Březen 2009
 
www.moxa.cz  
  PRODUKTOVÉ INFORMACE
Green bar
 
image-Gray top
  KONTAKT MOXA
 
  » Technická podpora  
  » Katalogy  
  » Napište nám  
  » Moxa Shop  
image-line
  DOZVĚDĚT SE VÍCE O...  
   
   
   
image-Gray down

 
Využijte svou síť naplno s PoE

Napájení přes síťový kabel PoE (Power over Ethernet) je jedním z nejaktuálnějších témat ethernetových síťových aplikací. Podle předpovědi analytické společnosti IDC dosáhne v roce 2009 prodej PoE zařízení 1,14 miliardy USD s meziročním nárůstem 65%. Kromě komerčních aplikací je stále více PoE technologií využito u venkovních průmyslových dohledových systémů, jako jsou například systémy pro sledování železničních vozových parků. Co přesně PoE je a jak lze využít jeho výhod v průmyslových sítích?

Základy PoE

PoE technologie umožňuje přenášet současně data i napájení ke vzdálenému zařízení přes ethernetovou síť. Požadavkem na přenos napájení přes ethernetový kabel se začalo zabývat několik významných společností jako například 3Com, Intel, Mitel, National Semiconductor, Nortel nebo PowerDsine, ale každá si vytvořila vlastní způsob implementace této technologie. V roce 1999 začala standardizační společnost IEEE sjednocovat v té době dostupné proprietární systémy. Výsledná norma IEEE 802.3af stanovující společnou specifikaci pro PoE sítě byla schválena v roce 2003. Typický PoE systém vyžaduje dva typy zařízení. Zařízení dodávající napájení a napájená zařízení.

Zařízení dodávající napájení PSE (Power sourcing equipment)

PoE sítě vyžadují zařízení dodávající napájení (PSE). Obvykle jsou to přepínače nebo rozbočovače, které přes síťový kabel napájejí další zařízení. Standard IEEE 802.3af omezuje maximální kontinuální výkon dodávaný z PSE zařízení na 15,4W.

Napájaná zařízení PD (Powered devices)

Zařízení napájená přes síťový kabel v PoE sítích bývají obvykle IP kamery, IP telefony a bezdrátové přístupové body. Maximální odebíraný příkon napájených zařízení (PD) podle standardu IEEE 802.3af je 12,95W.

Sítě s napájením po kabelu je možné realizovat pomocí PoE přepínačů, nebo PoE injektorů (midspan). Obrázek níže ukazuje připojení zařízení přes PoE midspan. Mezi klasický ethernetový přepínač a koncová zařízení je vložený víceportový injektor, který do síťových kabelů dodává napájení. V tomto případě je PSE zařízením injektor.





Výhodou midspan řešení je možnost rychlého upgradu stávající ethernetové sítě pro PoE aplikace. Na druhou stranu PoE přepínače poskytují více funkcí pro správu PoE sítí a redukují počet potřebných zařízení.

Jaký je princip PoE

Napájení po ethernetovém kabelu podle specifikace IEEE 802.3af využívá standardní Category 5 (CAT-5) kabel. Přestože CAT-5 kabel obsahuje čtyři kroucené páry, pouze dva z nich se u sítí 10BaseT a 100BaseT používají pro přenos dat.

Napájení po volných párech (spare pair)

Na obrázku 2 je pár vodičů na pinech 4 a 5 připojený ke kladnému pólu zdroje napájení a pár na pinech 7 a 8 k zápornému pólu zdroje. Pro každý pól je vyhrazený jeden pár.

Napájení po signálových párech (signal pair)

Póly stejnosměrného napájecího zdroje jsou připojen na střed vinutí izolovaných transformátorů, které jsou na obou koncích signálových párů CAT-5 kabelu. Jak ukazuje obrázek 3, je pro přenos jednoho pólu napájení použit pár na pinech 3 a 6 a pro druhý pól pár na pinech 1 a 2.

Norma IEEE 802.af stanoví, že všechny PSE a PDE zařízení musí podporovat obě výše uvedené metody, ale není možné pro přenos napájení používat obě současně.

Rozdělení PD zařízení

Norma IEEE 802.3af rozděluje napájené zařízení do několika tříd podle jejich spotřeby energie. Díky informaci o rozsahu odběru připojeného PD zařízení mohou PSE zařízení pracovat s větší účinnosti. V následující tabulce jsou uvedeny různé třídy PD zařízení a odpovídající dodávaný výkon PSE zařízení pro tyto třídy.

Nový standard 802.3at

V září 2005 zahájila pracovní skupina IEEE 802.3at přípravu nového standardu známého jako PoE+, který by umožnil po kroucených párech standardního ethernetového CAT-5 kabelu dodávat výkon až 24W. Díky vyššímu dodávanému výkonu mohou být přes síťový kabel napájeny i dosud samostatně napájená zařízení včetně tenkých klientů, PTZ kamer, WiMAX vysílačů a videotelefonů. Pro nový IEEE 802.3at standard byly stanoveny následující cíle:

  • Použitelnost na Category 5 a vyšší infrastruktuře
  • Dodržování bezpečnostních pravidel a omezení podle 802.3af
  • 802.3at PSE zařízení musí být zpětně kompatibilní s 802.3af PSE
  • Maximální výkon dodávaný do PD zařízení alespoň 24W
  • Indikaci nutnosti 802.3at PSE zařízení při připojení 802.3at PD zařízení k 802.3af PSE

