Dieser Strom ist offensichtlich vom Datensignal getrennt: Beide beeinflussen sich nicht gegenseitig. Die PSE (Power Service Exchange) speist den Strom in das Kabel ein, entweder über einen Schalter (auch Endspan genannt) oder über einen Midspan, falls sie sich nicht am Kabelende befindet. Am anderen Ende verbrauchen die angeschlossenen Geräte (PDs – Power Devices) Strom.
Netzwerkkabel wie Cat 5e, Cat 6, Cat 6A usw. bestehen aus acht Adern, die in vier verdrillten Paaren angeordnet sind. Bei 10Base-T-Ethernet werden zwei dieser Paare zur Datenübertragung genutzt und als Datenpaare bezeichnet. Die anderen beiden Paare bleiben ungenutzt und werden als Reservepaare bezeichnet (Gigabit-Ethernet nutzt alle vier Paare). Da elektrischer Strom in einer Schleife fließt, werden zwei Leiter benötigt, um Strom durch ein Kabel zu leiten. PoE behandelt jedes Paar als einen einzelnen Leiter und kann entweder die beiden Datenpaare oder die beiden Reservepaare zur Stromübertragung nutzen. Es kann auch alle vier Paare gleichzeitig verwenden.
Power over Ethernet (PoE) wird mit einer Gleichspannung zwischen 44 und 57 Volt, typischerweise 48 Volt, in das Kabel eingespeist. Diese Spannung ermöglicht eine effiziente Stromübertragung und ist gleichzeitig niedrig genug, um als sicher für die Nutzer zu gelten. Allerdings kann sie Geräte beschädigen, die nicht für PoE ausgelegt sind. Daher muss ein PoE-Switch oder Midspan vor der Stromversorgung von PoE-Geräten eine Signaturprüfung durchführen.
Die Signaturerkennung nutzt eine niedrigere Spannung, um die charakteristische Signatur IEEE-konformer PDs (einen Widerstand von 25 kΩ) zu erkennen. Bevor die Ports PoE-Geräte mit Strom versorgen, müssen PSE und PD einen „Handshake-Prozess“ (Erkennung, Klassifizierung und Trennung) durchführen, um sicherzustellen, dass ein gültiges PD angeschlossen ist.
Das PSE initiiert dieses Verfahren durch Senden eines Detektionsstromsignals und berechnet den Detektionswiderstand anhand der gemessenen Spannung. Der Detektionswiderstand gilt als gültig, wenn er im Bereich von 23,75 kΩ bis 26,25 kΩ liegt.
Nach erfolgreicher Erkennung leitet das PSE die Klassifizierung durch Senden eines Spannungssignals ein. Gleichzeitig entfernt das PD den Erkennungswiderstand vom Port und legt den Klassenwiderstand an. Erkennt das PD das Klassifizierungssignal als gültig, aktiviert es den internen LDO, der 2,5 V an den Klassenwiderstand anlegt. Das PSE misst den Strom durch den Klassenwiderstand und ermittelt so die Klassenstufe des PD.
Nach einem gültigen Klassifizierungsergebnis (d. h. kein Überstrom oder Klassenkonflikt) schaltet das PSE den Port ein und beginnt mit der Überwachung des Einschaltstroms. Gleichzeitig übernimmt das DP die Steuerung zur Begrenzung des Einschaltstroms.
Auch nach dem Einschalten überwacht das PSE weiterhin den Strom. Bei zu hohem Stromfluss, Kurzschluss oder wenn ein PD ausgesteckt wird, unterbricht es die Stromzufuhr.
Das bedeutet, dass der Anschluss von nicht kompatiblen Geräten wie Druckern, Faxgeräten oder PCs problemlos möglich ist: Da diese Geräte nicht dem IEEE-802.3af-Standard entsprechen, wird die Stromzufuhr an den Ports automatisch deaktiviert. Wenn Sie jedoch integriertes PoE an einem 24-Port-Netzwerk-Blade verwenden und viele Ports Geräte ohne eigene Stromversorgung unterstützen, ist es möglicherweise sinnvoller, einen Midspan zu verwenden und nur die Geräte mit eigener Stromversorgung anzuschließen, die diese benötigen. Dadurch reduzieren sich die Installationskosten.
