%META:TOPICINFO{author="roman" comment="reprev" date="1604300042" format="1.1" reprev="1" version="3"}%
%META:TOPICPARENT{name="WebHome"}%
---+!! PoE
%TOC%

---++ Стандарты и типы PoE

Технология PoE на данный момент существует в нескольких, кардинально отличающихся видах. Почему так произошло? К тому времени, как ребята из IEEE решили стандартизировать технологию, а произошло это не сразу после ее появления, некоторые корпорации уже изобрели свои собственные реализации PoE. Cisco, к примеру, еще в 2000 году представила питание устройств по витой паре. Да и после принятия официальных стандартов IEEE 802.3af в 2003 году, IEEE 802.3at в 2009 году многие производители внедряют свои собственные способы PoE. В основном, потому что реализация полноценных стандартов 802.3af, 802.3at - это сложно и дорого, а потребителям часто нужны модели эконом-класса. 

В итоге PoE существует в нескольких вариантах: 
   * по стандарту 802.3af, 
   * по стандарту 802.3at, 
   * по фирменным частным стандартам, из которых наиболее известен Passive PoE.   

Питание по витой паре согласно стандартам 802.3af, 802.3at называют активным PoE, питание, реализованное по технологии Passive PoE - пассивным.  

Реализация питания по витой паре в устройствах может различаться по типу распиновки. А также, в зависимости от напряжения, подаваемого на порт, существует несколько классов PoE. Все эти данные должны быть указаны в паспорте производителя и помогают правильно подобрать оборудование для проекта. 

---++ Стандарты IEEE 802.3af, 802.3at - активное PoE 

---+++ Оборудование PoE и принцип работы

Технология PoE не оказывает влияния на качество передачи данных. Для её реализации используются свойства физического уровня Ethernet:
* с использованием высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток. Постоянное напряжение питания подается на центральные отводы вторичных обмоток этих трансформаторов, и так же с центральных отводов снимается на приемной стороне. Использование центральных отводов сигнальных трансформаторов позволяет без взаимного влияния передавать питание по сигнальным парам, то есть передавать по одним и тем же проводникам и высокочастотные данные, и постоянное напряжение питания;
* использование свободных пар для подачи питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту [[100BASE-TX]], состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.
   
Питающие устройства (инжекторы) отличаются по способу подключения питания, при этом питаемые устройства (сплиттеры) являются универсальными. Питаемые устройства должны проектироваться с возможностью приема питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель).

Питающее устройство подает питание в кабель только в том случае, если подключаемое устройство является устройством питаемого типа. Таким образом, оборудование, не поддерживающее технологию PoE и случайно подключенное к питающему устройству, не будет выведено из строя. Фактически, никакое стандартное оборудование Ethernet, соответствующее спецификации и новее, не может быть выведено из строя разностью потенциалов между парами, поскольку стандарт предусматривает обязательную гальваническую развязку. Развязывающие трансформаторы всех производителей тестируются напряжением 500—2000 Vrms. Процедура подачи и отключения питания на кабель состоит из нескольких этапов.

---++++ Определение подключения
Этап определения подключения служит для определения, является ли подключенное на противоположном конце кабеля устройство питаемым (PD). На этом этапе питающее устройство (PSE) подает на кабель напряжение от 2,8 до 10 B и определяет параметры входного сопротивления подключаемого устройства. Для питаемого устройства это сопротивление составляет от 19 до 26,5 кОм с параллельно подключенным конденсатором ёмкостью от 0 до 150 нФ<ref>По данным на микросхему SI3402 указанные номиналы составляют 23,75—26,25 кОм и 50—120 нФ.</ref>. Только после проверки соответствия параметров входного сопротивления для питаемого устройства питающее устройство переходит к следующему этапу, в противном случае питающее устройство повторно, через промежуток времени не менее 2 мс, пытается определить подключение.

---++++ Классификация
После этапа определения подключения питающее устройство может дополнительно выполнять этап классификации, определяя диапазон мощностей, потребляемых питаемым устройством, чтобы затем управлять этой мощностью. Каждому питаемому устройству, в зависимости от заявленной потребляемой мощности, будет присвоен класс от 0 до 4. Минимальный диапазон мощностей имеет класс 0. Класс 4 зарезервирован стандартом для дальнейшего развития. Питающее устройство может снять напряжение с кабеля, если питаемое устройство стало потреблять мощность больше объявленной во время классификации. Классификация выполняется путём введения в кабель питающим устройством напряжения от 14,5 до 20,5 В и измерения тока в линии.

