Что такое PoE и как работает технология питания через Ethernet

Сетевой технике для включения и стабильной работы необходима электроподача, а для обмена данными — подключение к сети. Обычно для этого прокладывают два отдельных кабеля: первый передает данные, другой подает питание от розетки.

Но что делать, если рядом с оборудованием нет свободной розетки, а протягивать к нему отдельную силовую линию накладно? Технология Power over Ethernet (PoE) позволяет обойтись одной витой парой для передачи и электроэнергии, и данных.

В статье мы рассмотрим, как работает эта технология, какие варианты подачи электроэнергии она предполагает и на что в первую очередь ориентироваться при подборе приборов.

Что такое PoE и зачем эта технология нужна

С помощью этой технологии одна линия Ethernet может нести как информационный сигнал, так и электричество для подключенной техники.

После подключения через витую пару и сигнал, и электричество поступают без отдельного блока и лишних проводов. Вместо двух линий — силовой и сетевой — прокладывается одна, что экономит время на монтаже, сокращает расход линии и уменьшает количество точек отказа в слаботочной сети.

Для монтажа аппаратуры не требуется привязка к розетке — ее размещают на потолке, столбе, фасаде. При наличии свитча перезагрузка удаленного прибора выполняется через консоль, без посещения объекта.

Где используется и какие задачи решает

Применение PoE востребовано там, где удаленная передача энергии через витую пару становится либо серьезным упрощением, либо единственно возможным вариантом подключения техники.

Чаще всего с этой технологией работают:

• IP-камеры видеонаблюдения. Видеокамеру не нужно подключать к розетке, достаточно дотянуть до нее одну сетевую линию. Для уличных камер на столбах, под крышей или на большой высоте такое решение особенно удобно. Если у камеры есть поворотный механизм (PTZ), подсветка или обогрев, ей нужно больше мощности, и здесь уже требуются расширенные Power over Ethernet+ и высокомощные Power over Ethernet++ версии.
• Точки доступа Wi-Fi. Чтобы поставить точку доступа в месте с лучшим покрытием, например под потолком в центре помещения, не придется тянуть к ней отдельную розетку. Ток подается по той же линии, по которой аппарат принимает интернет.
• VoIP-телефоны. Корпоративный IP-телефон подключается всего одной линией — по нему одновременно проходят питание и голосовой трафик. Благодаря этому рабочее место становится более мобильным, а на столе не приходится ставить громоздкие адаптеры. Такие телефоны потребляют немного электроэнергии, поэтому для них достаточно базового PoE 802.3af.
• Сетевые датчики, считыватели и другое IoT-оборудование. Такие устройства часто разбросаны по большим территориям, установлены вдоль заборов, на столбах или в помещениях без розеток. Протягивать к каждому отдельную силовую линию дорого, а иногда и невозможно. Электропитание по стандарту PoE решает эту задачу, упрощает монтаж и сокращает расходы.

Технология дает гибкость размещения оборудования и снижает материальные и трудовые затраты на инфраструктуру. При этом сетевая инфраструктура остается единой и управляется централизованно.

Как работает питание через Ethernet

Чтобы понять, по какому принципу работает технология, нужно разобраться в двух вещах — какие устройства при этом задействованы и каким образом по одним и тем же проводам одновременно идут и сетевой сигнал, и напряжение.

Какие устройства участвуют в такой схеме

В любой схеме передачи энергии по Ethernet есть две роли: источник тока PSE и запитываемый аппарат PD.

Роль PSE может выполнять коммутатор с поддержкой энергоснабжения — его порты отдают энергию в пределах общего бюджета — или инжектор. Он добавляет ток к сигналу и выручает, когда нужно запитать один-два прибора, а менять весь коммутатор нецелесообразно.

Сплиттер же работает в обратную сторону: принимает смешанные данные и ток по одному кабелю, разделяет их на выходе — напряжение через DC jack, данные через RJ-45 — и позволяет запитать по витой паре тот аппарат, который изначально не поддерживает электропитание через Ethernet.

Итак, схема такова: PSE — свитч или инжектор — отправляет в кабель ток, а PD — IP-камера, точка доступа, телефон — его принимает и использует для своей работы.

Почему один кабель может передавать и данные, и питание

Секрет совмещения кроется в физической структуре витой пары и способе кодирования сигнала.

В кабеле категории 5e и выше есть четыре витые пары, то есть восемь медных жил. Если скорость соединения не превышает 100 Мбит/с — Fast Ethernet — для передачи данных используются только две пары. Остальные остаются свободными, через них в старых версиях PoE как раз и подавали напряжение. Такой способ называют Mode B.

