просадки напряжения при использовании passive PoE на  расстояние более 50 метров. Устройство не получит нужного ему питания и может работать некорректно или не работать вообще.
• Только один тип передачи.
  
  Пассивное PoE передается ТОЛЬКО по 4, 5, 7, 8. Это значит, что 4 жилы только под питание+ 4 жилы под передачу данных. 

4.Синий

5.Бело-синий

7.Бело-коричневый

8.Коричневый

• Пассивное PoE не контролируется и не управляется. (речь о инжекторах питания passive PoE) Некоторые роутеры имеют возможность отключения питания на порту, такие как MikroTik 
• Удлинение кабельной линии проблематично при использовании пассивного PoE. 
• Passive PoE имеет разное напряжение источника питания и потребляющего устройства 
  
  Как уже было сказано выше, у каждого производителя пассивного PoE свой взгляд на тип передачи и распиновку кабеля.
  
  Здесь нужно быть предельно внимательным.
  
  Например:
  Ubiquiti использует для своих продуктов 24В DC для WiFi точек доступа. 
  MikroTik использует напряжение в диапазоне от 8 до 30В DC в своих роутерах на PoE портах.  
  Dahua  PoE коммутаторы используют 24В DC, но полярность передачи питания отличается от Ubiquiti. 
  Ubiquiti MikroTik и Dahua относятся к passive PoE и  несовместимы с устройствами 802.3af, 802.3at, 802.3bt по напряжению и полярности.
  
  В лучшем случае устройство не заработает, в худшем выйдет из строя.
  
  Для устройств 802.3af есть пассивный  совместимый инжектор, его напряжение 48В DC. 
  PI-154-1passive инжектор можно использовать с IP-камерами, IP-телефонами 802.3af. Но стоит помнить, что несоблюдение полярности выведет устройство из строя. Аналогично если вы перепутаете порт POE и LAN. 

Преимущества пассивных инжекторов — низкая стоимость. Других приемуществ нет.

Что можно:

Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от инжектора или коммутатора PoE 802.3af

Запитать IP камеру с поддержкой 802.3at от инжектора или коммутатора PoE  802. 3at 

Запитать IP камеру с поддержкой 802.3bt от инжектора или коммутатора PoE  802.3bt 

Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от пассивного инжектора PoE 48В DC (PI-154-1passive)
Советуем: PoE коммутаторы PUS и PoE инжекторы PI

Что нельзя:

Использовать экранированный  FTP/STP кабель без заземления с 2-х сторон

Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от инжектора PoE 12В  (12В можно подать только на вход jack) 

Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от инжектора PoE 24В (например от Ubiquiti)

Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от PoE порта MikroTik или его инжектора. (исключение специальные модели MikroTik 802.3af)

Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от Dahua PoE коммутатора DH-VTNS1060A

Также могут возникнуть проблемы, если источником питания является Cisco с собственным стандартом inline power и протоколом CDP

Cisco, не опознав устройство как «родное» может отказаться от подачи питания.

Технология PoE в вопросах и ответах / Блог компании ZYXEL в России / Хабр

В статье в популярной форме вопрос-ответ рассказывается о ключевых моментах при использовании питания посредством PoE (Power over Ethernet). Приводятся различия между стандартами, даётся информация о защите устройств от импульсов перенапряжений и о других полезных вещах.

Что такое PoE?

PoE (Power over Ethernet) — технология подачи электропитания на клиентское устройство через витую пару стандарта Ethernet (обычно используется кабель cat.5. c разъемами RJ45). Один и тот же кабель используется и для передачи данных и для питания устройства.

Какие устройства поддерживаются?

В качестве питающих устройств могут выступать:

• коммутаторы,
• маршрутизаторы,
• и другое сетевое оборудование.

В качестве клиентских устройств могут использоваться:

• проводные телефоны,
• видеокамеры,
• точки доступа,
• различные датчики и другое периферийное оборудование.

Существуют также устройства для интеграции с оборудованием, не поддерживающим

PoE.

Для чего это нужно?

Как писал поэт Владимир Маяковский: «Если звезды зажигаются, значит это кому-нибудь нужно». Ниже приводятся преимущества использования данной технологии.

Подключение устройств в труднодоступных местах

Например, на рабочем месте пользователя предусмотрены только две розетки: для монитора и системного блока. Часто такие требования возникают не из-за ошибки в планировании, а диктуются отраслевыми, региональными и другим стандартами ИТ-безопасности, пожарной безопасности, охраны труда и так далее.

Другой пример — если видеокамера или точка доступа закреплена под потолком, туда бывает сложно протянуть ещё и провод питания.

Управление по питанию

Вторая польза заключается в том, что PoE позволяет управлять устройством по питанию, например, временно отключать, включать или выполнять перезапуск (при зависании, обновлении или другой необходимости).

Это удобно, если приходится работать удалённо, или, когда устройства находятся в труднодоступных местах.

Особенно это полезно при работе с точками доступа, которые могут находиться на значительном расстоянии или вообще скрыты где-нибудь над фальшь-потолком.

Примечание. Практически все современные точки доступа от Zyxel поддерживают PoE

и в том числе новые модели с поддержкой Wi-Fi 6: как самые «бюджетные» NWA110AX так и более продвинутые WAX650S и WAX510D

Рисунок 1. Двухдиапазонная точка доступа 802.11ax (Wi-Fi 6) NWA110AX.

Упрощение обслуживания

Помимо удобства эксплуатации, применение PoE позволяет снять головную боль в плане закупки и ремонта адаптеров питания, обеспечения пользователей розетками, например, через приобретение PDU (проще говоря, «переносок-разветвителей). Меньше узлов — меньше точек отказа — меньше звонков в техподдержку.

Электробезопасность

Кто бы что ни говорил, а 220 Вольт — это много. Это больно бьёт, это убивает. А вот 57 вольт, что является максимумом для PoE — тоже неприятно опасно, но уже не так сильно. В некоторых организациях для того, чтобы сисадмин выполнял работу ещё и электрика — нужен специальный допуск. Регламентируется это всё теми же отраслевыми и региональными стандартами. А с PoE — ничего такого отродясь не знали. Слаботочка — она и есть слаботочка.

Эстетика

Техническому персоналу что в первую очередь нужно? Лишь бы работало. Но некоторым особенно продвинутым «товарищам» нужно, чтобы это было еще и «красиво». Например, чтобы «лишние» провода не свисали. Или чтобы всё одного цвета было. А PoE избавляет от этих самый «лишних» проводников. Особенно чувствительны к этому разного рода проверяющие, комиссии и «большое начальство».

Какие минусы у PoE?

Более высокая стоимость устройств

Действительно, стоит дороже. Особенно если брать более или менее проверенное оборудование, а не полагаться на «авось», покупая «недорогие NoName решения».

С другой стороны, принцип «подороже — значит получше» работает не всегда. Поэтому охотиться за дорогим брендом имеет смысл, только если существуют дополнительные требования (есть список «разрешенного оборудования»).

Но даже при высокой цене на оборудование с PoE, его цена может быть гораздо ниже, чем организация «с нуля» дополнительной разветвлённой кабельной системы для электропитания удалённых устройств.

Падение мощности

При передаче низковольтного сигнала по тоненьким проволочкам КПД, скажем так, будет не очень. Чем дальше от питающего устройства, тем меньше электрической мощности останется для питания потребителей. Остальное тратится на сопротивление и нагрев проводов. С местным питанием (не PoE) дело обстоит проще. Сунул блок питания в розетку «и пошла энергия, пошла…»

Впрочем, подобные проблемы с расстоянием могут быть решены при помощи использования специальных коммутаторов с увеличенной мощностью сигнала, например, Zyxel серий [GS1300] (https://www. zyxel.com/ru/ru/products_services/Unmanaged-Switch-For-Surveillance-GS1300-Series/) и GS1350.

