PoE - самые основы
Чтобы объяснить работу PoE, начнем с нескольких определений. Термин “Power over Ethernet” относится к использованию кабелей данных Ethernet для передачи электроэнергии, чтобы позволить таким устройствам, как IP-видеокамеры, получать питание и связываться с сетью через одно соединение. Если устройство называется “PoE-совместимым”, значит, что оно соответствует универсальному стандарту для PoE – IEEE 802.3af и может безопасно подключаться к другим устройствам, совместимым с PoE.
Стандарт IEEE 802.3af не только описывает передачу питания PoE-устройствам, но устанавливает много терминов, используемых для описания оборудования и приложений PoE. Эти устройства работают в одном сетевом канале, то есть два устройства, соединенных сетевым кабелем: PoE-устройство (IP-камера или точка беспроводного доступа) получающие питание через сетевой кабель, называются PD (Powered Device); а устройство, являющееся для них источником питания, называется PSE (Power Sourcing Equipment). Обычно PSE это сетевой коммутатор с поддержкой PoE или промежуточный узел, подключенный между обычным коммутатором и PD, который подает питание PoE в канал. Такое устройство называется PoE-инжектор
Поскольку не все сетевые устройства предназначены для приема PoE, стандарт включает процедуру проверки совместимости до подачи питания на линию. PD должен выдать специальный ответ, который PSE ждет перед включением PoE для порта. Это происходит автоматически в течение нескольких секунд после подключения. Такая проверка гарантирует, что питание не включится, если к порту подключено устройство без поддержки PoE. Значит в PoE-порты сетевых коммутаторов можно включать устройства независимо от того, есть в них поддержка PoE или нет.
Преимущества использования PoE
Как только мы поняли принцип работы PoE, мы видим его – экономия на кабельных линиях и работах по их монтажу. Напряжение, которое обеспечивают PSE (48 В постоянного тока) достаточно высокое, чтобы эффективно передавать питание по стандартному кабелю 5 категории и достаточно низкое, чтобы оставаться безопасным для человека.
Однако, помимо этих преимуществ, оборудование PoE содержит интересные решения для обеспечения безопасности и надежности своей работы.
Прежде всего, необходимость ответа от PoE-устройства предотвращает повреждение несовместимого оборудования – то есть, можно использовать PoE-коммутатор без риска повреждения устройства, не использующего PoE. После получения ответа и включения питания встроенный мониторинг тока дает возможность отключения питания, если PD неисправно или потребляет слишком много мощности. PSE также автоматически восстанавливает подачу питания на порт, если PD выходит из режима перегрузки или подключается новое устройство. Для простоты установки, питание PoE невосприимчиво к неправильной разводке или переполюсовке, а на случай проблем с заземлением или сетевым напряжением предусмотрена гальваническая изоляция. Поскольку питание многих сетевых устройств передается из одного 19”-шкафа, питание легко зарезервировать, установив туда источник бесперебойного питания (ИБП). Изначальным толчком развития электропитания через Ethernet была необходимость централизованного резервного питания для VoIP телефонов, чтобы достичь надежность обычных телефонных установок там, где простой сети дорог. И, конечно же, непрерывная работа является обязательным требованием в системах видеонаблюдения, контроля доступа и сигнализации.
Функция «классификация мощности», позволяет PD индицировать, сколько мощности ему требуется (в диапазонах, называемых классами мощности примерно до 4, 7 и 13 Вт). Благодаря этому, коммутаторы и эффективно распределяют доступную мощность, а удаленный мониторинг питания и переключение устройств (например, с помощью SNMP) предоставляет возможность управления тем, активностью устройств в разное время, чтобы как можно меньше тратить энергии впустую. В частности, возможность удаленного управления питанием позволяет сбросить неисправные устройства – например IP-камеру, которая “зависла.
Все это приводит к тому, что PoE – идеальный способ передачи питания на маломощные устройства, независимо от того, передает ли кабель данные. Например, ИК-прожекторы для видеокамер могут запитываться через PoE, хотя они не передают никакие данные по сети.
Несмотря на техническую элегантность PoE, есть проблемы, с которыми сталкиваются установщики и недостатки самой технологии. Максимальная длина сетевого кабеля 100 метров. Это фактор, который ограничивает использование IP-камер вдали от коммутационных шкафов. Недостаток усугубляется тем, что длина смонтированных кабелей часто оказывается больше, чем ожидалось и дальние камеры не запускаются. Это приводит к необходимости установки дополнительных PoE-повторителей, что усложняет и удорожает стоимость системы видеонаблюдения.
Еще одно существенное ограничение текущего стандарта PoE – максимальная мощность, доступная для каждого устройства. Если 13-ваттный лимит на порт решает проблему питания в VoIP-телефонии, то в видеонаблюдении и контроле доступа этого недостаточно – PTZ-камеры потребляют гораздо больше. Это ограничение обходит стандарт PoE Plus 802.3at, который передает уже 25 Вт на порт, но коммутаторы с поддержкой Poe Plus стоят дороже.
Использование PoE
Топология сети с поддержкой PoE также может немного отличаться от топологии традиционной установки, поскольку она будет более смещена в сторону схемы «одна звезда» чтобы направить как можно больше энергии через центральную сеть и источник бесперебойного питания. Это оптимальная конфигурация с точки зрения распределения мощности, если можно преодолеть вышеупомянутое ограничение расстояния. С ним также знакомы установщики систем безопасности, поскольку он больше напоминает установку коаксиального кабеля для аналогового видео.
Наконец, тщательное проектирование позволяет установить систему видеонаблюдения с поддержкой PoE, которая будет энергоэффективна, управляема и гибка. PoE-коммутаторы предпочтительнее PoE-инжекторов, поскольку они занимают меньше места в стойке и упрощают прокладку кабелей. Удаленное управление питанием позволяет при желании внедрить сложные схемы управления, чтобы снизить энергопотребление или повысить устойчивость к отключениям электроэнергии.
Требования к мощности стойки для оборудования также значительно возрастают, когда в ней устанавливаются PoE-коммутаторы, поэтому нужно учитывать максимальную указанную мощность всех PSE, чтобы все каналы могли при необходимости обеспечивать максимальную мощность PoE, не перегружая ИБП. Вырастает и тепловыделение внутри стойки: хотя большая часть мощности уходит по кабелю к устройствам, до 30% – мощности PSE переработает в тепло. Поэтому следует подумать и об охлаждении.
Заключение
Стандарт Power over Ethernet имеет много технических преимуществ и функций, повышающих надежность. В результате PoE представляет собой элегантный метод подачи питания, который легко интегрируется с существующей технологией Ethernet. Поскольку сам Ethernet уже хорошо стандартизирован и автоматически настраивается, PoE дополняет его, позволяя полностью физически подключать сетевые устройства по принципу plug-and-play.