Power Over Ethernet (PoE) на четырех парах

Обзор питания по Ethernet (PoE) на четырех парах

В течение нескольких лет вы развертывали кабельные системы, в которых применялась технология Power Over Ethernet (PoE) для целого ряда устройств: VoIP-телефонов и камер видео наблюдения. Все это время от вас требовалось лишь поддерживать оборудование мощностью до 30 ватт. Однако с появлением на рынке большого количества устройств с поддержкой PoE более высокой мощности, таких как точки доступа Wi-Fi 802.11ac, цифровые дисплеи и даже настольные компьютеры, ваши клиенты стали требовать поддержки технологии передачи электропитания по четырем парам. В настоящей статье приводится актуальная информация по четырем темам, касающимся PoE: предлагаемые стандарты, требования к кабельной инфраструктуре, сертификация кабельных соединений ограниченной мощности и полевые терминированные разъемы.

На этой странице

Применимые роли и должности

Эта информация особенно полезна, если вы работаете на этих должностях

Подрядчики и установщики сетевых кабельных систем
Сетевые инженеры

Стандарт Four Pair Power Over Ethernet (PoE) для вашей кабельной системы

В течение нескольких лет вы развертывали кабельные системы, в которых применялась технология Power Over Ethernet (PoE) для целого ряда устройств: VoIP-телефонов и камер видео наблюдения. Все это время от вас требовалось лишь поддерживать оборудование мощностью до 30 ватт. Однако с появлением на рынке большого количества устройств с поддержкой PoE более высокой мощности, таких как точки доступа Wi-Fi 802.11ac, цифровые дисплеи и даже настольные компьютеры, ваши клиенты стали требовать поддержки технологии передачи электропитания по четырем парам. В настоящей статье приводится актуальная информация по четырем темам, касающимся PoE: предлагаемые стандарты, требования к кабельной инфраструктуре, сертификация кабельных соединений ограниченной мощности и полевые терминированные разъемы.

Стандарты

На сегодняшний день существуют два типа PoE. Давайте рассмотрим разницу между ними. Тип 1 предполагает передачу до 15.4 Вт, из которых устройство получает 13 Вт, PoE типа 2 (иногда называется PoE Plus) обеспечивает мощность до 30 Вт, из которых устройству доступно 25.5 Вт. В обоих случаях для электропитания используются две пары, однако при этом существуют два альтернативных варианта выбора этих пар.

В альтернативном варианте А электроэнергия подается одновременно с данными по парам 1–2 и 3–6. В альтернативном варианте B питание осуществляется по запасным парам 4–5 и 7–8. Альтернативный вариант A совместим с оборудованием, которое использует как две пары (например, 10/100BASE-T), так и четыре пары (например, 1000BASE-T), а альтернативный вариант B совместим лишь с оборудованием, в котором для передачи данных используются только две пары.

В предлагаемом стандарте 802.3bt описывается PoE по четырем парам типов 3 и 4, предполагающих передачу электроэнергии по всем четырем парам одновременно с данными. PoE типа 3 предполагает передачу электроэнергии мощностью до 60 Вт, из которых 51 Вт доступны для устройства, а PoE типа 4 предусматривает мощность питания до 90 Вт, из которых устройству доступны 71 Вт.

Программа сертификации Ethernet Alliance

В целях улучшения операционной совместимости Ethernet Alliance, консорциум производителей, состоящий на 90 % из поставщиков коммутационного оборудования PSE, анонсировал программу сертификации PoE. Эта программа описывает методологию сертификации их изделий для обеспечения операционной совместимости с другими PoE-решениями, поддерживающими стандарт IEEE-802.3, и соответствующую маркировку таких изделий.

Сертификация продукции определяется 300-страничным планом испытаний с использованием утвержденного оборудования. Она может выполняться производителями или сторонними организациями, например, Лабораторией операционной совместимости Нью-Гемпширского университета (UNH-IOL). Сертифицироваться могут как устройства PSE, так и PD. На оборудование, прошедшее столь строгий процесс, разрешается наклеивать стикеры «сертифицировано EA», см. ниже.