Требования к квалификации персонала

Скажем так, хотя применение PoE не требует великих знаний, кое-какие детали

освоить нужно. Информацию по данному вопросу найти можно без особого труда, хотя, если человек ни разу не работал с данной технологией, он столкнется с некоторой разрозненностью и фрагментацией учебного материала.

Стандарты PoE

Для новичков может возникнуть некоторая путаница. Существует 3 поколения

стандарта:

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

Второе поколение стандарт IEEE 802.3at, также называемое PoE+ может выдавать мощность до 30 Вт для каждого устройства. Данный стандарт используется для питания более «прожорливых» потребителей, например, камер видеонаблюдения Pan-Tilt-Zoom (PTZ) и беспроводных точек доступа 11n.

Для простоты восприятия основные отличия сведены в таблицу:

Третье поколение описано стандартом IEEE 802. 3bt.

Устройства, третьего поколения PoE позволяют обеспечить электропитание мощностью до 51 Вт по одному кабелю.

Примечание. Для питания устройств с использованием технологий стандарта IEEE 802.3bt. задействованы все восемь проводников кабеля современной витой пары (кат. 5 и выше), в то время как для первых двух поколений можно обойтись только четырьмя.

Если говорить о совместимости, то устройства PoE обратно совместимы — более мощное питающее устройство стандарта 802.3bt может использоваться для более старых потребителей PoE и PoE+ (802.3af, и 802.3at).

Терминология: End-span и Mid-Span

End-span — устройство обеспечивающее подачу электропитания от начала кабельной

линии.

Классический пример: коммутатор IP телефонии обеспечивает электропитание небольшой сети стационарных телефонов в пределах офиса.

Другой пример — система видеонаблюдения на небольшом складе, где видеокамеры получает электропитание от коммутатора через PoE

Обычно в таких системах не предусмотрено дополнительных устройств для усиления питающего сигнала.

Mid-span — когда питающее устройство, подключается не с начала кабельной линии, а дополнительно между коммутатором и конечным устройством. Например, питание видеокамеры через инжектор, который включается после коммутатора в промежуточном кроссовом шкафу.

Ещё немного терминологии:

• PSE (Power Source Equipment) — питающее оборудование.
• PD (Powered Device) — питаемое устройство.

Может питающее устройство понять, какое подключили клиентское устройство: с PoE или без?

Если речь идёт об End-span, например, о коммутаторе, все происходит не просто, а очень просто. Источник питания, например, коммутатор с портами PoE включает подачу питания для данного порта только в том случае, если подключенное устройство (например, точка доступа) поддерживает технологию PoE.

Как это работает?

1. В начале выполняется проверка: поддерживает ли устройство-клиент питание через PoE. Подается напряжение от 2,8 до 10Bольт, определяется входное сопротивление. В случае, когда полученные результаты можно признать удовлетворительными для питания чрез PoE, питающее устройство переходит к следующему этапу.
2. Питающее устройство определяет требуемую мощность для питания устройства-клиента, для последующего управления этой мощностью. В зависимости от уровня потребления устройствам присваивается класс: от 0 до 4.

Однако если речь идёт о недорогих устройствах Mid-Span, включаемых после обычного сетевого оборудования (без PoE), здесь всё не так радужно. В таких случаях обычно в линию подаётся постоянное питание с фиксированными параметрами, а проверка на предмет: «Какое устройство находится на другом конце линии?», — не производится.

А что делать, когда нужно подключить устройства без поддержки PoE, а розетки для адаптера электропитания не предусмотрено?

Для таких ситуаций служит Passive PoE с использованием PoE сплиттера.

В этом случае источник питания не опрашивает подключенное устройство и не согласовывает его мощность. Питание просто подается 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. При данном способе подключения необходимо тщательно подбирать мощность источника питания, и его потребителя.

А если наоборот? Необходимо подключить PD (клиентское устройство с PoE) к обычному сетевому оборудованию?

Для питания клиентских устройств с PoE, можно использовать PoE инжектор, который и предназначен для подачи в сетевой кабель дополнительного электропитания.

PoE инжектор имеет на входе разъём RJ45 и разъем для подключения к источнику питания. На выходе у него единственный разъем RJ45 с PoE.

PoE инжектор принимает стандартный сетевой сигнал и приводит «инъекцию» электропитания в линию для сетевого подключения, что позволяет подключить на выходе устройство c PoE.

Рисунок 2. Zyxel PoE инжектор PoE12-HP

Какие требования к кабелю?

Для подключения при питании через PoE используется витая пара не ниже cat.5e.

Важно. Проводники должны быть медными, а не омедненными, толщиной не менее 0,51 мм (24 AWG). Сопротивление в проводниках не должно превышать 9,38Ом/100 м.

Обычно на практике рекомендуют не использовать кабели длиной более 75м, хотя стандарты 802.3af и 802.3at говорят о поддержке 100м. В случае с Passive PoE практические рекомендации носят ещё более пессимистичный характер — реальная длина кабеля для нормальной работы не должна превышать 60м.

Однако специальные коммутаторы, например, управляемые GS1350 Extended Range Essentials могут поддерживать устройства на расстоянии 250м при скорости 10Mb/s.

Рисунок 3. Иллюстрация работы Extended Range.

Что такое защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)?

В любой протяженной электрической цепи существует угроза возникновения краткосрочных импульсов, вызванных накоплением заряда (увеличения разности потенциала — перенапряжения) с последующим разрядом. Ниже приводятся причины возникновения коротких импульсов перенапряжений.

• Удар молнии поблизости от объекта, в том числе в молниеотвод вызывает электрический импульс и электромагнитное возмущение, что создает наведенную ЭДС в кабеле.
• Накопление статического электричества, вызванное ионизацией воздуха и другими внешними явлениями, приводит к появлению импульсов статического напряжения, способных вывести из строя оборудование.
• Перенапряжения вследствие коммутаций и переключений оборудования, например, коммутация патчкордов в кроссовой, включение дополнительных устройств питания, включение и отключение мощной нагрузки приводит к возникновению переходных процессов в электрических цепях с резкими скачками напряжения импульсного характера, что может привести к выходу из строя оборудования.

Примечание. Из-за ряда причин: удар молнии поблизости от объекта во время грозы, а также ионизации воздуха и накопления атмосферного электричества перед грозой такой вид защиты иногда называют «грозозащита». Не следует путать данный термин с термином «молниезащита» — то есть с защитой от непосредственного удара молнии.

Для предотвращения подобных угроз применяются устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Существует два варианта защиты (УЗИП): приобретение и установка внешних устройств и встраивание защиты в устройства с PoE.

Ну и напоследок ответ на вопрос: какие устройства выбрать?

Выбор питающего устройства

Когда говорят о выборе устройства-источника для питания PoE, имеют в виду end-span, и обычно это коммутатор. Коммутатор — самый используемый вариант, они применяются и в IP телефонии, и видеонаблюдении, и при развешивании точек доступа, и при расстановке всевозможных датчиков охранных систем, контроллеров СКУД и так далее.

Тут важно учитывать несколько факторов:

1. Совместимость сверху вниз. То есть более современное устройство, поддерживающее последний стандарт IEEE 802.3bt может использоваться для подключения и питания более старых устройств. А вот наоборот — нет.
2. Удаленность PD (питаемых устройств). Помимо длины, которая есть «здесь и сейчас», стоит задуматься о будущем. Например, если будет расширяться складская территория, или намечается переезд офиса. Лучше заложить некоторый запас характеристик «на перспективу».
3. Управление устройствами. Помимо варианта ««зайти» на коммутатор и вручную выключить-включить питание», существуют и другие возможности управления, например, с использованием протокола LLDP для видеокамер.
4. Защита от импульсных перенапряжений (УЗИП) и других вредных факторов.