Überblick über PoE-Standards
Sowohl IEEE 802.3af als auch 802.3at versorgen zwei der vier verdrillten Adernpaare des Ethernet-Kabels mit Strom. Letzteres war abwärtskompatibel zu 802.3af.
In der Folge wurden einige unkonventionelle Lösungen entwickelt. Die HD Base-T Alliance führte 2010 Power over HD Base-T („PoH“) ein. Diese Technologie bietet Video, Audio, Steuerung, Ethernet mit 1000 Mbit/s und Stromversorgung bis zu HD Base-T 4K.
Die verschiedenen PoE-Systemklassen reichen von 1 bis 8. Typ 1 und 2 (IEEE 803.2af und IEEE 803.2at) umfassen die Klassen 1 bis 4. Typ 3 (IEEE 802.3bt) umfasst Klasse 5 bis 40 W und Klasse 6 bis 51 W am PD. Typ 4 (ebenfalls IEEE 802.3bt) umfasst Klasse 7 bis 62 W und Klasse 8 bis 73 W am PD. Beachten Sie, dass am PSE und am PD unterschiedliche Leistungspegel auftreten. Aufgrund der Wärmeabfuhr ist mit Leistungsverlusten zu rechnen.
Die Internationale Organisation für Normung (ISO) und die Telecommunications Industry Association (TIA) arbeiten an der Aktualisierung ihrer Standards zur Unterstützung von 4-paarigem PoE gemäß IEEE 802.3bt. Hierzu liegen ihre jeweiligen technischen Servicebulletins TSB-184-A und ISO/IEC TR 29125 vor. Diese Dokumente enthalten Verkabelungsrichtlinien für die 802.3bt-PoE-Übertragung über vier Adernpaare sowie für weitere Anwendungen.
Diese internationalen Normen liefern Informationen zu Installationsbedingungen, Richtlinien für die Kabelbündelgröße verschiedener 4-paariger Ethernet-Kabelklassifizierungen sowie zur maximal zulässigen Leistung in den Kabeln. Sie beschreiben außerdem Methoden zur Reduzierung des Temperaturanstiegs in Kabelbündeln.
UL führte 2015 eine Studie durch, um die Auswirkungen höherer Stromstärken in Kommunikationskabeln auf deren Sicherheit zu analysieren. Ein zentrales Ergebnis war, dass selbst geringfügige Stromerhöhungen zu signifikanten Temperaturanstiegen führten. Zudem zeigte sich, dass Änderungen im Kabelaufbau einen wesentlichen Einfluss auf die gemessenen Temperaturen hatten.
Seitdem führt UL die Zertifizierung für begrenzte Leistung (Limited Power, LP) ein, um anzuzeigen, dass das Kabel unter den empfohlenen Installationsbedingungen auf die Belastbarkeit mit dem angegebenen Strom geprüft wurde, ohne dass die zulässige Temperatur überschritten wird. Diese Kennzeichnung dient lediglich der Information und ist optional. Die LP-Kennzeichnung bestätigt lediglich, dass das Kabel von UL auf die Belastbarkeit mit dem angegebenen Strom geprüft wurde, ohne die zulässige Temperatur zu überschreiten.
Mythen und Missverständnisse über PoE
PoE weist Kompatibilitätsprobleme auf – In den Anfängen von PoE wurden viele Eigenbau- und Heimnetzwerklösungen verwendet, um Strom über Netzwerkkabel zu gewinnen. Mit zunehmender Verbreitung von PoE hat sich jedoch der IEEE-803.3af-Standard allgemein durchgesetzt, wodurch die Kompatibilität aller modernen PoE-Geräte gewährleistet ist.
PoE erfordert elektrotechnische Kenntnisse: IEEE 802.3af PoE ist so konzipiert, dass es in jeder mit Standard-Ethernet möglichen Konfiguration einen zuverlässigen Betrieb gewährleistet. Der Benutzer muss das Netzwerk lediglich wie gewohnt verkabeln, die Stromversorgung übernimmt das Gerät.
