Новые проекты стандарта IEEE по питанию сетевых устройств через Ethernet (PoE) находятся в стадии разработки. Чем это грозит кабельным системам?
Что ждать сегодня от технологий, которые обеспечивают питание сетевых устройств, работающих по электрическим симметричным кабелям структурированных кабельных систем (СКС) (витой паре), которая обеспечивает их питание?
Технологии, обеспечивающие данный тип питания, часто упоминают в контексте силового оборудования для ЛВС, а точнее, как питание через сеть Ethernet (PoE).
В настоящее время Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE; www.ieee.org) опубликовано два типа спецификаций, определяющих возможности технологии PoE. Стандарт IEEE 802.3 аf (обычно называют просто "PoE") указывает на возможность подачи до 15.4 Вт мощности, с доставкой 12.9 Вт до устройства питания (УП). Другой стандарт IEEE 802.3 в (обычно называют "PoE +"), позволяет подавать на устройство до 34,2 Вт, с подачей 25.5 Вт непосредственно к самому УП.
Еще один стандарт IEEE для подачи питания 60 Вт, также известный, как PoE ++, в настоящее время находится в разработке под номером IEEE 802.3 под управлением Рабочей Группы 3, и, по прогнозам, будет ратифицирован только в начале 2017 года. В отличие от стандарта 802.3 PoE+, питание здесь будет осуществляться на все 4 пары (8 проводников) для достижения желаемых 60 Вт.
Двукратная мощность питания по стандарту?
Подключение питания для УП соответствует новейшим технологиям PoE и использует все четыре пары кабеля сети Ethernet для подачи питания до 60 Вт постоянного тока по одному кабелю с током до уровня 600 мА. Для того, чтобы подать такой ток к устройству, в спецификации IEEE было изменено определение УП. Теперь под УП подразумевается питающий интерфейс, в отличие от питания всего устройства. Это означает, что устройство теперь может иметь два питающих интерфейса, каждый из которых в состоянии принять 25,5 Вт, находящиеся в одном оборудовании. Такое подключение может быть выполнено по одной паре, проводники: 1, 2, 3, и 6, а второе - по двум другим парам: проводники 4, 5, 7, и 8.
Таким образом, это позволило «удвоить» питание по стандарту 802.3 at-2009 с максимальным значением 25 Вт до полной мощности в 51 Вт, при соблюдении существующих требований стандарта.
В 2011 году компания Cisco (www.cisco.com) анонсировала разработку универсального питания через Ethernet (UPOE), которое обеспечивает подачу 60 Вт на УП. На момент этого анонса, коммутатор Catalyst 4500E смог обеспечивать поддержку кабельной инфраструктуры с питанием 60 Вт UPOE. Компания заявила, что основные приложения для UPOE - это IP телефоны, персональные видео системы, компактные коммутаторы и беспроводные точки доступа. Другие указывали на то, что некоторые IP камеры могут потребовать большей мощности, нежели, обеспечиваемой стандартом IEEE 802.3 at. В частности, камеры, которые установлены за пределами офисов, потребуют системы температурного контроля в виде вентилятора или обогревателя, что обеспечит необходимость подачи большей мощности, нежели та, которая передается посредством СКС.
В 2011 году, снова Cisco совместно с Альянсом HDBase-Т (www.hdbaset.org) разработала спецификации для питания Power over HDBase-Т (PoH). Согласно данным спецификации, возможна подача питания до 100 Вт по одному кабелю протяженностью до 100 м. Это позволило технологии PoH непрерывно передавать до 100 Вт питания постоянным током на каждый порт, от одной стороны звена HDBase-T к другой. В отличие от ситуации с PoE, где УП должно постоянно учитывать наихудший случай питания при работе в СКС, PoH позволяет УП учитывать сопротивление и длину цепи с подачей соответствующего питания, не превышающего общий лимит в 100 Вт.
Уровень производительности СКС и поддержка технологии PoE/PoH остаются предметом широкого изучения, по мере того, как стандарт IEEE движется вперед к своей последней спецификации PoE. Как отмечалось, стандарт IEEE 802.3 bt находится в стадии разработки. В институте IEEE cпецификация стандарта 802.3 af известна, как "тип 1" с поддержкой PoE, а 802.3 at, как "тип 2." Ситуация с 802.3 bt, это, скорее всего, включение "типа 3" и "типа 4" с поддержкой PoE. “Тип 3” специфицирует текущий уровень тока до 600 мА и 49 Вт в УП, а “тип 4” рассматривает уже ток до 1000 мА (1 А) и 96 Вт в УП.
Текущие и перспективные стандарты по технологии PoE указаны в таблице 1 (из стандарта). Табл.1
Последствия для кабельной системы.
Седи тем, обсуждаемых по данному направлению, остро стоит вопрос о нагреве и выделении тепла внутри жгутов и пучков кабельной системы, которое может иметь негативное влияние на производительность СКС в случае, если по кабелям передается питание 100 Вт для УП с поддержкой технологии PoE.