Проектировщикам или монтажникам оборудования PoE будет достаточно взглянуть на эти стикеры на устройствах PSE и PD, чтобы удостовериться в их совместимости. Если номинал PSE соответствует требованиям PD или превышает их, функциональная совместимость гарантирована.

Стикеры Ethernet Alliance для питаемых устройств (PD) и устройств-источников электропитания (PSE).
Стикеры Ethernet Alliance для питаемых устройств (PD) (слева) и устройств-источников электропитания (PSE) (справа).

Требования к кабельной инфраструктуре

Согласно альтернативному варианту A технологии PoE типов 1 и 2, электроэнергия передается путем приложения синфазного напряжения к двум парам. При этом сила тока должна равномерно распределяться между двумя проводниками. Для этого каждый проводник в паре должен иметь сбалансированное (одинаковое) сопротивление постоянному току. Любые отклонения в этом случае называются асимметрией сопротивления постоянному току. Слишком большая асимметрия может нарушить сигналы передачи данных, став причиной битовых ошибок и повторных передач, и даже способна привести к неработоспособности каналов данных.

Аналогично варианту А технологии PoE типов 1 и 2, в технологии PoE на четырех парах типов 3 и 4 питание также подается посредством приложения синфазного напряжения, таким образом омическая асимметрия по постоянному току здесь тоже имеет значение. Однако в типах 3 и 4 необходимо беспокоиться не только об асимметрии сопротивления постоянному току в каждой паре. К нарушению передачи данных и прекращению функционирования PoE также может привести излишняя омическая асимметрия по постоянному току между несколькими парами.

Помимо того, что риск асимметрии сопротивления постоянному току представляет низкокачественный кабель с проводниками разного диаметра и концентричности (цилиндричности), не меньший риск может вносить и качество соединений, в которых отдельные проводники могут быть не надлежащим образом и неравномерно обжаты в разъемах IDC. Хотя производитель и указывает характеристики асимметрии сопротивления постоянному току для своего кабеля, единственный способ проверить их достоверность — провести полевые испытания после монтажа.

Кабельные анализаторы серии DSX CableAnalyzer™ помогут просто и быстро проверить омическую асимметрию по постоянному току между проводниками пары, а также между парами. В результате у вас будет полная уверенность в том, что смонтированная кабельная система подходит для оборудования с поддержкой технологии PoE по двум и четырем парам.

Повышение температуры и кабели ограниченной мощности

К сожалению, асимметрия сопротивления постоянному току — не единственное, о чем стоит беспокоиться. При передаче электропитания по медным парам по технологии PoE высокая температура кабеля может увеличить вносимые потери. Это может привести к неудачным испытаниям канала на вносимые потери или потребовать сокращения длины кабеля.

Тепловыделение при PoE становится тем больше, чем больше кабелей передают электроэнергию в одном пучке, а чем выше мощность — тем выше температура. Количество кабелей в пучке, в зависимости от размера проводников и температурного номинала для PoE мощностью 60 Вт и выше, регламентируется Национальными правилами эксплуатации электроустановок.

Чтобы упростить выбор кабеля для технологии PoE, в Underwriter’s Laboratories (UL) разработали правила сертификации кабелей ограниченной мощности (LP), основанные на исследовательской работе влияния высокой мощности PoE на кабели в пучках. Сертификат LP доказывает, что кабель прошел испытания и способен выдержать эксплуатацию по технологии PoE даже в самом худшем сценарии монтажа без превышения своего температурного номинала. Правила сертификации учитывают большие размеры пучков, высокую температуру воздуха и другие воздействия окружающей среды, например, замкнутые пространства и кабель-каналы.