Benötigt PoE spezielle Kabel ? – Nein, überhaupt nicht, es werden dieselben Kabel verwendet – Cat 5e, Cat 6 und Cat 6A usw. – und RJ45-Stecker werden sowohl für normale lokale Netzwerke als auch für PoE-fähige Netzwerke verwendet.
Erzwungenes PoE an Geräten – Dieser Fehler tritt überraschend häufig auf. Gemäß dem oben beschriebenen „Handshake“-Verfahren liefert das PSE jedoch nur die vom PD benötigte Leistung. Sollte der PD aus irgendeinem Grund ausfallen, unterbricht das PSE die Stromzufuhr. Es ist wichtig zu beachten, dass die vom Hersteller angegebenen Leistungswerte Maximalwerte darstellen.
Arten und Klassen von POE. RP-Kategorien
Power over Ethernet (PoE) bietet viele Vorteile für eine Installation, insbesondere Typ 4/Klasse 8, der bis zu 90 W liefert. Bei diesen höheren Leistungsstufen sind die Planungs- und Installationsanforderungen anspruchsvoller, komplexer und unter Umständen verwirrend.
PoE-Klassen
Die Stromversorgung eines Ethernet-Kabels erfolgt mit einer Gleichspannung zwischen 44 und 57 Volt. Diese relativ hohe Spannung ermöglicht eine effiziente Energieübertragung und ist gleichzeitig niedrig genug, um als sicher für die Nutzer zu gelten. Allerdings kann sie Geräte beschädigen, die nicht für PoE ausgelegt sind. Daher findet vor der Stromversorgung eines Endgeräts (PD) durch das Power System Equipment (PSE) eine Leistungsverhandlung bzw. -klassifizierung statt.
Es gibt acht PoE-Klassen sowie Klasse 0 (nicht klassifiziert). Die Klasse gibt die niedrigste Leistungsstufe an, die sowohl PSE als auch PD unterstützen können, und wird während des Klassifizierungs-Handshake-Verfahrens bestimmt.
Das Ziel der PoE-Aushandlung und des gesamten Klassensystems ist es, sicherzustellen, dass die gelieferte Leistung dem Bedarf entspricht. Es ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass bei PoE die Leistung unabhängig vom angeschlossenen Gerät einfach durch das Kabel „gedrückt“ wird. Tatsächlich kann ein Gerät mit niedrigerer Klasse – oder sogar ein Gerät ohne eigene Stromversorgung – an ein Netzteil mit höherer Leistungskapazität angeschlossen werden, ohne dass eine Überlastung droht. Jede nachfolgende PoE-Version integriert die vorherigen Klassen. Während IEEE 802.3af nur die Klassen 1–3 umfasst, beinhaltet IEEE 802.3bt (Typ 4) alle acht.
Arten von PoE
Die PoE-Typen basieren auf den sie beschreibenden Standards, der Anzahl der Drahtpaare, die Strom erhalten, und der Spannung.
Typ 1 PoE, standardisiert in IEEE 803.2af, liefert Strom über zwei Adernpaare und ermöglicht einen maximalen Strom von 350 mA.
Typ 2, IEEE 803.2at, verwendet ebenfalls zwei Adernpaare und liefert bis zu 600 mA / 30 W.
IEEE 802.3bt, einschließlich der Typen 3 und 4, ermöglicht die Stromübertragung über alle vier Adernpaare eines verdrillten Kabels und damit die Bereitstellung von bis zu 90 W an die PSE (und 71 W an die PD). Typ 3 liefert 600 mA und bis zu 60 W an die PSE, während Typ 4 je nach PoE-Klasse 960 mA und bis zu 90 W an die PSE liefert.
Wie bereits erwähnt, sind PoE-Standards abwärtskompatibel, sodass Geräte des Typs 1 oder 2 problemlos an ein PoE-Netzwerk des Typs 4 angeschlossen werden können. Allerdings ist es unwahrscheinlich, dass ein Gerät des Typs 4 in einem Netzwerk des Typs 1 oder 2 genügend Strom für den Betrieb erhält.
Kategorien der Fernfütterung (RP)
PoE-Typen und -Klassen dienen dazu, sicherzustellen, dass Komponenten in einem PoE-Netzwerk die korrekte Strommenge aushandeln, liefern und empfangen können. Im Gegensatz dazu sind Remote-Power-Kategorien (RP) für die Installationspraxis konzipiert.