Přehled PD zařízení s větším příkonem:

Někteří výrobci dodávají i nestandardní napájecí zařízení a vlastní napájená zařízení. Je ale potřeba mít na paměti, že vzájemná kombinace takových zařízení od různých výrobců není možná, protože tyto zařízení neodpovídají jednotným standardům. PoE+ bude pravděpodobně navíc obsahovat možnost dodávat výkon do 30W po dvou párech a vyšší výkon po čtyřech párech. Riziko přehřívání samotných zařízení je vyřešeno, ale hrozí i nebezpečí přehřívání samotných kabelů. Ačkoli to není důvodem k velkým obavám, systémoví integrátoři by toto hledisko měli brát v úvahu při plánování kabelové infrastruktury pro PoE+ sítě nebo při použití nestandardních PoE zařízení.

Následující tabulka srovnává základní parametry standardů 802.3af a 802.3at:

Jaké jsou výhody PoE přepínačů

Jak již bylo zmíněno, PoE přepínače umožňují lepší integraci síťových prvků v porovnání s tradičními midspan systémy. V následující sekci uvedeme několik konkrétních přínosů PoE přepínačů v průmyslových aplikacích.

Cenová úspora

V případě průmyslových PoE přepínačů je pro připojení do sítě potřeba pouze jeden CAT-5 kabel. Tímto se výrazně redukují náklady na napájecí kabely, průchodky, zásuvky a s tím spojené instalační náklady. Snižují se také budoucí náklady na údržbu, zvláště když je PoE technologie použita v rozsáhlých systémech.

Mimo to průmyslové PoE přepínače umožňují maximální flexibilitu při instalaci koncových zařízení. V aplikacích do náročných prostředí jako jsou doly, distribuce paliv, nebo venkovní prostředí je obtížné zajisti odpovídající napájecí zdroje ke koncovým zařízením. Při použití průmyslových PoE přepínačů není externí napájení nutné.

Spolehlivost

Použití pouze jednoho CAT-5 kabelu místo samostatných kabelů pro data a napájení zvyšuje celkovou spolehlivost a flexibilitu sítě. Přestože Power over Ethernet technologie poskytuje větší flexibilitu, je s ní spojena problematika týkající se spotřeby energie a zahřívání PSE a PD zařízení. Napájená i napájecí zařízení musí být v kritických průmyslových aplikacích schopna nepřetržitého provozu za všech okolností. Průmyslová PoE zařízení mají v porovnání s komerčními vyšší kvalitu, delší střední dobu mezi poruchami MTBF, širší rozsah provozních teplot, bezventilátorový design a vylepšenou PoE správu.

Bezpečnost

Díky napájení 48VDC jsou PoE přepínače zařazeny do třídy SELV zařízení pro malé napětí s malými bezpečnostními riziky. Dalším bezpečnostním prvkem v PoE sítích je možnost nastavit výkonové omezení pro jednotlivé porty průmyslových PoE přepínačů. Bez této funkce by PD zařízení (například při zkratu napájecích obvodů PoE kamery v důsledku vysoké vlhkosti) mohlo způsobit přetížení nebo poškození napájecích obvodů PSE zařízení. Tím by mohlo dojít k výpadku funkce přepínače a veškeré související síťové komunikace. Díky možnosti nastavení výkonového omezení jsou PoE přepínače chráněny před poškozením při nesprávné funkci napájených zařízení. Průmyslové PoE přepínače jsou nejen chráněny před nadměrným odběrem, ale mohou taky posílat výstražné zprávy správci sítě.

Zabezpečení

Průmyslové venkovní zabezpečovací systémy a IP dohledové systémy, doly, vojenská zařízení nebo energetické rozvodny jsou typické příklady PoE aplikací. Řídicí centrum musí být v těchto případech okamžitě informováno o všech událostech v PoE síti. Některé průmyslové PoE přepínače jsou vybaveny funkcemi pro okamžité zasílání varovných správ do řídícího centra prostřednictvím e-mailu nebo SNMP trapu. Kromě toho mají PoE přepínače digitální vstupy a výstupy pro připojení lokálních snímačů a výstražných světelných nebo akustických zařízení pro snadnou lokalizaci místa problému. Pomocí SNMP protokolu může administrátor na dálku vypínat a zapínat zařízení a zajistit tak další bezpečnostní ochranu. Správce sítě může dálkově vypínat zařízení, které nepracují správně nebo jsou v moci neoprávněných osob.

Shrnutí

Otázka zabezpečení průmyslových zařízení se v posledních letech dostává stále více do popředí. IP dohledové technologie (např. komprese videa a streamování) a možnosti zabezpečovacích zařízení (IP kamery, snímače, čtečky karet …) se stávají sofistikovanější a spolehlivější což vede k rychlému šíření PoE zařízení na trhu. Průmyslové PoE přepínače jsou klíčovými prvky sítí s napájením po ethernetovém kabelu a poskytují celkovou úsporu nákladů na instalaci napájecích zdrojů, budoucí údržbu, zajištění spolehlivosti a zabezpečení. Zasílání varovných zpráv v reálném čase a funkce pro pohodlnou PoE správu jsou důležité pro zabezpečení a monitorování řídicích síťových zařízení.

Více informací na toto téma

Zpět na zpravodaj