Когда требуются гигабитные скорости, необходимо задействовать все четыре пары. Свободных проводов не остается, поэтому напряжение передается по тем же самым парам, по которым идут данные. Такое электроснабжение называется «фантомным» — в старых версиях его обозначали Mode A. Напряжение добавляется к сигналу через средние точки трансформаторов на портах, а специальные схемы разделяют их, не давая мешать друг другу.

В итоге на любых скоростях, хоть 100 Мбит, хоть гигабит в секунду, данные и напряжение спокойно сосуществуют на одних и тех же проводах, не создавая помех друг для друга.

Какие стандарты PoE бывают и чем они отличаются

Технологию PoE описывают стандарты IEEE. Сейчас действуют три основных поколения, которые различаются по мощности и способу передачи.

• Стандарт PoE 802.3af, 2003 г. Отдает до 15,4 Вт на порт, до прибора доходит около 12,95 Вт, использует две пары. Этого хватает для стационарных IP-камер, VoIP-телефонов и простых точек доступа.
• Версия 802.3at, 2009 г. До 30 Вт от источника, до приемника — 25,5 Вт, тоже две пары. Нужна для более требовательной техники: PTZ-камер с поворотом, точек доступа Wi-Fi 6, видеодомофонов, оборудования с подогревом.
• Редакция 802.3bt, 2018 г. Задействует все четыре пары: тип 3 дает до 60 Вт — на аппарате до 51 Вт, тип 4 — до 90–100 Вт, на нагрузке 71–90 Вт. Такой вариант способен запитать компактные компьютеры, офисные ПК, мощные светодиодные светильники и некоторые системы видеоконференцсвязи.

По сути, стандарт определяет, какую технику вы можете запитать. Для простой камеры хватит базовой версии, а для мощной PTZ-камеры с обогревом уже необходимы повышенная мощность и более высокое напряжение, иначе энергию придется подводить отдельной линией.

Когда достаточно обычного PoE, а когда нужен PoE+ или PoE++

Выбор версии зависит от подключаемого прибора и условий его работы.

• Базовой версии 802.3af, 15,4 Вт достаточно для стационарных IP-камер без подсветки и нагрева, VoIP-телефонов, простых точек доступа Wi-Fi 4/5, сетевых датчиков и считывателей.
• Расширенная версия 802.3at, до 30 Вт требуется для PTZ-камер с поворотным механизмом, IP-камер с мощной ИК-подсветкой или обогревом, точек доступа Wi-Fi 6 и выше, видеодомофонов с экраном и некоторых тонких клиентов.
• Высокомощная версия 802.3bt, до 60–100 Вт необходима для премиальных PTZ-камер с обогревом и крупной оптикой, мощных точек доступа с несколькими радиомодулями, компактных компьютеров, цифровых вывесок и светильников.

Активные стандарты спроектированы с запасом совместимости. Если подключить оборудование, рассчитанное на 15 Вт, к коммутатору на 30 Вт, ничего страшного не случится — устройство возьмет ровно столько, сколько ему нужно. Но если, наоборот, к порту на 15 Вт подключить аппарат, которому требуется 25 Вт, энергии не хватит, и он либо не включится, либо будет отключаться при нагрузке.

Как подобрать оборудование для PoE

Для правильного выбора свитча, инжектора или сплиттера сначала выясняют, сколько энергии требуется каждому прибору, какова их суммарная нагрузка и как далеко они находятся. Затем определяют необходимый резерв энергоснабжения.

Что учитывать при выборе коммутатора, инжектора или сплиттера

Тип оборудования зависит от схемы подключения и количества приборов:

• Если в сети будет несколько таких аппаратов, подойдет свитч. Он одновременно распределяет данные и подает питание, что упрощает управление всей системой.
• Если таких приборов один или два, а основной свитч не поддерживает передачу энергии, используют инжектор. Его подключают между коммутатором и техникой — инжектор добавляет напряжение в кабель.
• Если прибор не поддерживает питание через Ethernet, нужен сплиттер. Сплиттер выдает данные через RJ45, а питание — через отдельный разъем, обычно DC jack на 5, 9 или 12 В, в зависимости от требований прибора.

Максимальное расстояние от источника питания до прибора — 100 метров. Если его превысить, напряжение падает, и техника начинает отключаться или вовсе не запускается. В таких случаях в разрыв линии ставят репитер — удлинитель, каждый из которых добавляет еще до 100 метров.