У Zyxel есть коммутаторы, которые советуют всем указанным выше требованиям. Это модели новой серии GS1350. Мы уже писали о них ранее Данная серия изначально позиционировалась как «Смарт-управляемые коммутаторы для систем видеонаблюдения» Однако они без проблем применяются и для других случаев, например, для питания телефонов, точек доступа и других устройств с PoE.

Рисунок 4. Специализированный управляемый коммутатор PoE GS1350-26HP.

Неуправляемые коммутаторы серии GS1300 также являются неплохим выбором. Подборку специализированных коммутаторов от Zyxel можно посмотреть на рисунке 5.

Рисунок 5. Модельный ряд управляемых и неуправляемых коммутаторов с поддержкой PoE от Zyxel.

Выбор устройства-потребителя

Обычно при выборе конечных устройств ориентируются на их потребительские характеристики, например, на качество картинки при выборе видеокамеры, поддержке Wi-Fi стандартов при выборе точек доступа и так далее.

Однако электропитание также накладывает свой отпечаток. Имеет смысл учитывать следующие факторы:

1. Экономичность устройства.
2. Возможности управления.
3. Цена и качество.

Важно! Несмотря на заявленную совместимость сверху вниз не стоит 100% уповать на эту возможность. В хорошем проекте источник питания и потребители должны поддерживать один стандарт, желательно самый актуальный, иметь полную совместимость, приобретаться в расчёте на использование новых технологий, например, Wi-Fi 6. Переделка целого куска инфраструктуры, гордо именуемая «модернизацией», чаще всего обходится дороже, чем некоторые дополнительные затраты на этапе внедрения.

Полезные ссылки

IP-камеры PoE, особые требования и бесперебойная работа — сводим всё воедино

Точки доступа Wi-Fi 6: NWA110AX,
WAX650S и WAX510D

Специальные управляемые коммутаторы серии GS1350 и неуправляемые GS1300 на сайте Zyxel

Страница на официально сайте Zyxel PoE инжектор PoE12-HP

Сравнение коммутаторов серии GS1350

PoE — питаемся по витой паре

Стандарты питания от PoE до PoE++, внедрение и методы проверки

Power over Ethernet что это и зачем нужно?

FAQ по PoE, часть 1

1. Что такое PoE?
2. Устройства PoE.
3. Как с помощью PoE организовать подачу питания по витой паре?
4. Что важно знать для правильного подключения.

Что такое PoE?

Аббревиатура PoE расшифровывается как «Power over Ethernet» (питание по сети Ethernet). Но реализация технологии намного сложнее, чем при помощи кабеля с вилкой для электросети на одном конце и разъемом RJ-45 на другом, как на юмористической картинке в начале статьи. Такое простое воплощение попросту невозможно, так как большинство электронных устройств работают не на переменном, а на постоянном токе низкого напряжения: 12V, 24V, 48V и т. д. Поэтому в сети обязательно должны присутствовать устройства, выполняющие, в том числе, функции понижающего трансформатора и выпрямителя.

В сетевом кабеле (витой паре) с подключением по стандарту 100BASE-T (Fast Ethernet, 100 Мбит/с) данные передаются только по 2 парам, а остальные 2 пары остаются свободными. Однажды кто-то очень сообразительный придумал использовать эти свободные жилы для подачи электропитания на устройства. По одному LAN-кабелю техника получает и данные, и электричество. Очень удобно для тех случаев, когда оборудование нужно установить на крыше, на мачте, во дворе частного дома, то есть в тех местах, куда подводить отдельный кабель с электропитанием проблемно или дорого.  

Позднее возник другой вариант — подавать ток по тем же жилам, что и информацию. Это позволило применить технологию в сетях Gigabit Ethernet, 10/100/1000 Мбит/сек, где все 4 пары задействованы в передаче информации. Питание и данные передаются на разных физических уровнях, поэтому не мешают друг другу. 

Устройства PoE

В рамках технологии различают 3 вида устройств:

PoE-потребители (PD)

Это точки доступа, IP-камеры и другая техника, в которой производитель предусмотрел возможность получать электричество по сетевому кабелю (витой паре). Часто они дополнительно имеют также стандартный разъем электропитания. В характеристиках такой техники указывается, что она поддерживает так называемое «PoE in» (входящее). Также в паспорте устройства должно быть обозначено, какой именно тип Power over Ethernet оно поддерживает.

PoE-источники (PSE)

Эти устройства подают электропитание в витую пару. Их, в свою очередь, принято разделять на конечные (endspan) и промежуточные (midspan) источники.  PoE-источник, по сути, это либо конструктивно объединенные в одном корпусе блок питания для подключения к электросети + блок, который распределяет питание по проводникам витой пары, либо два этих элемента в комплекте.

Конечные PoE-источники — это PoE-коммутаторы, маршрутизаторы, их также могут называть активными источниками. Подключив к порту такого роутера или свича посредством витой пары точку доступа, IP-камеру, мы подаем на подключенные устройства электропитание.

Промежуточные —  это PoE-адаптеры (инжекторы), которые также называют пассивными PoE-источниками.

Конструктивно PoE-инжектор может представлять собой PoE-блок или PoE-шнур.

PoE-адаптеры в виде блока обычно лучше, так как оснащены защитой, имеют гальваническую развязку, часто дополняются такими функциями, как удаленная перезагрузка устройства, мониторинг перегрузки, короткого замыкания и т. п.

PoE-шнур — это предельно простая реализация источника питания по витой паре, фактически он просто «добавляет» в LAN-кабель электрическую составляющую. Отличается от PoE-блока в частности тем, что не имеет гальванической развязки.

PoE-сплиттеры

Предназначены для организации удаленного питания в сети, если конечное устройство, которое необходимо запитать, не поддерживает технологию PoE. Сплиттеры действуют обратно адаптерам PoE: поступающие к ним по одному кабелю (витой паре) электропитание и данные они разделяют на два кабеля: отдельно электричество, отдельно данные.

PoE-сплиттер также может конструктивно представлять собой блок или шнур.

PoE конвертеры

При строительстве линков может возникнуть ситуация, когда источник и потребитель PoE работают с разным напряжением, разными стандартами. Для этих случаев существует такая группа устройств, как PoE-конвертеры.

Как с помощью PoE организовать подачу питания по витой паре

Варианты подключения с использованием разных типов устройств по технологии PoE наглядно иллюстрируются этой картинкой со схемами:

Что важно знать для правильного подключения

Вот мы купили какой-то PoE-адаптер, подключили его к Ethernet и электросети, подсоединили LAN-кабель от него в точку доступа, которую хотели запитать. Кажется, просто.

Только точка доступа почему-то сгорела. С чего бы это?

Все дело в том, что на практике, чтобы правильно организовать удаленное подключение по PoE, необходимо учесть несколько важных факторов:

• Тип питания, который предоставляется PoE-коммутатором или инжектором: какому стандарту соответствует, какое напряжение подает на пару, по какому типу сделана распиновка.
• Напряжение, которое необходимо нашей технике.
• Расстояние до удаленной точки.

Эти исходные данные помогут подобрать PoE-оборудование, которое совместимо друг с другом, и рассчитать возможность удаленного электропитания в принципе.

Если этого не сделать, в худшем случае, как мы уже сказали —  подключенное оборудование быстро выйдет из строя, в лучшем — вообще не включится.