Важно понимать, что LP — это сертификат, а не перечень или рейтинг. Поэтому, в отличие от других перечней UL, рейтингов воздуховодов или вертикальных шахт, которых требует NFPA 70 National Electric Code®, получение сертификата LP на кабель является добровольным, а не обязательным требованием. А что касается NEC®, в 2017 редакции содержатся новые требования, также касающиеся проблемы повышения температуры, но лишь для мощностей свыше 60 Вт (тип 3). Для таких случаев в NEC приводятся таблицы допустимой токовой нагрузки для смонтированных пучков кабелей определенных размеров, диаметров проводов и температурных номиналов в условиях с температурой окружающей среды 30 °C (86 °F). Соответствие этим таблицам обязательно, поскольку NEC® имеет статус закона. Однако в качестве альтернативы следования таблицам допустимой токовой нагрузки, в NFC допускается использование кабеля с сертификатом LP.

С одной стороны, эта проблема актуальна для вас только в том случае, если вы планируете внедрение PoE выше 60 Вт, тогда как потребляемая мощность большинства устройств с поддержкой PoE, в том числе светодиодных ламп, значительно меньше. С другой стороны, вы никогда не узнаете, какая мощность однажды может быть передана по кабелю, поэтому стоит подстраховаться, обеспечив соответствие таблицам допустимой токовой нагрузки или используя кабель с сертификатом LP. Кроме того, вы можете использовать кабель с проводниками большего диаметра, большего температурного номинала, с экранированием, либо вообще отказаться от объединения кабелей в пучки.

Не смотря на то, что для высококачественных кабелей с более высоким температурным номиналом или сертификатом LP нехарактерна асимметрия сопротивления постоянному току, ее может вызывать и неудовлетворительное качество работ. Поэтому все равно рекомендуется испытывать кабели LP на сопротивление постоянному току.

Терминированные соединения с модульным разъемом

Сценарий использования потолочного пространства для подключения модульных вилокВсе больше и больше устройств получают поддержку протокола IP и подключаются к горизонтальной кабельной инфраструктуре. Это вызвано развитием Интернета вещей (IoT) и распространением технологий, в которых применяются датчики. Большинство этих устройств, таких как светодиодные лампы, камеры видеонаблюдения, средства автоматизации зданий и точки доступа Wi-Fi, имеют встроенный порт RJ45 для подключения к сети.

Возможны ситуации, когда типовой канал с четырьмя разъемами не используется при подключении этих типов устройств, особенно тех, которые располагаются в потолочном пространстве, где не имеет смысла устанавливать лицевую панель. Вместо этого в телекоммуникационное помещение выводится всего один коммутационный шнур (патч-корд), а другой конец этого постоянного соединения оканчивается разъемом, который вставляется прямо в устройство. В результате этого аппаратный шнур просто не требуется. Такой тип подключения называется терминированным каналом с модульным разъемом или MPTL, и по мере того, как он приобретает популярность, появляясь в отраслевых стандартах, неплохо понять уже сегодня, каким образом проводить его испытания.

Среди преимуществ терминированных соединений с модульным разъемом — повышение безопасности и улучшение эстетического вида за счет отсутствия открытых патч-кордов, которые могут быть случайно или намеренно отключены (представьте себе камеру видеонаблюдения), и возможность обеспечить соблюдение нормативного требования о размещении оборудования класса «пленум» только в проветриваемых пространствах (не все патч-корды относятся к классу «пленум»).

Описание канала, оканчивающегося разъемом и не требующего аппаратного шнура, изначально появилось в 005стандарте Безопасности и защищенности электронных устройств BICSI, а затем в033 «Методах проектирования и реализации информационно-коммуникационных технологий в области интеллектуальных зданий и помещений» BICSI, готовящихся к публикации в этом году. Стандартом автоматизации зданий TIA-862 также предусматривается необходимость устранения аппаратного шнура в случаях, если это непрактично или небезопасно, и специально оговаривается возможность использования терминированных соединений с модульным разъемом. Такой тип соединения ранее назывался «прямым подключением», однако в связи с тем, что такой термин применяется в центрах обработки данных для обозначения подключений между коммутатором и сервером, его название претерпело изменения.

