В чем разница между нынешними и прошлыми PoE-решениями?

 

Галит  Мендельсон (Galit Mendelson), старший менеджер по маркетингу PoE и развитию бизнеса, Microchip Technology

 

С момента ратификации первого стандарта PoE в 2003 г. спрос на PoE-технологию резко увеличился, и она нашли применение в новых приложениях. PoE обеспечивает огромные преимущества в отношении простоты установки, экономии капитальных и эксплуатационных затрат, в обеспечении единого и безопасного стандарта питания во всем мире. К настоящему времени появилась потребность в еще большей мощности. В частности, возник огромный спрос на подключение питаемых устройств дополнительных типов к сетям Ethernet в новых приложениях для интернета вещей и больших данных (Big Data) с поддержкой технологии 5G. К этим устройствам относятся IP-камеры наблюдения, точки доступа 802.11ac и 802.11ax, светодиодные светильники, малые соты 5G и другие IoT-устройства.

Самые большие различия между нынешними PoE-решениями и прошлыми заключаются в ограничениях мощности и скоростях передачи данных. Новейшие технологии и стандарты позволяют повысить лимит мощности питающего оборудования (PSE) и потребляющих устройств (PD) до 90 Вт и 71 Вт, соответственно, а поддерживаемая скорость передачи данных достигает 10 Гбит/с.

Прежде при использовании PoE-технологии мощность источника питания равнялась 15,4 Вт, чего было достаточно для большинства IP-телефонов и точек доступа 802.11a/b/g. По этой причине, стандарт IEEE 802.3at, который появился в 2009 г., установил для источников питания PoE уровень 30 Вт.

Вслед за этими прежними решениями и параллельно с работой IEEE над новейшими технологиями и стандартами были предприняты усилия по увеличению мощности, передаваемой потребляющим устройствам. Таким образом, стартовала разработка стандарта PoE IEEE 802.3af-2003, который обеспечивал выходную мощность до 15,4 Вт каждому устройству по двум парам кабелей категории 5e (Cat5e). Следующим шагом стал стандарт IEEE 802.3at-2009, или т.н. PoE +, который представил PSE/PD «типа 2» с поддержкой выходной мощности 30 Вт и мощности нагрузки 25,5 Вт. Затем альянс HDBaseT стандартизировал протокол HDBaseT, который позволил удлинить каналы HDMI до 100 м по кабелям категории Cat5e или выше. Наконец, в 2011 г. альянс HDBaseT создал стандарт Power over HDBaseT (PoH), увеличивший максимальную мощность до 95 Вт, которая может передаваться по четырем парам.

В настоящее время большому числу PD-устройств требуется более высокий уровень мощности, чем тот, который поддерживают первые стандарты. Чтобы удовлетворить эти потребности, новый стандарт IEEE 802.3bt, ратифицированный в сентябре 2018 г., использует все четыре пары структурированной кабельной сети и расширяет информацию о классификации мощности, обмен которой происходит при первоначальном согласовании, чтобы обеспечить достаточно широкие возможности управления мощностью. Новый стандарт поддерживает несколько классов PoE, а также обратную совместимость.

Стандарт IEEE 802.3bt не только повысил входную мощность PD-устройств до 95 Вт при известной длине канала, но и добавил несколько других важных функций. Так, например, появились две новые категории PSE/PD типов 3–4, а также возможность работы с четырьмя парами кабелей. Стандарт также поддерживает PD-устройства с одной и двумя сигнатурами и добавляет классы 5–8 для улучшения взаимной идентификации. Добавлена ​​функция автоматического класса. IEEE 802.3bt поддерживает низкое энергопотребление в режиме ожидания, а также 10G-BASE-T с PoE. В таблице приведены новые возможности PoE, обеспечиваемые ратифицированным стандартом IEEE 802.3bt.