Продолжение следует

В следующей статье мы разберем:

1. Стандарты и типы PoE.
2. Стандарты IEEE 802. 3af, 802.3at — активное PoE.
3. Passive PoE.
4. Типы распиновки.
5. Кабель для PoE.
6. Длина PoE.
7. Бюджет мощности PoE.

Как запитать IP камеры по PoE – NTema

Основные способы питания IP камер по витой паре

Технология PoE (Power over Ethernet) позволяет передавать по Ethernet кабелю одновременно питание и данные. Витая пара широко используется для питания оборудования, когда технически невозможно или экономически невыгодно прокладывать дополнительный электрический кабель. Устройство, раздающее PoE, соединяется через сетевой порт RJ-45 с устройством, потребляющим питание по PoE. В теории все просто, но на практике есть нюансы.

Во-первых, есть интеллектуальное PoE, соответствующее стандартам IEEE 802.3af, 802.3at, 802.3bt, а есть пассивное PoE (Passive PoE) без привязки к стандартам. Разница между стандартом PoE 802. 3af (15 W) и PoE+ 802.3at (30 W) в передаваемой на порт мощности. Внедрение нового стандарта PoE++ 802.3bt для питания мощных устройств в 2-3 раза увеличивет мощность, которая подается на конечные устройства — до 90W. Тем не менее, стоит учитывать, что при передаче часть мощности всегда теряется: длина кабеля увеличивает потери.

Что касается Passive PoE – это более дешевый аналог стандартов 802.3af, 802.3at и 802.3bt. Пассивное питание значительно снижает стоимость оборудования. Есть одно но — такое оборудование не проверяет устройства, которые нуждаются в питании по витой паре, на потребляемую мощность и состояние. Напряжение подается и есть риск несовместимости оборудования, что может привести к мгновенной поломке или устройство выйдет из строя позднее из-за перегрева и подгорания плат.

Питание по PoE используется множеством конечных устройств, таких как IP телефоны, точки доступа. Если ваша IP камера или IP телефон поддерживает 802.3af, то подойдет инжектор (источник питания) как 802. 3af, так и 802.3at, 802.3bt. Он не выдаст больше, чем может взять IP камера, а значит устройство не сгорит.

Но если у вас камера с потреблением свыше 15.4 W, поддерживающая удаленное управление направлением и увеличением (PTZ IP камера), то нужен только источник питания 802.3at/802.3bt. 802.3af вам не подойдет.

Стандарты и типы PoE

 PoE 802.3af, 802.3at и 802.3bt

✓ Основное преимущество по сравнению с Passive PoE — безопасность. Питание подается мгновенно и автоматически, но только после согласования между потребляющим и выдающим питание устройством. Допустим, вы случайно подключили PoE выход инжектора питания в сетевую карту компьютера. PoE инжектор проверит, нуждается ли сетевая карта в питании. Cетевая карта не ответит, питание поступать не будет — ничего не сгорит.

✓ Гарантированная передача питания и видеоданных для IP камер на расстоянии 100 метров. Достигается за счет того, что напряжение источника питания (инжектора или свитча) в диапазоне от 44 до 57V способен принимать приемник питания (IP камера). Широкий диапазон питания обеспечивает питание и работу IP камеры: даже если напряжение в кабеле просело на большом расстоянии, то камера все равно получит питание и будет работать.

✓ Два типа передачи данных и питания. Для IP камер с PoE 802.3af/at используется только 2 пары, т.е питание идет по тем же парам, что и данные. Для 802.3bt используются все 4 пары. Источник питания (PoE свитч или инжектор) может использовать один из вариантов на свое усмотрение, но IP камера, согласно стандарту 802.3af/at, может принять питание как от варианта 1, так и от варианта 2 (см. таблицу ниже), что дает возможность подключить две IP камеры на один четырехпарный UTP кабель.

Контроль и управление питанием PoE 802.3af, 802.3at, 802.3bt

Интеллектуальный PoE/PoE+/PoE++ можно контролировать с помощью управляемых свитчей или инжекторов. Управление простое, но весьма эффективное:

• Контроль мощности подачи питания
• Мониторинг уровня потребления питания устройством
• Удаленное отключение питания с последующим включением (перезагрузка питаемого устройства)
• Перезагрузка питания по расписанию (управляемые инжекторы)

Удлинение кабельной линии

Стандарт PoE 802.3af/at/bt позволяет использовать PoE Extender/PoE Repeater (PoE удлинители/повторители) для построения протяженных сетей. Устройства увеличивают длину сегментов Ethernet сети при передаче питания PoE и данных свыше обычных 100 метров. Передача осуществляется по Ethernet кабелю UTP CAT5e/6 на расстояния от 200 до 1500 метров при каскадном соединении удлинителей. РоЕ удлинители могут работать с любым PSE или PD Ethernet оборудованием, автоматически его распознают и не нуждаются в отдельном источнике питания, поскольку используют транзитное PoE от входящего кабеля. Так снимается ограничение 100 метров для PoE/данных и появляется возможность установки IP оборудования (IP видеокамер или точек доступа Wi-Fi) в наиболее подходящих для этого местах.

Где используется PoE стандарт 802.3af, 802.3at, 802.3bt

Passive PoE

Пассивное PoE поддерживает только электрические (не протокольные!) характеристики соответствия стандарту 802.3af. Это просто передача питания по свободным парам. Поскольку тип питания Passive PoE не стандартизирован, он может быть каким угодно по напряжению и распиновке. У разных производителей Passive PoE устройства отличаются характеристиками по производительности и питанию.

Данный метод питания не безопасен. При передаче питания между источником и потребителем в Passive PoE cогласование отсутствует. Значит, Passive PoE инжектор не спросит конечное устройство, нужно ли ему питание. Например, вы перепутали порты LAN и PoE, — сетевая карта компьютера получит напряжение и скорее всего выведет его из строя. Подобная ситуация случится, если вы перепутали пары при обжатии коннектора.

Passive PoE не гарантирует передачу питания на расстоянии 100 метров. Питание выдается статично 12V/24V/48V. При использовании Passive PoE на расстояние более 50 метров повышается вероятность снижения напряжения. Следовательно, подключенное оборудование не получит необходимого питания и откажется работать или будет работать некорректно.

Технология Passive PoE использует один тип передачи: только по 4, 5, 7, 8. Т.е. 4 жилы отводятся для питания и 4 жилы для передачи данных.

4. Синий
5. Бело-синий
7. Бело-коричневый
8. Коричневый

Passive PoE часто не управляется и не контролируется (Passive PoE инжекторы). 
При использовании Passive PoE проблематично удлинить Ethernet линию.
Passive PoE имеет разное напряжение источника питания и потребляющего устройства.

Рекомендации по подключению IP камер

Можно:

• Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от PoE 802.3af инжектора или свитча
• Запитать IP камеру с поддержкой 802.3at от PoE 802.3at инжектора или свитча
• Запитать IP камеру с поддержкой 802.3bt от PoE 802.3bt инжектора или свитча
• Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от Passive PoE инжектора 48V DC (RBGPOE + Адаптер питания 48V 1.6А)

Нельзя:

• Использовать экранированный FTP/STP кабель без заземления с двух сторон
• Запитать IP камеру с поддержкой 802. 3af от Passive PoE инжектора 12V
• Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от Passive PoE инжектора 24V
• Запитать IP камеру с поддержкой 802.3af от оборудования, например, MikroTik с Passive PoE Out портами, за исключением устройств с РоЕ Out 802.3af/at портами (CRS112-8P-4S-IN, CRS328-24P-4S+RM, CRS354-48P-4S+2Q+RM, CRS318-16P-2S+OUT)
• Запитать IP камеру с большей потребляемой мощностью, чем способно дать PoE совместимое оборудование

FAQ по PoE (Power over Ethernet) в роутерах Mikrotik

Power over Ethernet (PoE) — технология, позволяющая передавать удалённому устройству вместе с данными электрическую энергию через стандартную витую пару в сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, IP-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.

