Со времени ратификации первого стандарта Power over Ethernet или питание по Ethernet (PoE) в 2003 году, использование PoE резко возросло и продвинулось вперед в новых приложениях. Питание по Ethernet обеспечивает огромные преимущества в отношении простоты установки, экономии затрат на CAPEX и OPEX и обеспечения унифицированного и безопасного стандарта электропитания для использования во всем мире.
Сегодня есть спрос на еще большую мощность. В частности, новые приложения IoT и Big Data, реализованные с помощью технологии 5G следующего поколения, вызывают беспрецедентный спрос на подключение дополнительных типов устройств с питанием (PD) к сетям Ethernet, включая IP-камеры наблюдения, точки доступа 802.11ac и 802.11ax, светодиодные светильники, маленькие ячейки 5G и другие устройства IoT.
Самые большие различия между PoE сейчас и в прошлые годы связаны с ограничениями мощности и скоростью передачи данных. Новейшие технологии и стандарты увеличивают предел мощности оборудования источника питания (PSE) и PD до 90 Вт и 71 Вт соответственно, а поддерживаемая скорость передачи данных может достигать 10 Гбит / с.
В прошлом PoE требовалось только для обеспечения мощности источника питания в 15,4 Вт, что было достаточно для большинства IP-телефонов и точек доступа 802.11a / b / g. Соответственно, когда IEEE 802.3at был выпущен в 2009 году, Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) указал мощность 30 Вт в источнике питания по Ethernet.
Следуя этим ранним решениям и одновременно с работой IEEE над новейшими технологиями и стандартами, были предприняты параллельные усилия по увеличению количества энергии, которое может быть доставлено на PD. Эти усилия были начаты с использованием стандарта PoE IEEE 802.3af-2003, который обеспечивает до 15,4 Вт выходной мощности для каждого устройства по двум парам кабелей категории 5e (Cat5e).
Следующим шагом стал стандарт IEEE 802.3at-2009, также известный как PoE +, который представил PSE / PD «Тип 2» для поддержки выходной мощности 30 Вт и мощности нагрузки 25,5 Вт. Затем Альянс HDBaseT стандартизировал протокол HDBaseT, который расширяет HDMI-каналы до 100 м по кабелям Cat5e или лучше. Наконец, в 2011 году Альянс HDBaseT создал стандарт Power over HDBaseT (PoH), увеличив максимальную мощность, которая может быть получена через четыре пары, до 95 Вт.
IEEE 802.3bt
Сегодня растущему разнообразию устройств с питанием (PD) требуется еще больше энергии, чем может поддерживаться более ранними стандартами Ethernet. Чтобы удовлетворить эти потребности, новый стандарт IEEE 802.3bt, ратифицированный в сентябре 2018 года, использует все четыре пары структурированной проводки. Он также расширяет информацию о классификации мощности, которой обмениваются во время первоначального согласования, для обеспечения значимой возможности управления мощностью. Это позволяет поддерживать несколько классов PoE, а также обеспечивает обратную совместимость.
Помимо обеспечения входной мощности PD до 95 Вт, если известна длина канала, сегодняшний стандарт IEEE 802.3bt добавляет несколько других важных новых возможностей. Были введены две новые категории PSE / PD типа 3 и типа 4, а также возможность работы на четырех парах. Стандарт также поддерживает конструкции PD с одинарной и двойной подписью и добавляет классы 5–8, чтобы помочь улучшить процесс взаимной идентификации. Функциональность автоматического класса включена, и IEEE 802.3bt поддерживает низкое энергопотребление в режиме ожидания, а также 10GBase-T с PoE. В таблице ниже приведены новые возможности PoE, предоставляемые ратифицированным стандартом IEEE 802.3bt.