 

Таблица. В соответствии с новым стандартом IEEE 802.3bt, входная мощность питаемых устройств достигает 60 Вт для типа 3 и 90 Вт для PSE/PD типа 4 при известной длине канала

Тип	Стандарт	Входная мощность PSE (мин.), Вт	Гарантированная входная мощность PD (мин.), Вт	Категория кабеля	Длина кабеля, м	Кол-во используемых пар
Тип 1	IEEE 802.3af	15,4	12,95	Cat5e	100	2
Тип 2	IEEE 802.3at	30	25,5	Cat5e	100	2
Тип 3	IEEE 802.3bt	60	51–60	Cat5e	100	2 или 4 класса 0–4 4 класса 5–6
Тип 4	IEEE 802.3bt	90	71–90	Cat5e	100	4 класса 7–8

 

Согласно стандарту IEEE 802.3bt, мощность не может превышать 100 Вт на порт, что отвечает требованиям ISO/IEC 60950 к источнику питания с ограниченной мощностью и к обеспечению безопасного сверхнизкого напряжения (SELV). Этого уровня мощности по-прежнему достаточно для приложений, которые не поддерживались прежними стандартами IEEE, что открывает путь к реализации большего количества портов PoE.

Наконец, нынешние спецификации IEEE 802.3bt отличаются от прошлых стандартов PoE тем, что унаследованные устройства типов 1–2 имеют возможность автоматически работать с системой IEEE 802.3bt. Это верно до тех пор, пока источники питания и потребители соответствуют стандартам и PSE обладают необходимой мощностью. Если PD-устройству требуется более высокая мощность, предусмотренная спецификацией IEEE 802.3bt, а источник питания, отвечающий, например, требованиям IEEE 802.3af/at, ее не поддерживает, PD-устройство либо остается выключенным, либо включается, но потребляет только доступную мощность.

Одним из первых примеров решений, обеспечивших такую ​​совместимость, стал набор микросхем PSE от Microchip, который позволяет коммутаторам предыдущего стандарта взаимодействовать с новыми изделиями, соответствующими IEEE 802.3bt-2018. Этот набор микросхем был разработан на базе более раннего чипсета PSE от Microchip для реализации широко распространенного стандарта PoH с четырьмя парами для питания устройств мощностью 95 Вт и является основой совместимых с IEEE 802.3bt-2018 инжекторов, а также промежуточных источников питания (midspans) PoE, которые устанавливаются между потребителями мощности и имеющимся переключателем. Эти системы решают проблему совместимости, обеспечивая питание любой комбинации PD-устройств ранних стандартов и спецификации IEEE 802.3bt-2018. Наличие однопортовых и многопортовых подключений позволяет новым коммутаторам, совместимым с IEEE 802.3bt, подключать питаемые устройства прежних стандартов.

Современные наборы микросхем PoE позволяют создавать одноплатные конструкции с двух- и с четырехпарными системами, необходимыми для поддержки функций прежних стандартов PoE, а также новейших функций IEEE 802.3bt-2018. Микросхемы равномерно распределяют рассеиваемое тепло по всей системе. Они оснащены функциями диспетчера и контроллера для разработки источников питания PSE, которые обеспечивают мощность в диапазоне 90–99,9 Вт на порт. В то же время эти источники поддерживают до 48 портов в приложениях IEEE 802.3bt типа 3 (классы 1–6) и типа 4 (классы 7–8) – достаточно только обновить программное обеспечение для перехода с более ранних стандартов на IEEE 802.3bt.

Еще одно различие между вчерашними и сегодняшними PoE-решениями заключается в том, что новый стандарт защищает питаемые устройства от подключений с обратной полярностью; при этом стало меньше пространство, занимаемое системой питания, и затраты, связанные с его подачей в IEEE 802.3bt, тип 4, класс 8. Это достигается за счет использования полномостовых выпрямительных устройств на питаемой стороне PoE-соединения.

Было немало достигнуто за почти два десятилетия, прошедшие с момента ратификации первых стандартов PoE. Ожидается, что нынешний уровень PoE-мощности 90 Вт, обеспечиваемый четырьмя парами кабелей категории Cat5e и выше, будет максимальным, определенным IEEE. Дело в том, что более высокая мощность может оказаться небезопасной для существующей инфраструктуры кабелей и разъемов. Стандарт IEEE 802.3bt заменит все имеющиеся на сегодняшний день решения, поддерживаемые прежними стандартами, которые обеспечивают мощность величиной 60/75/95 Вт, включая те, которые поддерживают UPOE или 4Pairs PoE. При этом нет необходимости вносить какие-либо изменения в существующие переключатели или кабельные сети.

 

MCA843