Почему важно учитывать не только поддержку PoE, но и мощность

Часто при выборе аппаратуры обращают внимание лишь на наличие поддержки энергоснабжения на порту, забывая о том, насколько отличаются возможности разных портов. Итак, что действительно важно:

• Первое — какая версия заложена на порту: 802.3af, 802.3at или 802.3bt. Она задает максимум энергии, который можно отдать одному подключенному прибору.
• Второе — совокупный бюджет свитча. Например, восьмипортовое устройство с версией 802.3af обычно имеет резерв 60–80 Вт. Этого хватит для питания четырех-пяти аппаратов, но не всех восьми сразу.
• Третье — класс потребления подключаемой техники. Современные приборы сами сообщают источнику — свитчу или инжектору — сколько им нужно. А тот резервирует для них требуемую долю из своего бюджета.

Преимущества и ограничения технологии PoE

Преимущества

• Избавляет от прокладки отдельных силовых кабелей, установки розеток и вызова электриков, сокращая время и стоимость монтажа кабельной трассы.
• Аппаратура размещается в любом месте и не привязана к розетке, что особенно важно для точек доступа и уличных камер.
• Питанием можно управлять удаленно — перезагрузить устройство или отключить порт через консоль, не подходя к нему.
• Активные спецификации безопасны для обычной техники — энергия не поступает без специального запроса от совместимого девайса.
• Добавление нового прибора в любой свободный порт свитча не требует отдельного подвода электричества, что упрощает масштабирование сети.

Ограничения

• Доступная энергия ограничена 15–100 Вт в зависимости от версии, чего недостаточно для серверов или производительных рабочих станций.
• По спецификации максимальная длина линии — 100 м, но из-за перегибов и возможных изъянов монтажа реальная надежная дистанция сокращается до 75–90 м.
• Стабильность обеспечивает только медный проводник, например Cat5e или Cat6. Алюминий с медной оболочкой CCA не подходит из-за риска перегрева.
• Свитчи с большим запасом энергии сильно греются, поэтому для них требуется хорошая вентиляция либо активное охлаждение.

Какие ошибки чаще всего допускают при работе с PoE

Ошибка в выборе спецификации, экономия на проводнике либо применение пассивной схемы приводят к одному и тому же результату — подключенный аппарат не запускается или работает с перебоями. Чтобы этого не случилось, нужно не допускать типичных ошибок:

• Считать, что поддержка PoE уже гарантирует нужную мощность. PTZ-камера с потреблением 25 Вт, подключенная к порту 802.3af на 15,4 Вт, будет отключаться или не запустится вовсе. Единственный способ избежать этого — сверить стандарты: посмотреть, что указано в спецификации, и что может дать коммутатор или инжектор.
• Неверно рассчитывать мощность. При расчете часто складывают паспортную мощность всех устройств и сравнивают с общим бюджетом коммутатора, но упускают, что потребление меняется в разных режимах, а при включении возникают кратковременные скачки — пусковые токи. Запас в 20% от общего бюджета помогает избежать таких проблем.
• Неправильно подбирать проводник. Алюминиевые жилы с медным покрытием CCA при передаче энергии греются, из-за чего напряжение падает, а аппаратура выходит из строя. Для электропитания по Ethernet нужна медная линия. Категория — Cat5e для стандартов 802.3af и 802.3at, а для 802.3bt на длинных дистанциях — Cat6 или Cat6a.
• Считать любое устройство с RJ45 совместимым с PoE. На самом деле технология действует только когда оба звена — задающее и принимающее — ее поддерживают. Обычный ПК, принтер или телевизор не получат электричества через такой разъем: активный стандарт не даст им сгореть, но и работоспособности не прибавит. Для запитки подобного девайса требуется специальный сплиттер.
• Использовать пассивный вариант без проверки совместимости. Пассивные инжекторы и оборудование не определяют, поддерживает ли подключенная техника получение энергии через Ethernet. Напряжение подается в кабель всегда. Если к такому источнику подключить прибор, не рассчитанный на данное напряжение или полярность, он сгорит.

Рекомендуем внимательно читать спецификации устройств, закладывать запас по мощности и отдавать предпочтение активным стандартам Power over Ethernet. Пассивный вариант стоит использовать только для проверенных схем, где напряжение и полярность точно известны.

Если у вас остались вопросы по подбору коммутаторов, инжекторов, сплиттеров или сетевых кабелей, специалисты Global Cables помогут разобраться и найти оптимальное решение вашей задачи. Компания работает с юридическими лицами и ИП, поставляет профессиональную коммутацию оптом, а также изготавливает готовые соединительные изделия под заказ.

Склад находится в Москве по адресу ул. Дубининская, 68с3. Связаться с нами можно по телефону +7 (495) 877-37-26, через форму на сайте global-cables.ru или по электронной почте info@global-cables.ru.