Die drei RP-Kategorien wurden 2020 durch internationale und europäische Normen (ISO/IEC 14763-2 und EN 50174-2) definiert. Die Kategorisierung basiert auf dem durchschnittlichen Strom, der vom Verteilerpunkt versorgt wird. RP1 umfasst Anwendungen mit dem niedrigsten Strombedarf, bei denen der durchschnittliche Strom (mittlerer Strom ic) aller vom Verteilerpunkt versorgten Leiter 212 mA nicht überschreitet. RP2 deckt den Bereich von 212 mA bis 500 mA ab. Bei Kategorie RP3 unterliegt der Anschluss eines PSE oder PD an einen Verteilerpunkt nicht der Ic-Grenze von < 500 mA. Dennoch sind bei späteren Kabelerweiterungen weiterhin eine sorgfältige Planung vor der Installation sowie die entsprechende Dokumentation und administrative Kontrollen erforderlich. Daher müssen alle PoE-Installationen des Typs 4 standardmäßig der Kategorie RP3 entsprechen.
Die RP-Kategorien dienen dazu, die Wärmeentwicklung der Stromversorgung in potenziell problematischen Situationen angemessen zu steuern. Bei Anlagen mit geringerer Leistung (RP1) ist das Risiko einer Wärmeentwicklung minimal, wodurch auch die Anforderungen an Installation und Planung gering sind. Im Gegensatz dazu bergen Netze mit höherer Leistung (RP3) ein deutlich höheres Risiko der Wärmeentwicklung, das bei der Planung und dem Aufbau des Netzes berücksichtigt werden muss.
Bei Netzen mit geringerer Leistung lässt sich argumentieren, dass die Verwendung von RP1 oder RP2 Planungs- und Dokumentationszeit spart. Dies vereinfacht zwar die Netzinstallation, führt aber während der gesamten Lebensdauer des Netzes zu zusätzlichem Verwaltungs- und Dokumentationsaufwand. Jede Änderung oder Erweiterung erfordert den Nachweis, dass der durchschnittliche Strom die zulässigen Grenzwerte nicht überschreitet. Mit RP3 ist die Planung bereits in die ursprüngliche Netzauslegung integriert, was zu einer zukünftig deutlich einfacher zu verwaltenden Architektur führt. Der Anschluss von entfernten Stromversorgungsgeräten an einen Verteilerkasten ist uneingeschränkt möglich, sofern der Stromgrenzwert von ic < 500 mA eingehalten wird.
Die RP-Kategorie gilt für ein gesamtes Kabelbündel. Wenn Sie beispielsweise Kabel mit 15 W Typ 1 und 55 W Typ 3 PoE im selben Bündel mischen, bestimmt der durchschnittliche Strom des gesamten Bündels die minimale RP-Kategorie.
Die RP-Kategorie gilt für ein gesamtes Kabelbündel. Wenn Sie beispielsweise Kabel mit 15 W Typ 1 und 55 W Typ 3 PoE im selben Bündel mischen, bestimmt der durchschnittliche Strom des gesamten Bündels die minimale RP-Kategorie.
Selbst wenn die ursprüngliche Installation nur für PoE mit geringer Leistung (Typ 1 oder 2) vorgesehen war, kann es daher ratsam sein, die Einhaltung des RP3-Standards anzustreben. Dies hängt von den langfristigen Zielen des Netzwerks ab, und wie immer sollten diese Ziele im Vorfeld klar definiert werden.
Es wird außerdem empfohlen, allen Verteilern, bei denen Fernspeisung zum Einsatz kommt, eine einheitliche Kategorie zuzuweisen.
Wenn in der Installationsspezifikation eine Erweiterung der bestehenden Verkabelung beschrieben wird, muss die RP-Kategorie der bestehenden Installation angegeben werden.
Abschließend ist eine genaue Kennzeichnung erforderlich: Es wird empfohlen, sowohl den Schaltschrank als auch die Verteilerkästen (oder Anschlussfelder) zu beschriften.
So gelingt die korrekte Installation am Boden.