1. Как работает PoE в микротиках? По какому протоколу? У микротиков «свой» PoE не совместимый со стандартом 802. 3af. В документации это называется «Passive PoE. Non 802.3af». Используются ДВЕ ПАРЫ — синяя и коричневая. Синяя — Плюс. коричневая — Минус.

2. Какие ограничения на порт по питанию? из вики — «max limit on port — 1A, total limit — 2.2A»

3. Какие модели способны подавать питание? В данный момент способны подавать PoE следующие модели 2011iL-RM, 750UP, 951Ui-2HnD, OmniTIK UPA-5HnD
(также после некоторой модификации можно заставить выдавать ещё несколько моделей, но теряется гарантия и вы не сможете управлять PoE, будет всегда на всех портах
активация на 750 — http://forum.mikrotik.com/viewtopic.php?f=2&t=35577 и
http://blog.flyrouter.net/2012/10/poe-mikrotik-rb-750.html ,
http://forum.mikrotik.com/viewtopic.php?f=3&t=55913 — активация всех портов на OmniTik)

4. Какие роутеры и что можно питать? 100% испытано, что можно питать следующее вещи http://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:PoE-Out#RB750UP_and_OmniTik_UPA-5HnD_Powered_devices

4. При процедуре обновления, помимо обновления самой системы и загрузчика, на данных устройствах также необходимо выполнить обновления микропрограммы PoE. Выполняется командой
/interface ethernet poe settings upgrade 
(внимание! из официальной википедии — «Warning: When updated to newer PoE-Out controller firmware version it is not possible to downgrade it», невозможно понизить версию прошивки PoE)

5. Просмотреть текущее состояние PoE можно командой
interface ethernet poe monitor [find]

6. Основные параметры PoE 
auto-on — Роутер пытается определить требуется ли подавать питание или нет. Проверяет сопротивление на парах (3kΩ to 26.5kΩ) и если его нет, то подаёт.
forced-on — отключено тестирование по сопротивлению. В результате PoE включено всегда. (хотя после обновления, он в любом случае проверяет, даже при данном параметре)
off — все проверки отключены и питание на порт не подаётся..

6. Приоритет — выставляется параметром poe-priority. Чем меньше число, тем выше приоритет
/interface ethernet poe set ether2 poe-priority=10
/interface ethernet poe set ether3 poe-priority=13
/interface ethernet poe set ether4 poe-priority=11
/interface ethernet poe set ether5 poe-priority=14
В данном примере, при проблемах с питанием (перегрузка, проблемы со входным питанием (к примеру при переключении на работу от ИБП)), вначале отключиться ether5, как имеющий наибольшее значение poe-priority. Затем будет отключен ether3, затем ether4. И только в самом конце ether2. Это может пригодиться к примеру, если подключены коммутаторы офисных компьютеров и серверов, а работа серверов важнее и мы гасим автоматом офисный коммутатор. Или постепенное отключение Wifi-точек доступа не являющихся критичными.
Если параметр poe-priority не указан или у всех указан одинаковый, то отключаться будет последовательно начиная с последнего порта (вначале ether5, затем ether4 и так далее)

7. Для чего используется параметр ether1-poe-in-long-cable? — фраза с официальной вики «setting to yes will disable short detection on all poe-out ports to enable use of longer ethernet cables. This is potentially dangerous settings and should be used with caution.». Данный параметр отключает проверку на короткое замыкание в линии НА ВСЕХ OUT-портах, что позволяет использовать более длинные кабели. Это потенциально опасная настройка и использовать её надо осторожно.

Правда мне данный параметр непонятен. В тестах, на 90 метровом куске кабеля, 750UP смог поднять 951G-2HnD. Может пригодится если больше длина или менее качественный кабель используется.

8. Если у меня есть %имямодели% выдающий PoE по стандарту 802.3af (42-57V (Passive, Telecom, 802.3af and 802.3at PoE plus supported)), то могу ли я подключить через них микротик? Да, используя специальный переходник — 48 to 24V PoE Converter http://routerboard.com/RBPOE-CON-HP

9. Через PoE на микротиках можно удалённо управлять электричеством — статья http://www.lanmart.ru/blogs/mikrotik-rb750up-remote-power-management-220v/
Но есть нюанс — при обновлении прошивки, надо будет на вывод плюса (из микротика) повесить диод (я использовал 1N4007), либо стабилитрон на 12 вольт.

10. На некоторых роутерах (к примеру 2011 серия) входящий PoE идёт на гигабитном порту. Можно ли при питании через PoE, подключить гигабитный линк? Да можно. Необходимо использовать специальный сплитер http://routerboard.com/RBGPOE При его использовании, будет подниматься гигабит. Чтобы компенсировать потери в кабелях при использовании технологии PoE, используйте источник питания не менее 18V.

C использованием высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток постоянное напряжение питания подается на центральные отводы вторичных обмоток этих трансформаторов, и так же с центральных отводов снимается на приемной стороне. Использование центральных отводов сигнальных трансформаторов позволяет без взаимного влияния передавать питание по сигнальным парам, то есть передавать по одним и тем же проводникам и высокочастотные данные, и постоянное напряжение питания.

11. Можно ли сжечь оборудование, которое не поддерживает Passive PoE, подключив его к микротику выдающему питание по PPoE? Да можно. Passive PoE в режиме forced-on, по сути, банально использует синюю и коричневую пары для питания (Синий +, Коричневый -). Хотя в версии прошивки PoE выше 2.0 и на режиме forced-on выполняется проверка, но риск сжечь устройство (или отдельный порт, всё равно сохраняется)

PS: ВНИМАТЕЛЬНО ПРОВЕРЯЙТЕ КАБЕЛЬ!!! НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ПРИ РАБОТЕ С PoE ОМЕДНЁННЫЙ!!! ТОЛЬКО ЧИСТУЮ МЕДЬ. Узнать кабель, который использовать нельзя можно по маркировкам — CCA, CA, CCS.  (да и вообще никогда не используйте омеднёный кабель)

PS2: Ссылки
http://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:PoE-Out — официальная вики

решение Microchip для приложений PoE

13 мая 2020

Александр Шауэрман (Алтайский край)

Благодаря приобретению компании Microsemi с 15-летним опытом разработки систем передачи мощности через Ethernet (PoE) компания Microchip может предложить широкую линейку интегральных менеджеров и контроллеров питания PoE для всех имеющихся четырех стандартов передачи мощности, включая самый современный, способный доставлять мощность до 90 Вт.

Технология Power over Ethernet (PoE) позволяет передавать питание через стандартную инфраструктуру Ethernet к подключенным потребителям. Это значительно облегчает установку точек доступа WLAN, сетевых камер, IP‑телефонов и других IP-устройств. Распространение таких Ethernet-устройств как камера безопасности Pan-Tilt-Zoom (PTZ), точки доступа Wi-Fi стандарта IEEE 802.11ac и IEEE 802.11ax, светодиодные светильники и устройства интернета вещей (IoT) создало беспрецедентный спрос на питание повышенной мощности. Ответом стало появление нового стандарта IEEE 802.3bt с предельной мощностью питания 90 Вт на один порт Ethernet.

Одним из несомненных лидеров в области технологии PoE является корпорация Microchip Technology Inc.

