O que é Power over Ethernet (PoE)?
Sep 14, 2020
POE (Power Over Ethernet) refere-se a uma tecnologia que, sem quaisquer modificações na infraestrutura de cabeamento Ethernet Cat.5 existente, pode transmitir sinais de dados para terminais baseados em IP, como telefones IP, pontos de acesso LAN sem fio (APs), câmeras de rede, etc., ao mesmo tempo que fornece DC energia para tais dispositivos. POE, também conhecido como Power over LAN (POL) ou Active Ethernet, é a especificação padrão mais recente para transmissão de dados e energia elétrica usando cabos de transmissão Ethernet padrão existentes, mantendo a compatibilidade com os sistemas e usuários Ethernet existentes.
Recurso
A tecnologia POE garante a segurança do cabeamento estruturado e o bom funcionamento das redes existentes, ao mesmo tempo que minimiza os custos de forma eficaz. O padrão IEEE 802.3af, baseado no Power over Ethernet (POE) e no IEEE 802.3, introduz padrões para fornecimento direto de energia através de cabos Ethernet. Ele não apenas amplia o padrão Ethernet existente, mas também é o padrão internacional inaugural para distribuição de energia.
Padrões
1.IEEE 802.3af
O IEEE começou a desenvolver este padrão em 1999, com a participação inicial de fornecedores como 3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel e National Semiconductor. No entanto, as limitações desta norma sempre limitaram a expansão do mercado. Somente em junho de 2003 o IEEE ratificou o padrão 802.3af, descrevendo explicitamente a detecção e o controle de energia em sistemas remotos e definindo como roteadores, switches e hubs fornecem energia a dispositivos como telefones IP, sistemas de segurança e pontos de acesso de LAN sem fio via Cabos Ethernet. O desenvolvimento do IEEE 802.3af incorporou os esforços de vários especialistas do setor, garantindo que o padrão seja rigorosamente testado em todos os aspectos.
Um sistema Power over Ethernet típico envolve manter o equipamento de switch Ethernet no gabinete de distribuição e usar um hub midspan energizado para fornecer energia aos cabos de par trançado da LAN. Essa energia alimenta telefones, pontos de acesso sem fio, câmeras e outros dispositivos na extremidade do cabo. Para evitar quedas de energia, uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS) pode ser implantada.
2.IEEE 802.3at
O IEEE802.3at (25,5W) foi desenvolvido para atender às demandas de terminais de alta potência, fornecendo maior fornecimento de energia além do 802.3af para atender aos novos requisitos.
Para aderir ao padrão IEEE 802.3af, o consumo de energia dos Power Devices (PDs) é restrito a 12,95 W, satisfazendo as necessidades dos tradicionais telefones IP e aplicações de webcam. No entanto, à medida que surgem aplicações de alta potência, como acesso de banda dupla, videotelefonia e sistemas de vigilância PTZ, uma fonte de alimentação de 13 W torna-se inadequada, estreitando assim o escopo de aplicação da fonte de alimentação por cabo Ethernet. Para superar as restrições orçamentais de energia do PoE e alargar o seu alcance a novas aplicações, o IEEE formou uma força-tarefa para procurar formas de elevar os limites de energia deste padrão internacional. O grupo de trabalho IEEE802.3 iniciou o grupo de pesquisa PoEPlus em novembro de 2004 para avaliar a viabilidade técnica e econômica do IEEE802.3at. Posteriormente, em julho de 2005, o plano para formar o Comitê de Investigação IEEE 802.3at foi endossado. O novo padrão, Power over Ethernet Plus (PoE+) IEEE 802.3at, categoriza dispositivos que requerem mais de 12,95 W como Classe 4, permitindo que os níveis de potência sejam estendidos para 25 W ou mais.