Производители кабелей для СКС готовы обеспечить пользователей информацией о максимальном размере пучка из кабелей, который является максимально допустимым для 15-градусного увеличения температуры (без существенного увеличения затухания), в соответствии со стандартом TIA TSB-184, "Guidelines for Supporting Power Delivery Over Balanced Twisted-Pair Cabling."
Имеются ссылки на публикации, в которых указывается, что передача технологий питания PoE и PoE+ по кабелям СКС категории 5E, 6 и 6A соответствует установленным требованиям TIA TSB-184 с превышением температуры на 15 градусов при максимальном нагреве в процессе испытаний в пучках по 100 кабелей. Однако, во время тестирования технологии питания по стандарту 802.3 bt, только кабели категории 6A смогли выдержать нагрев в пределах рекомендуемых 15-ти градусов. Все же, если собираетесь работать по технологии подачи питания с поддержкой PoE++, рекомендуется использовать кабели СКС категории 6A.
Исследуем варианты.
Как правило, в процессе монтажа СКС, большой пучок кабельных линий может находиться под полом, за стенами или в лотках в изолированном пространстве. Последний вариант будет наихудшим с точки зрения характеристик кабельных линий, поскольку увеличение температуры до 50 градусов Цельсия свыше температуры окружающей среды для типичного кабельного канала СКС категория 5E является не лучшим фактором.
В настоящее время для сетевых приложений с потреблением энергии не более 50 Вт и с невысокой скоростью передачи, есть несколько вариантов.
Для урегулирования проблемы повышенные температуры кабельных пучков, возможно использование кабелей СКС категории 6A U/UTP или категории 6А F/UTP. Ограничивающим фактором, в данном случае, для большинства сетевых устройств, особенно IP-камер, систем вызова медсестры, систем управления и контроля зданием, будет не передача данных, а потребляемая мощность. Это накладывает сложности на конструкцию кабельных трасс и помещений для использования высоких кабельных категорий или же на необходимость использования источника питания на местах.
Некоторые технические материалы и документы обсуждают и даже поддерживают использование для подобных случаев кабелей СКС категории 6, имеющих большее сечение проводников и разработанных специально для передачи сетевых протоколов более высокой скорости с поддержкой PoE. Здесь принимается во внимание, что такой кабель будет выдерживать не только высокую температуру, но и работу в режиме экономии электроэнергии и эффективной передачи питания, что является важным при масштабном развертывании поддержки PoE по кабельной инфраструктуре СКС.
Одним из важнейших факторов при рассмотрении возможности передачи технологии PoE, является явление электрической дуги или искрения, которые могут возникнуть на контактах симметричного электрического кабеля (контактах витой пары), в случае разрыва электрической цепи или при вынимании вилки RJ45 из гнезда кабельного разъема. Дугообразный разряд, возникающий в этом случае, может помешать передаче данных через кабельный разъем. Дополнительно, кабельные разъемы должны соответствовать стандартам IEC 60512-9-3 и IEC 60512-99-00. В данном случае это гарантирует, что в случае искрения, это не приведет к повреждению критичных к передаче данных контактных групп в месте подключения разъема к розетке при полностью вставленной вилке в кабельный разъем.
Если коммутационный шнур вынут из розетки, в то время, как по линии течет ток от PoE, то это не опасно, поскольку электрическая дуга может возникнуть только между кабельным разъемом и вилкой шнура. Сложно однозначно ответить, будет-ли значительным подобный ущерб (такая дуга не опасна для пользователей), но вот целостность соединения может быть ухудшена за счет многочисленных отключений. Для дополнительной защиты и долговечности соединений, рекомендуется использовать разъемы RJ45 с 50-мкм позолоченными контактными группами (как отмечается в стандарте TIA), а также проверенные конструкции разъемов известных вендоров СКС, снижая, тем самым, риск от дуговых повреждений.
В некоторых технических источниках имеются ссылки на стандарт IEC 60512-99-001, специфицирующий коннекторы для применения в электронном оборудовании. Используя проверенные и качественные решения СКС, можно застраховать себя от риска поломки пассивных компонентов СКС и случайных возгораний.
При питании сетевых устройств мощностью более 100 Вт постоянного тока, отраслевые стандарты действительно отстают на шаг или даже два от современных технологических решений, представленных на рынке. Исследование данных вопросов проводится в рамках стандартизации институом IEEE и группой TIA насколько это возможно, поэтому системы питания, совместимые со стандартом, могут рассматриваться в качестве благоприятной инфраструктуры для передачи данных и подачи электропитания на УП. Стандарты, находящиеся в стадии разработки, не являются исключением. Поэтому, их публикация, в конечном счете, сделает монтаж сетевых устройств, работающих при питании от PoE посредством кабельных систем, доступным во всем мире.
Евгений Запорощенко, к.т.н., доцент, главный технический специалист ООО «Сонет Инвест»
Опубликовано: 18.12.15