PoE: Преимущества и особенности

В простейшей форме система PoE состоит из умного источника питания, называемого PSE (Power Source Equipment), кабеля Ethernet (витой пары) с максимальной длиной 100 метров и питаемого устройства PD (Powered Device). PD принимает данные и питание от силового интерфейса PI (Power Interface) кабеля Ethernet. PI обычно представляет собой классический восьмиконечный разъем типа RJ45 (8P8C). Таким образом по одному физическому кабелю на оконечное устройство передаются и цифровые данные, и питающая мощность.

Так как для передачи данных по витой паре используется дифференциальный сигнал, становится возможным через центральный отвод трансформатора добавить в пару постоянный потенциал, как это показано на рисунках 1 и 2. В зависимости от потребности, питающее напряжение может передаваться по двум или четырем парам.

Рис. 1. Передача мощности по двум парам

Рис. 2. Передача мощности по четырем парам

Новый стандарт Power over Ethernet IEEE 802.3bt является уже третьей редакцией широко распространенного стандарта IEEE, определяющего передачу низковольтной мощности на сетевые устройства. Первый стандарт PoE, IEEE 802.3af (2003), был способен обеспечить 13 Вт питающей мощности. С выходом в 2009 году редакции IEEE 802.3at передаваемая мощность была увеличена до 25,5 Вт. С введением в 2018 году IEEE 802.3bt доступная для устройств мощность увеличивается почти втрое, до 71,3 Вт, что позволяет использовать технологию во множестве новых приложений [1].

На рисунке 3 показаны уровни мощности, определенные стандартом IEEE 802.3bt, и то, как они соотносятся со стандартами предыдущих поколений PoE. Все устройства PoE (источники или нагрузки) являются совместимыми, единственным ограничением является то, что PD нового типа с большей мощностью потребления не сможет получить полную мощность от более старого или более низкого по типу PSE. В зависимости от максимальной потребляемой мощности, все нагрузки разделены на классы. Стандарты PoE предыдущего поколения описывали 4 класса с мощностью нагрузки до 25,5 Вт, редакция IEEE 802.3bt расширила возможности технологии еще четырьмя новыми классами – до 71,3 Вт.

Рис. 3. Стандарты PoE и мощности нагрузок

По способности устройств работать в рамках определенного стандарта их подразделяют по типам (таблица 1). К Типу 1 относятся устройства, соответствующие стандарту IEEE 802.3af, их называют просто «PoE». Передача мощности осуществляется по двум дифференциальным парам. Максимальная выходная мощность составляет 15,4 Вт. Тип 2 известен как «PoE+», соответствует стандарту IEEE 802.3at, максимальная выходная мощность порта – 30 Вт. Типы 3 и 4 описаны в стандарте IEEE 802.3bt. Тип 3 часто называю «PoE++» или «UPoE», он может осуществляет передачу мощности уже по четырем витым парам, максимальная выходная мощность – 60 Вт. Для устройств Типа 4 максимальная выходная мощность достигает 90 Вт.

Передача более высокого уровня мощности (начиная с класса 5) стала возможной при использовании всех четырех витых пар в кабеле. Однако устройства новых типов 3 или 4 могут работать в классах малой мощности (1…4) и также использовать все четыре витые пары, что позволяет сократить потери в кабеле вдвое.

Таблица 1. Электрические параметры стандартов PoE

Отличие между выходной мощностью порта PSE и мощностью, получаемой PD, возникает из-за естественных потерь на активном сопротивлении провода кабеля. Если для IEEE 802.3af достаточно было использовать витую пару Cat3, то начиная с IEEE 802.3at рекомендуется использовать как минимум Cat5, а для IEEE 802.3bt использование Cat5e (или выше) строго обязательно..

Если изначально кабельная инфраструктура Ethernet создавалась с использованием качественной витой пары, то интеграция PoE, в том числе и нового стандарта, происходит легко и без каких-либо дополнительных вложений.

Обзор текущих решений Microchip

2018 год ознаменовался выходом новой спецификации PoE. Как следствие, на рынок было выведено множество запатентованных решений, поддерживающих новый стандарт. Благодаря приобретению компании Microsemi с более чем 15-летним опытом разработки компонентов для PoE, Microchip Technology смог оказаться в лидерах отрасли. Технологический задел Microsemi позволил в короткое время объявить о поддержке IEEE 802.3bt.

До слияния Microsemi выпускала компоненты PoE для построения систем HDBaseT, где по витой паре могло передаваться до 95 Вт мощности в нагрузку. Фактически, для поддержки нового стандарта PoE не пришлось принципиально менять аппаратную платформу, а достаточно было доработать встраиваемое программное обеспечение, добавив поддержку IEEE 802.3bt.

В настоящий момент Microchip предлагает решения PoE по двум направлениям: готовые приборы и системы (инжекторы, сетевые коммутаторы), а также микросхемы для создания таких систем. В рамках данного обзора подробно остановимся на втором направлении. Микросхемы PoE можно разделить на две группы:

• Микросхемы для PSE обеспечивают все необходимые функции PSE, обладают высокой масштабируемостью и могут предоставить до 90 Вт мощности на порт при подаче питания по четырем или двум парам соответственно, при этом общее число портов может достигать 48 или 96.
• Микросхемы для PD. Такие микросхемы обеспечивают поддержку PoE на конечном устройстве.

Обе группы представлены множеством микросхем различных поколений, но наибольший интерес представляют микросхемы с поддержкой нового протокола IEEE 802.3bt.

Менеджер и контроллер питания

Для непосредственного управления питанием нагрузки в приложениях PoE Microchip (Microsemi) предлагает серию микросхем PD69208M, PD69208T4 и PD69204T4 [2]. Устройства такого типа называются менеджерами питания. Микросхемы выполнены в пластиковом 56-выводном QFN-корпусе (рисунок 4). PD69208M и PD69208T4 работают с восемью портами, а PD69204T4 – с четырьмя. PD69208T4 и PD69204T4 могут отдавать в нагрузку по каждому каналу до 95 Вт, в то время как максимальная мощность для PD69208M ограничена 60 Вт (таблица 2).

Рис. 4. Микросхема PD69208M

Таблица 2. Отличительные особенности PD69208M/8T4/4T4

PD69208M/8T4/4T4 совместно со внешним контроллером питания PD69210 образуют PSE-систему (рисунок 5) [3, 4]. Микросхема PD69210 – это экономичный заранее запрограммированный микроконтроллер, основанный на ядре ARM Cortex™‑M0+. PD69210 использует интерфейс I²C или UART для связи с центральным процессором коммутатора Ethernet (хост-контроллером). Разработчику не требуется программировать эти микроконтроллеры, однако в некоторых случаях может возникнуть необходимость обновить встроенную прошивку для получения расширенного функционала.

Рис. 5. Функциональная схема PoE PSE-системы

Микросхемы PD69208M/8T4/4T4 в связке с PD69210 поддерживают обнаружение PoE-устройств (PD) и включение питания в соответствии со стандартами IEEE 802.3at и IEEE 802.3bt. Такая система обеспечивает защиту PD в реальном времени от перегрузки, перенапряжения, перегрева и короткого замыкания. Система способна работать в автономном режиме, когда хост-контроллер выключен или находится в процессе перезагрузки.

PD69208M/8T4/4T4 поддерживает напряжение питания 32…57 В. Встроенные источники напряжения 3,3 и 5 В обеспечивают питание низковольтных цепей без дополнительных преобразователей.