Composição do sistema POE
A arquitetura do POE: Um sistema POE completo compreende Power Sourcing Equipment (PSE) e Powered Device (PD). Os PSEs fornecem energia aos clientes Ethernet e supervisionam todo o processo POE. PDs, ou dispositivos clientes do sistema POE, incluem telefones IP, câmeras de segurança de rede, pontos de acesso (APs), computadores portáteis (PDAs), carregadores de telefones celulares e muitos outros dispositivos Ethernet (na verdade, qualquer dispositivo abaixo de 13W pode consumir energia das tomadas RJ45). Baseados no padrão IEEE 802.3af, eles trocam informações sobre a conexão do PD, o tipo de dispositivo e o nível de energia, permitindo que os PSEs forneçam energia pela Ethernet.
Quais dispositivos podem ser alimentados por PSE？
Antes de selecionar uma solução PoE, é crucial identificar os requisitos de energia dos seus dispositivos alimentados (PDs). Os dispositivos PSE são classificados pelos padrões que suportam, como IEEE 802.3af, 802.3at ou 802.3bt, que correspondem a diferentes níveis de potência. Ao saber quanta energia seus PDs precisam, você pode escolher o padrão PoE apropriado para garantir compatibilidade e eficiência. Esse entendimento ajuda a selecionar a solução PoE certa, adaptada às necessidades do seu negócio, evitando equipamentos com potência insuficiente ou incompatíveis.
Parâmetros característicos
1、 Parâmetros da fonte de alimentação
Aula
802.3af (PoE)
802.3at (PoE plus)
802.3bt (PoE mais mais)
Classificação
0~3
0~4
0~8
Corrente máxima
350mA
600mA
1800mA
Tensão de saída PSE
44~57V CC
50~57V CC
44~57V CC
Potência de saída PSE
<=15,4W
<=30W
>=30W
Tensão de entrada PD
36~57V CC
42,5~57V CC4
48~57V CC
Potência máxima PD
12,95W
25,5 W
71,3W
Requisitos de cabo
Não estruturado
CAT-5e ou melhor
CAT-5e ou melhor
Cabos de alimentação
2
2
4
2、Processo de fonte de alimentação
Detecção: Inicialmente, o dispositivo POE emite uma tensão mínima na porta até detectar que o terminal do cabo está conectado a um dispositivo alimentado compatível com o padrão IEEE802.3af.
Classificação dos dispositivos PD: Ao detectar um dispositivo alimentado (PD), o dispositivo POE pode categorizar o PD e avaliar o consumo de energia necessário.
Iniciação de inicialização: Dentro de um tempo de inicialização configurável (normalmente inferior a 15 μs), o dispositivo PSE começa a fornecer energia ao PD a partir de uma tensão baixa, culminando em uma alimentação de 48 Vcc.
Fonte de energia: Fornece energia estável e confiável de 48 Vcc ao PD.
Desligamento de energia: Se o PD for desconectado da rede, o PSE rapidamente (normalmente entre 300-400 ms) interrompe a alimentação do PD e repete o processo de detecção para verificar se o terminal do cabo ainda está conectado a um dispositivo PD.
Princípio da fonte de alimentação
O cabo Ethernet Categoria 5 padrão consiste em quatro pares de fios trançados, mas apenas dois pares são usados em redes 10M BASE-T e 100M BASE-T. O padrão IEEE 802.3af permite duas configurações. Em um deles, pares não utilizados (pinos 4 e 5 para positivo e pinos 7 e 8 para negativo) são usados para alimentação. No outro, a energia é adicionada aos pinos de dados (pinos 1, 2, 3 e 6) através do ponto médio do transformador de transmissão sem afetar o fluxo de dados. Entretanto, o equipamento fonte de energia (PSE) deve escolher um desses métodos, enquanto o dispositivo alimentado (PD) deve acomodar ambos.
Método de fonte de alimentação
O padrão POE define dois métodos para transmitir energia CC para dispositivos compatíveis com POE usando cabos de transmissão Ethernet:
Método de ponte intermediária
Um método chamado "Mid Span" usa dispositivos independentes alimentados por PoE para fazer a ponte entre switches e dispositivos terminais habilitados para PoE, normalmente usando pares ociosos não utilizados em cabos Ethernet para transmitir energia CC. Midspan PSE é um dispositivo especializado de gerenciamento de energia que normalmente é colocado junto com switches. Corresponde a duas tomadas RJ45 para cada porta, uma conectada a um switch (referindo-se aos switches tradicionais sem função PoE) com fio curto, e a outra conectada a dispositivos remotos.