Мощность не может превышать 100 Вт на порт в соответствии со стандартом IEEE 802.3bt, что обеспечивает соответствие требованиям ограниченного источника питания ISO / IEC 60950 и требованиям безопасного сверхнизкого напряжения (SELV). Этот уровень мощности все еще достаточен для приложений, которые ранее не могли поддерживаться с предыдущими стандартами IEEE, открывая дверь для большего числа развертываний приложений с питанием по Ethernet.
Наконец, сегодняшние спецификации IEEE 802.3bt отличаются от вчерашних стандартов PoE тем, что традиционные устройства типа 1 и 2 будут автоматически работать с системой IEEE 802.3bt. Это верно, если PSE и PD соответствуют стандарту, а PSE обладает необходимой мощностью. Если устройство с питанием нуждается в более высокой мощности, предлагаемой IEEE 802.3bt. и PSE (то есть IEEE 802.3af / в PSE) не может его поддерживать, PD либо останется выключенным, либо включится, но получит только энергию, доступную от источника питания (PSE).
Чипсеты PoE
В качестве примера того, как это работает, Microchip предлагает набор микросхем PSE, который позволяет стандартным коммутаторам взаимодействовать с новыми продуктами, совместимыми с IEEE 802.3bt-2018. Чипсет основан на более раннем наборе микросхем PSE компании для реализации широко распространенного стандарта питания PoE для четырех пар для передачи 95 Вт мощности потребителям. Он также формирует основу для совместимых с IEEE 802.3bt-2018 PoE-инжекторов и промежуточных панелей, которые устанавливаются между PD и существующим коммутатором (свитчом).
Такие системы решают проблему совместимости для пользователей, позволяя им питать любую комбинацию предварительно стандартизированных и IEEE 802.3bt-2018-совместимых PD. Благодаря своему выбору одно- и многопортовых опций, IEEE 802.3bt-совместимые коммутаторы могут использоваться для питания предстандартных устройств.
Современные наборы микросхем питания по Ethernet предоставляют разработчикам систем возможность создания одноплатной конструкции, содержащей как двух-, так и четырехпарные системы, необходимые для поддержки стандартного PoE, а также новейшие возможности, совместимые с IEEE 802.3bt-2018. Чипсеты равномерно уравновешивают тепловое рассеяние в системе и включают в себя необходимые функции диспетчера и контроллера для создания оборудования источника питания, которое может выдавать от 90 до 99,9 Вт мощности на порт.
В то же время это оборудование может поддерживать до 48 портов для приложений IEEE 802.3bt типа 3 (классы 1-6) и типа 4 (классы 7-8). Все, что требуется, — это обновление программного обеспечения, чтобы обновить их с более ранних стандартов до IEEE 802.3bt.
Еще одно различие между вчерашними и сегодняшними решениями PoE заключается в их способности защищать питаемые устройства от соединений с обратной полярностью при одновременном сокращении энергопотребления и затрат, связанных с доставкой питания IEEE 802.3bt типа 4 класса 8. Это достигается с помощью полных мостовых выпрямительных устройств на стороне питания PoE-соединения.
Итоги
Многое было достигнуто за почти два десятилетия с момента ратификации первых стандартов Power over Ethernet. Ожидается, что сегодняшний уровень питания по Ethernet 90 Вт, поставляемый по четырем витым парам кабелей Cat5e и выше, будет максимальным, определенным IEEE. Общепринято, что более высокие уровни могут быть небезопасными для существующей сегодня инфраструктуры кабелей и разъемов. Стандарт IEEE 802.3bt заменит все существующие на сегодняшний день предстандартные решения с мощностью 60 Вт / 75 Вт / 95 Вт, включая те, которые поддерживают UPOE или 4Pairs PoE.
По мере того, как поставщики продвигаются вперед со своими соответствующими дорожными картами продуктов, они будут уверены, что при надлежащей реализации их предстандартные и новые IEEE 802.3bt-2018-совместимые PD могут сосуществовать в одной и той же инфраструктуре Ethernet без необходимости создавать какие-либо изменения в существующих коммутаторах или кабелях.