Связь между хост-контроллером и PoE-контроллером выполняется либо через UART, либо через I²C-интерфейс по специальному протоколу [5]. Контроллер PoE преобразует команды и ретранслирует их соответствующим PoE-менеджерам по гальванически изолированному SPI-подобному интерфейсу (Enhanced Serial Peripheral Interface, ESPI). Помимо основного интерфейса хост-контроллер использует линию управления xRESET_IN для сброса системы и линию xDisable_ports для отключения всех PoE-портов одновременно. Информация о событиях (прерываниях) передается на хост с помощью линии xINT_OUT.

Контроллер PD69210 может управлять работой 12-ти менеджеров PoE. Структура такой системы показана на рисунке 6. Компоненты схемы располагаются в двух изолированных доменах питания, к первому домену относится блок менеджеров PoE. Этот блок может включать в себя до 12 микросхем типа PD69208M/8T4/4T4. Соответственно, если применяются менеджеры с восемью каналами (PD69208M или PD69208T4), то можно получить до 96 портов с двухпарной схемой питания или до 48-ми с четырехпарной схемой. Если применяются четырехканальные менеджеры PD69204T4, то число каналов будет в два раза меньше. Во втором домене расположен контроллер PoE и хост-контроллер. PoE-контроллер используется для инициализации, управления и мониторинга каждой микросхемы PD69208M/8T4/4T4 через изолированный интерфейс ESPI. Контроллер PoE взаимодействует с основным процессором коммутатора (Host-процессором) через неизолированный UART или I²C.

Рис. 6. Общая структура многоканальной PoE PSE-системы

Для работы в четырехпарной конфигурации питания достаточно подключить два любых порта PD69208 к одному разъему RJ45 и соответствующим образом сконфигурировать PD69210. Примечательно, что два порта могут быть взяты из одной и той же PD69208 или из двух разных микросхем в системе.

Решение для PD

Большинство современных Ethernet-коммутаторов поддерживает Auto MDI-X, при этом допускается смена направления дифференциальной пары без нарушения работоспособности соединения. Кроме того, для PoE существуют различные конфигурации питающих линий в кабеле. Поэтому драйвер PD должен надежно работать при любой конфигурации и полярности питающего напряжения. С точки зрения схемотехники такую задачу может решить полный диодный мост, а для того чтобы минимизировать потери мощности, мост можно выполнить на управляемых элементах.

При реализации PoE в питаемых устройствах компания Microchip предлагает использовать микросхему PD70224 [7]. Для работы с четырьмя дифференциальными парами PD70224 оснащена двумя полными выпрямительными мостами с N‑канальными МОП‑транзисторами в качестве управляемых элементов (рисунок 7), такое решение получило название IdealBridge™.

Рис. 7. Полный мост и IdealBridge™

Прямое падение напряжения на мосте IdealBridge™ при токе 0,6 А составляет всего 192 мВ (сопротивление канала транзистора 0,16 Ом), в то время как для классического варианта на диодах это напряжение может достигать 2 В. Мост IdealBridge™ поддерживает ток до 1 А, это делает PD70224 идеальным выбором для современных приложений PoE, совместимых с IEEE 802.3af, IEEE 802.3at и IEEE 802.3bt (включая 4 класс).

Выводы SUPP_SA и SUPP_SB (рисунок 7) показывают, какие пары задействованы для питания PD, их можно использовать для определения двухпарной или четырехпарной конфигурации PoE.

С помощью логического входа WA_EN можно отключить интеллектуальный преобразователь: когда на этом входе установлен высокий уровень (относительно OUTN), IdealBridge™ работает как обычный диодный мост.

Микросхема выпускается в 40-выводном корпусе QFN размером 6х8 мм. PD70224 работает с напряжением до 57 В в температурном диапазоне -40…85°С.

Помимо силовой части, PD должен поддерживать протокол PoE, а это означает, что устройство должно проходить детектирование и классификацию. Это позволит на стороне PSE определить подключенное устройство и принять решение о способе взаимодействия с ним. Для этого в устройстве PD используют контроллеры интерфейса (front-end IC), например, микросхемы серии PD70210 [7].

Интегральные схемы PD70210, PD70210A и PD70210AL включают в себя расширенный блок классификации по двум, трем, четырем и шести событиям. С помощью выводов SUPP_Sx драйвера PD70224 контроллеры определяют, по каким парам кабеля фактически поступает питание. Микросхемы имеют внутренний механизм для быстрого разряда конденсатора входного преобразователя, чтобы обеспечить быстрое повторное обнаружение и включение в случае внезапного переподключения кабеля ко входному разъему.

На рисунке 8 показана базовая функциональная схема PD на PD70224 и контроллере PD70210A. Питание PD70210A берет непосредственно с выхода моста (выводы VPP и VPNI). Резистор на входе Rdet (25 кОм) во время фазы обнаружения внутренним ключом кратковременно подключается ко входу VPNI; резистор на входе Rcls определяют класс PD по потреблению (133, 69,8, 45,3 или 30,9 Ом, соответственно, первый, второй, третий или четвертый класс). Подключенный ко входу Rref резистор задает ток смещения внутреннего опорного источника напряжения, его сопротивление должно быть 60,4 кОм. Группа выходов с открытым коллектором (4P_HD_FLAG, 4P_AT_FLAG, AT_FLAG, HD_FLAG) показывает текущий статус контроллера и тип подключения.

Рис. 8. Функциональная схема PD

Если разработчик планирует проектировать выходной DC/DC-преобразователь самостоятельно, то стоит обратить внимание на расширенную версию PD70210 – микросхему PD70211 с дополнительным функционалом в виде встроенного ШИМ- (PWM) контроллера [8].

Отладочные платы

Компания Microchip для оценки своих решений в области PoE предлагает несколько отладочных плат и наборов. Для PSE внимание стоит обратить на плату PD-IM-7618T4 или ее продвинутую версию – набор PD-IM-7618T4H (рисунок 9) [9].

Рис. 9. Отладочная плата PD-IM-7618T4H

Плата PD-IM-7618T4 содержит одну микросхему PD69208T4 и контроллер PD69210, каждый канал PD69208T4 питает одно PoE-устройство по двум дифференциальным парам, такая система реализует восьмипортовый PSE стандарта IEEE802.3af/at. Если установить дополнительную дочернюю плату (верхняя на рисунке 9), то PD-IM-7618T4 превращается в набор PD-IM-7618T4H. Дочерняя плата содержит дополнительную PD69208T4. В результате питание к PD идет уже по четырем дифференциальным парам, а получившаяся система поддерживает восемь полноценных IEEE 802.3bt портов типа 4 с классом мощности до восьмого включительно.

На рисунке 10 показана структура отладочного набора PD-IM-7618T4H.

Рис. 10. Структура отладочного набора PD-IM-7618T4H

Главная плата может подключаться к персональному компьютеру (ПК) через интерфейс USB, в этом случае роль хост-контроллера выполняет ПК. Для преобразования последовательного интерфейса (UART и I²C) используется конвертор MCP2221. При необходимости с помощью перемычек можно отключить конвертор и взаимодействовать с PD69210 напрямую либо подключиться ко внешнему хост-контроллеру Ethernet-коммутатора.

Оценочная плата позволит разработчикам изучить решение PoE производства Microchip и отработать практические моменты применения. Принципиальные схемы плат набора могут стать основой для самостоятельного проектирования такой системы.

Литература

1. Next-Generation PoE: IEEE® 802.3bt. Microchip White Paper.
2. PD69208T4/PD69204T4/PD69208M. PoE PSE Manager Datasheet.
3. 8-Port PSE PoE Manager and PSE PoE Controller. PD69208T4 and PD69210 Datasheet.
4. Designing an IEEE 802.3af/802.3at/802.3bt-Compliant PD69208 48-Port PoE System. Microsemi Application note AN-211.
5. PD69200 Serial Communication Protocol. Microsemi User Guide.
6. PD70224 Ideal Bridge™ Dual MOSFET-based Bridge Rectifier. Datasheet.
7. PD70210/PD70210A/PD70210AL. Front-End PD Interface Controller. Datasheet.
8. PD Controller with Switching Regulator for AF/AT/UPOE/HDBaseT/4-pair PoE Applications. Datasheet.
9. PD-IM-7618T4H and PD-IM-7618T4, Eight Port PoE Evaluation Boards. Microsemi User Guide.