Método de ponte final
Outro método é o método "End Span", que integra equipamento de fonte de alimentação na saída de sinal do switch. Este tipo de conexão integrada geralmente fornece função de fonte de alimentação "dupla" para pares de linhas inativas e pares de linhas de dados. O par de linhas de dados adota transformadores de isolamento de sinal e usa derivações centrais para obter fonte de alimentação CC. Pode-se prever que o End Span será rapidamente promovido, uma vez que os dados e a transmissão Ethernet utilizam linhas comuns, eliminando a necessidade de linhas dedicadas para transmissão independente. Isto é particularmente significativo para cabos com apenas 8 núcleos e soquetes RJ-45 padrão correspondentes.
Últimos Desenvolvimentos
O padrão IEEE 802.3bt foi aprovado pelo Comitê de Padrões IEEE-SA em 27 de setembro de 2018, permitindo maior transmissão de energia através de links Ethernet.
O padrão PoE anterior utilizava apenas quatro dos oito fios em cabos Ethernet para transmissão de corrente CC, enquanto a força-tarefa do IEEE optou por empregar todos os oito fios para 802.3bt. A alteração 2 ao IEEE Std 802.3bt-2018 afirma: "Esta alteração utiliza todos os quatro pares em uma infraestrutura de cabeamento estruturado para melhorar a transmissão de energia, fornecendo assim maior potência aos dispositivos finais. A alteração também reduz o consumo de energia em espera nos dispositivos finais e introduz um mecanismo para melhor gerenciar o orçamento de energia disponível."
O objetivo do Comitê de Padrões IEEE é melhorar a transferência de energia de equipamentos de fonte de energia (PSE) para dispositivos alimentados (PDs). As classificações de potência dos PDs foram aumentadas para 71,3 W e 90 W do PSE.
Quais são os benefícios do PoE?
Instalação simplificada
O PoE permite que energia e dados sejam entregues através de um único cabo Ethernet, eliminando a necessidade de cabos de alimentação e tomadas separados. Isto simplifica o processo de instalação e reduz a quantidade de cabeamento necessária, especialmente em locais onde é difícil acessar a energia elétrica. Dispositivos como câmeras de segurança, pontos de acesso sem fio e telefones VoIP podem ser facilmente implantados em áreas de difícil acesso, como tetos ou espaços externos, sem a necessidade de tomadas elétricas adicionais. Isto torna a expansão da rede mais flexível e econômica, reduzindo a complexidade do processo de fiação e instalação.
Eficiência de custos
Uma das principais vantagens do PoE é a economia de custos que ele proporciona. Ao combinar energia e dados em um único cabo, o PoE reduz a necessidade de fiação elétrica e os custos trabalhistas associados à contratação de eletricistas para instalar circuitos de energia separados. O uso de cabos Ethernet padrão também significa que não há necessidade de cabeamento especializado. Além disso, os dispositivos PoE podem ser gerenciados centralmente a partir de um único local, reduzindo os custos de gerenciamento, monitoramento e solução de problemas de uma rede. Por sua vez, as empresas podem alargar as suas redes, mantendo ao mesmo tempo as despesas operacionais ao mínimo.
Flexibilidade no posicionamento do dispositivo
PoE permite maior flexibilidade ao colocar dispositivos alimentados. Como a necessidade de tomadas elétricas é eliminada, dispositivos como câmeras IP, pontos de acesso e telefones VoIP podem ser instalados onde quer que os cabos Ethernet possam ser instalados. Isto é especialmente útil em locais como tetos, corredores ou áreas externas onde pode não haver acesso a uma fonte de energia. A flexibilidade para instalar dispositivos em uma ampla variedade de locais melhora a cobertura de redes sem fio, sistemas de vigilância e outras infraestruturas de rede, oferecendo mais opções para otimizar a configuração geral da rede.