До признания этого типа подключения отраслевыми стандартами не существовало специальных требований к проведению испытаний терминированных соединений с модульным разъемом, описываемых стандартом TIA. Поэтому по рекомендации BICSI эти соединения изначально испытывались согласно процедуре модифицированных испытаний однопроводных постоянных соединений. Для этого главный испытательный стенд подключался к патч-панели с помощью адаптера постоянного соединения, а удаленный блок на другом конце подключался с помощью адаптера канала, после чего на тестере выбирался режим «Mod 1-Conn Perm. Link». Проблема с использованием адаптера канала на другом конце заключалась в том, что из испытания исключалось стыкуемое соединение на другом конце кабеля.

По мере распространения терминированных соединений с модульным разъемом и повышения вероятности случаев некачественного терминирования, органы стандартизации признали необходимость разработки порядка испытаний с концевым разъемным соединением на другом конце кабеля. Черновик стандарта ANSI-TIA568.2-D содержит конфигурацию MPTL, и данное испытание уже можно проводить с помощью кабельных анализаторов серии DSX.

Инструменты для установки

Тестер MicroScanner PoE Fluke NetworksДаже при сертифицированной по всем правилам кабельной системе специалисты могут испытывать трудности с установкой PoE.  Кабель может оказаться неправильно промаркирован, сломан, подключен не к тому порту или просто отключен. Или коммутатор может не обеспечивать достаточной мощности. На поиск и устранение этих неисправностей у специалистов могут уйти часы, если они не смогут проверить, что не так с проводами.  Затем им придется выполнить трассировку провода, чтобы убедиться, что провод в порядке и найти, где он подключен.  И даже после всего этого они, просто смотря на коммутатор, на смогут ответить на вопрос, правильное ли питание тот обеспечивает.  Затем им придется обратиться к ИТ-специалистам, чтобы узнать, что происходит.

Компания Fluke Networks разработала два инструмента для решения этих проблем и экономии времени на техническое обслуживание: Прибор LinkIQ™ для проверки кабельных сегментов и сетевых устройств и MicroScanner™ PoE. Просто подключите любой из этих инструментов к кабелю, и если он подключен к PSE, он отобразит доступный класс (0-8) мощности доступной в соединении. После этого технический специалист может сравнить его с требованиями PD и убедиться в достаточности или нехватке необходимой мощности. LinkIQ производит дополнительный тест, создавая нагрузку на PSE, чтобы определить, может ли коммутатор и кабельная шина обеспечивать заявленную мощность. MicroScanner™ PoE успешно прошел план тестирования в рамках программы сертификации Ethernet Alliance Gen2 PoE Certified, что гарантирует его работу с устройствами, соответствующими требованиям IEEE. Тестер также предназначен для работы с широким спектром технологий, не соответствующих требованиям IEEE, но поскольку для этого не существует программы сертификации, вам придется просто поверить нам на слово.

Эти тестеры бесценны для технических специалистов во многих других отношениях. Они определяют скорость порта вплоть до 10 Гбит/с. Медленный порт может ограничивать производительность точки доступа или камеры. Если кабель поврежден, они показывают длину каждой пары, возможные обрывы и другие неисправности. Кроме того, кабели могут оказаться отключенными или неправильно проложенными – поэтому эти тестеры помогут отследить кабель с помощью встроенного источника тонового сигнала. К удаленным кабелям можно подключить идентификаторы, чтобы определить, куда они идут. LinkIQ предлагает дополнительные функции: определение пропускной способности кабельной системы до 10 Гбит/с, отображение имени, порта и номера VLAN подключенного коммутатора. Наконец, LinkIQ может генерировать отчеты о состоянии кабельной системы или коммутатора и сохранять или распечатывать их с помощью популярного ПО LinkWare™ PC.

Выберите правильное оборудование, организуйте сертификацию кабеля, снабдите своего технического специалиста необходимым инструментом для проверки и поиска неисправностей вашей кабельной системы, и ваш проект PoE будет выполнен безупречно.

Прибор LinkIQ для тестирования кабельных сегментов и проверки сетевых устройств

Прибор LinkIQ для тестирования кабельных сегментов и проверки сетевых устройств

Контактная информация

США/Канада: 1-800-283-5853
Другие страны: 1-425-446-4519
info@flukenetworks.com
Приоритетная программа обслуживания и программа поддержки