•••

Наши информационные каналы

Питание камер по PoE Широкий выбор беспроводных IP камер и оборудования

Какой источник питания PoE подходит для питания IP камер?

PoE (Power over Ethernet) — технология, позволяющая передавать питание

и данные через один Ethernet кабель. 
Требуется всего лишь соединить устройство, выдающее PoE, с устройством

потребляютание по PoE через сетевой разъем RJ-45

На первый взгляд кажется все просто и понятно, но как показала практика, не все вещи очевидны. 

Начнем с того, что есть «умное PoE» под стандартами IEEE  802.3af и IEEE  802.3at 
а есть пассивное PoE без привязки к стандартам.
Чем они отличаются и где используется ?
Стандартизированное PoE  IEEE  802.3af   IEEE  802.3at  ( 802.3at еще называют PoE + )

Единственное отличие между ними это мощность.
 IEEE  802.3af — 15.4 Вт 

 IEEE  802.3at  — 30Вт (обычно для PTZ камер)

Если ваша IP камера или IP телефон поддерживает 802.3af, то вы можете смело использовать инжектор как 802.3af так и 802.3at. (Говоря про инжектор, речь идет про источник питания)

потому что инжектор не выдаст больше чем может взять IP камера, а значит устройство не сгорит.

Но если у вас PTZ IP камера с потреблением свыше 15.4Вт то 802.3af вам уже не подойдет, нужен только 802.3at источник питания.

Ключевые особенности IEEE 802.3af  IEEE  802.3at 

• 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 выгорит.
  (чего нельзя сказать о пассивном PoE)
• Гарантированная передача питания и видеоданных для ip камер на 100 метров. Достигается за счет того, что напряжение источника питания (коммутатор или инжектор) в диапазоне от 44 до 57В и приемник питания (т.е камера) способна принимать питание в таком диапазоне.  Диапазон достаточно большой, это говорит о том, что если напряжение в кабеле просело на большом расстоянии, то камера всё равно получит питание и будет работать.

• Два типа передачи данных и питания Для ip камер с PoE 802.3af используется только 4 жилы (согласно IEEE 802.3af  IEEE 802.3at) 
  т.е питание идет по тем же парам что и данные.
  
  Источник питания(инжектор или коммутатор PoE) может использовать один
  из вариантов на свое усмотрение, но ip камера согласно стандарту IEEE
  802.3af  IEEE 802.3at  может принять питание как от ванианта №1 так и от
  варианта № 2 (см.ниже)

• 
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  Вариант№1 (1/2, 3/6)	Вариант№2 (4/5, 7/8)
  1.Бело-оранжевый	4.Синий
  2.Оранжевый	5.Бело-синий
  3.Бело-зелёный	7.Бело-коричневый
  6.Зелёный	8.Коричневый

• Контроль и управление питанием IEEE 802.3af  IEEE  802.3at 
  
  Поскольку данный вид PoE «умный» то его можно контролировать с помощью управляемых коммутаторов или инжекторов.
  
  Управление примитивное, но очень эффективное, например удаленное
  отключение питания, с последующим включением, что перезагрузит питаемое
  устройство, или например перезагрузка питания по расписанию (управляемые
  инжекторы) 
  
  Также можно контролировать мощность подачи питания, мониторить уровень потребления питания устройством. 

• Удлинение кабельной линии. 
  802.3af/t позволяет использовать PoE удлинители.
  
   Например у вас  задача подключить IP камеру на расстоянии в 300 метров от коммутатора или инжектора PoE
  
  Кажется, что это невозможно, ведь Ethernet работает на 100 метров, а
  питание для камеры вообще просядет в минимум уже через 100м. Но!
  технологии развиваются и на помощь приходят  PoE удлинители которые
  позволяют через каждые 100 метров ставить репитер (PEXT) который
  получает питание PoE 802.3af/t и отдает его дальше вместе с данными. По
  сути, как коммутатор, только на один порт.
  
  Теперь это все легко и просто.

Где используется PoEI EEE 802.3af  IEEE  802.3at ?

• IP-камеры 
• IP-телефоны
  
  PoE сплиттеры
• PoE медиаконверторы

Недостатки IEEE 802.3af  IEEE  802.3at 

Сам по себе стандарт недостатков не имеет, но инжекторы и коммутаторы  которые выдают питание 802.3af/t  стоят дороже чем обычный блок питания, или пассивный инжектор PoE

Пассивное PoE 
По большому счету, пассивное PoE это просто передача питания по свободным парам. 
Ключевые параметры

Данный тип питания не стандартизирован, а значит он может быть каким угодно по напряжению и полюсовке.

У каждого производителя своё мнение на этот счет. 

• Согласования по передачи питания между источником и потребителем в пассивном PoE нет. 
  
  Это говорит о том, что пассивный инжектор PoE не спросит конечное устройство нужно ли ему питание
  
  Если вы перепутали порты PoE и LAN, то в сетевую карту компьютера
  прилетит напряжение и вероятно выведет его из строя. Аналогичная
  ситуация произойдет если вы перепутали пары при обжатии коннектора.
  Данный метод питания не безопасен
• Пассивное PoE не гарантирует передачу питания на расстояние в 100 метров.
  
  Питание выдается статично 12В или 24В или 48В. Высока вероятность
  просадки напряжения при использовании passive PoE на  расстояние более
  50 метров. Устройство не получит нужного ему питания и может работать
  некорректно или не работать вообще.
• Только один тип передачи.
  
  Пассивное PoE передается ТОЛЬКО по 4,5,7,8. Это значит, что 4 жилы только под питание+ 4 жилы под передачу данных. 

4.Синий

5.Бело-синий

7.Бело-коричневый

8.Коричневый

• Пассивное PoE не контролируется и не управляется. (речь о инжекторах питания passive PoE) некоторые роетуры имеют возможность отключения питания на порту, такие как MikroTik 
• Удлинение кабельной линии невозможно при использовании пассивного PoE. 
• Passive PoE имеет разное напряжение источника питания и потребляющего устройства 
  
  Как уже было сказано выше, у каждого производителя пассивного PoE свой взгляд на тип передачи и распиновку кабеля.
  
  Здесь нужно быть предельно внимательным.
  
  Например:
  Ubiquiti использует для своих продуктов 24В DC для WiFi точек доступа. 
  MikroTik использует напряжение в диапазоне от 8 до 30В DC в своих роутерах на PoE портах. 
  Dahua  PoE коммутаторы используют 24В DC, но полярность передачи питания отличается от Ubiquiti. 
  Ubiquiti MikroTik и Dahua относятся к passive PoE и  несовместимы с устройствами 802.3af, 802.3at по напряжению и полярности
  
  В лучшем случае устройство не заработает, в худшем выйдет из строя.
  
  Для устройств 802.3af есть пассивный  совместимый инжектор, его напряжение 48В DC. 
  
  PI-154-1passive инжектор можно использовать с IP камерами, IP телефонами 802.3af. Но стоит помнить, что несоблюдение полярности выведет устройство из строя. Аналогично если вы перепутаете порт POE и LAN. 

Преимущества пассивных инжекторов — низкая стоимость. ​Других приемуществ нет.

2017-11-13 11:30:55