---++++ Подключение
Этап определения подключения служит для определения, является ли подключенное на противоположном конце кабеля устройство питаемым (PD). На этом этапе питающее устройство (PSE) подает на кабель напряжение от 2,8 до 10 B и определяет параметры входного сопротивления подключаемого устройства. Для питаемого устройства это сопротивление составляет от 19 до 26,5 кОм с параллельно подключенным конденсатором ёмкостью от 0 до 150 нФ[7]. Только после проверки соответствия параметров входного сопротивления для питаемого устройства питающее устройство переходит к следующему этапу, в противном случае питающее устройство повторно, через промежуток времени не менее 2 мс, пытается определить подключение.

---++++ Подача полного напряжения
После прохождения этапов определения и классификации питающее устройство подает в кабель напряжение 48 В с фронтом нарастания не быстрее 400 мс. После подачи полного напряжения на питаемое устройство питающее устройство осуществляет контроль его работы двумя способами:
* если питаемое устройство в течение 400 мс будет потреблять ток меньше 5 мА, то питающее устройство снимает питание с кабеля;
* питающее устройство подает в кабель напряжение 1,9—5,0 В с частотой 500 Гц и вычисляет входное сопротивление; если это сопротивление будет больше 1980 кОм в течение 400 мс, питающее устройство снимает питание с кабеля.

Кроме того, питающее устройство непрерывно следит за током перегрузки. Если питаемое устройство будет потреблять ток более 400 мА в течение 75 мс, питающее устройство снимет питание с кабеля.

---++++ Отключение
Когда питающее устройство определяет, что питаемое устройство отключено от кабеля или произошла перегрузка потребляемого тока питаемым устройством, происходит снятие напряжение с кабеля за время не менее 500 мс.

---+++ Параметры
| *Характеристика*| *Стандарт 802.3af* | *Стандарт 802.3at (PoE+, PoE plus)*|
|Диапазон напряжения постоянного тока на питаемом устройстве | от 36 до 57 V (номинальное 48V) | от 42,5 до 57 V |
|Диапазон напряжения, выдаваемого источником | от 44 до 57 V | от 50 до 57 V |
|Максимальная мощность PoE-источника | 15,4 Вт | 30 Вт |
|Максимальная мощность, получаемая PoE-потребителем | 12,95 Вт | 25,50 Вт |
|Максимальный ток | 350 mA | 600 mA |
|Максимальное сопротивление кабеля | 20 Ом (для cat.3) | 12,5 Ом (для cat.5)|
|Классы питания| 0-3 | 0-4 |  

---+++ Классы питания 

Самым распространенным является 1 класс питания. 
|*Класс*| *Стандарт* |*Мощность на порт, Вт* | *Мощность на устройство, Вт* |
|0 | 802.3af/802.3at | 15,4 | 0,44 - 12,95 |
|1 | 802.3af/802.3at |4,5 |0,44 - 3,84 |
|2 | 802.3af/802.3at | 7 | 3,84 - 6,49 |
|3 | 802.3af/802.3at |15,4 | 6,49 - 12,95 |
|4 | 802.3at | 30 | 12,95 - 25,5 |

---++ Passive PoE 

Этот тип PoE - удешевленный аналог международных стандартов питания по витой паре. Как мы уже говорили выше, полноценная реализация 802.3af/802.3at сложна и повышает стоимость устройства. Поэтому производители сетевого оборудования эконом-сегмента используют вместо них в своей продукции пассивное питание по витой паре. Его особенность в том, что источник Passive PoE не опрашивает питаемое устройство и не согласовывает мощность. По свободным проводникам витой пары просто подается постоянное напряжение. Поэтому, если соединить источник PoE и потребитель, несовместимые друг с другом, оборудование может сгореть: сразу или через некоторое время, в результате постоянного перегрева и подгорания плат. Некоторые производители дополняют технологию Passive PoE полезными функциями. 

Например, PoE out в устройствах MikroTik способно определять, подключено ли к питаемому порту устройство, выявлять, нет ли перегрузки или короткого замыкания. Кроме того, функциями PoE на большинстве устройств MikroTik можно управлять: включать, отключать их на портах, менять режим и т. п. Речь, конечно идет не о простеньких PoE-шнурах, а о реализации PoE в роутерах, коммутаторах и другом оборудовании производителя.

Источники Passive PoE довольно широко варьируются по напряжению, мощности, силе тока. Чаще всего производители выпускают их под свое оборудование, поэтому в каждом отдельном случае нужно подбирать PoE-источник под конкретные потребности. 