Escalabilidade aprimorada
As redes PoE são fáceis de escalar, simplificando a adição de novos dispositivos sem a necessidade de infraestrutura elétrica adicional. À medida que as empresas crescem, as expansões de rede podem ser realizadas simplesmente conectando novos dispositivos aos cabos Ethernet existentes. Isso torna muito mais fácil adicionar dispositivos como câmeras de segurança, telefones e pontos de acesso sem fio sem reconfigurações significativas. Essa escalabilidade garante que a infraestrutura de rede possa acompanhar as demandas crescentes e, ao mesmo tempo, minimizar a necessidade de atualizações dispendiosas ou disruptivas.
Eficiência Energética Melhorada
Os dispositivos PoE utilizam energia de forma mais eficiente do que os sistemas tradicionais de fornecimento de energia. O equipamento de fonte de energia PoE (PSE) fornece apenas a quantidade necessária de energia aos dispositivos conectados, evitando consumo desnecessário de energia. Além disso, os dispositivos habilitados para PoE podem ser ligados e desligados remotamente, reduzindo o consumo de energia dos dispositivos durante horários não operacionais. Este nível de controle de energia contribui para uma redução geral no uso de energia, tornando as redes PoE mais ecológicas e econômicas, reduzindo o consumo desnecessário de energia.
Gerenciamento centralizado de energia
Com PoE, os administradores de rede podem gerenciar e controlar o fornecimento de energia aos dispositivos conectados a partir de um local central. Isso inclui a capacidade de reinicializar dispositivos remotamente, monitorar o uso de energia e configurar cronogramas de fornecimento de energia para dispositivos conectados. Esta gestão centralizada melhora a fiabilidade da rede e reduz o tempo de inatividade, uma vez que os dispositivos podem ser rapidamente reiniciados sem necessidade de intervenção manual. Também permite um melhor controle sobre o consumo de energia da rede, permitindo uma distribuição de energia mais eficiente entre vários dispositivos.
Maior confiabilidade da rede
Os sistemas PoE melhoram a confiabilidade da rede ao oferecer suporte à redundância de energia. O equipamento de fornecimento de energia (PSE) pode ser conectado a uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS) central, garantindo que dispositivos críticos, como câmeras IP e pontos de acesso sem fio, permaneçam ligados mesmo durante quedas de energia. Este fornecimento de energia contínuo ajuda a manter a disponibilidade da rede, o que é crucial em ambientes como hospitais, escolas e ambientes industriais onde o tempo de inatividade da rede pode ter consequências significativas. Ao utilizar PoE, as empresas podem garantir que a sua rede permaneça operacional durante falhas de energia.
Segurança aprimorada
PoE fornece um meio mais seguro de fornecimento de energia, pois utiliza energia de baixa tensão (normalmente 48 V), o que reduz o risco de riscos elétricos durante a instalação e operação. O PoE também inclui mecanismos de segurança integrados para evitar danos aos dispositivos de rede. Por exemplo, os sistemas PoE podem detectar se um dispositivo conectado é compatível com PoE antes de fornecer energia. Se um dispositivo não PoE for detectado, a energia não será fornecida, garantindo que os dispositivos estejam protegidos contra danos elétricos acidentais. Este processo de detecção automática reduz as chances de mau funcionamento ou falha do equipamento.
Preparado para o futuro
A tecnologia PoE é adaptável às necessidades atuais e futuras da rede. À medida que os dispositivos se tornam mais avançados e consomem muita energia, os padrões PoE mais recentes, como o PoE++ (IEEE 802.3bt), podem fornecer até 90 W de energia, suportando os mais recentes dispositivos de alto desempenho. Além disso, à medida que as redes se expandem e a procura por dispositivos IoT cresce, a flexibilidade e escalabilidade do PoE tornam-no numa excelente escolha para empresas que procuram preparar a sua infraestrutura de rede para o futuro. Com o PoE, as empresas podem integrar facilmente novos dispositivos sem revisões significativas, garantindo que a sua rede permaneça atualizada e eficiente.
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