---++ Типы распиновки 

---+++ Для стандарта 802.3af 
   * Тип А. И электричество, и данные подаются по жилам 1, 2, 3, 6. Жилы 5, 7, 8 не используются. 
   * Тип B. Для подачи электропитания используются жилы 4, 5, 7, 8. Данные передаются по остальным. 

---+++ Для стандарта 802.3at
   * Применяется только тип B.  Использование распиновки типа A запрещено стандартом. 

---+++ Для Passive PoE: 
В большинстве случаев подача электропитания осуществляется по проводникам 4, 5, 7, 8 (как в типе B стандарта 802.3af).  

   * Распиновка PoE: <br />
     <img src="%ATTACHURLPATH%/poe-pinout.jpg" alt="poe-pinout.jpg" width='1107' height='466' />

Существует также распиновка по третьему типу, когда для подачи питания задействуются все жилы стандартного четырехпарного кабеля, но она встречается реже, обычно в фирменных реализациях PoE, например, UPOE от Cisco. Если с обеих сторон сети вы устанавливаете оборудование с поддержкой стандартов 802.3af/802.3at, то тип распиновки, фактически не имеет значения, так как устройство-потребитель PoE по стандарту может работать с любой из них. Однако если речь идет о совмещении оборудования разных стандартов, это может быть важным.

---++ Кабель для PoE 
От качества кабеля напрямую зависит качество PoE, и то, на какую расстояние его можно провести. Витую пару необходимо подбирать: 
   * четырехпарную, не ниже cat.5e, 
   * медную, а не омедненную (не биметалл), 
   * с толщиной проводников не менее 0,51 мм (24 AWG), 
   * с сопротивлением проводников не выше 9,38 Ом/100 м (более высокие значения способствуют большей потери мощности в кабеле)
   
---++ Длина PoE 
Согласно стандартов 802.3af и 802.3at длина кабеля для PoE заявляется равной 100 метрам. Однако на практике максимальная длина витой пары PoE зависит от многих факторов, в том числе заранее неизвестных: 
   * сечения проводников, 
   * металла проводников, 
   * количества изгибов на линии, 
   * наводок, неравномерных характеристик витой пары, перегибов кабеля и пр.   

Со скидкой на перегибы и прочее максимальная длина кабеля PoE желательна не более 75 метров. Однако с действительно качественным кабелем можно сделать и больший пролет. Если же мы говорим о Passive PoE, то здесь длина может быть меньше, вплоть до 30-60 метров. 

Расчет линии надо проводить с учетом: 
   * какое напряжение нужно питаемому устройству (в том числе при пиковой нагрузке), 
   * какое напряжение выдает источник, 
   * каково сопротивление витой пары и, соответственно, каковы будут потери напряжения на линии.  

---++ Бюджет мощности PoE   
При расчете бюджета PoE нужно:

   * Посчитать общую мощность всех потребителей PoE на линии. Подсчет необходимо производить по пиковой нагрузке, с учетом все работающих модулей оборудования. 
   * Соответственно мощности потребителей подобрать PoE-источник, обратив внимание на мощность отдельных портов (какое устройство к какому порту вы будете подключать?) и суммарную мощность источника (не превышает ли ее общая мощность потребителей?) При этом желательно, чтобы при расчете мощность PoE-источника (коммутатора, роутера) не использовалась более чем на 75% (закладываем резерв). Если линия планирует использоваться не один год, нужно понимать. что со временем выдаваемая источником PoE мощность будет снижаться, потери могут составлять до 10% в год. 
   * Просчитать потери мощности от источника до потребителя. Главный фактор, от которого они зависят - это сопротивление проводников. Помимо значений по умолчанию, необходимо взять в расчет также и то, что сопротивление проводника повышается при нагреве, а значит, если кабель проложен в помещении с повышенной температурой, или находится под воздействием солнечных лучей, устройство на конце линии будет получать гораздо меньшую мощность, чем в теории.

-- Main.RomanDmitriev - 31 Oct 2020



%META:FILEATTACHMENT{name="poe-pinout.jpg" attachment="poe-pinout.jpg" attr="h" comment="Распиновка PoE" date="1604138207" path="poe-pinout.jpg" size="91801" user="roman" version="1"}%
%META:PREFERENCE{name="DENYTOPICVIEW" title="DENYTOPICVIEW" type="Set" value="WikiGuest"}%
%META:PREFERENCE{name="DENYTOPICCHANGE" title="DENYTOPICCHANGE" type="Set" value="WikiGuest"}%
%META:PREFERENCE{name="PERMSET_VIEW" title="PERMSET_VIEW" type="Local" value="registeredusers"}%
%META:PREFERENCE{name="PERMSET_CHANGE" title="PERMSET_CHANGE" type="Local" value="registeredusers"}%
