24.05.2016
2 мин. чтения
Николай
0 Комментариев

Питание через Ethernet (PoE) для видеонаблюдения

В статье объясняются основы Питания через Ethernet (PoE) и дается информация для проектировщиков IP видео систем.

Стандарт Power over Ethernet

В июне 2003 г. Институт IEEE выпустил стандарт IEEE 802.3af питание через Ethernet (Power over Ethernet, PoE). Текущая спецификация технологии PoE описывает работу Ethernet-оборудования, состоящего из двух частей: адаптера-инжектора, служащего для ввода электропитания в линию, где осуществляется передача данных по технологии Ethernet и адаптера-сплиттера (разделителя), который отделяет цифровые данные от электропитания и подает их на два разных выхода. В стандарте IEEE 802.3af инжектор и/или оборудование Ethernet, имеющее в своём составе функцию ввода электропитания в кабель, назвали Power Source Equipment (PSE), а сплиттер и/или устройство, питаемое через Ethernet линию, назвали Powered Device, (PD).

Стандарт предусматривает подачу по витой паре постоянного напряжения 48 Вольт и максимальную потребляемую мощность 15.4 Ватт. Эта технология работает с существующей кабельной системой, включая кабели категории 5 без необходимости внесения каких-либо модификаций в существующую СКС (структурированная кабельная сеть).

Принцип работы адаптеров PoE

Технология Power over Ethernet не оказывает влияния на качество передачи данных. Для ее реализации используются свойства физического уровня Ethernet:
А) Использование 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 по одной паре проводов и высокочастотные данные и постоянное напряжение питания.
В) Использование свободных пар для подключения питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100Base-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.
Соответственно есть два варианта подачи питания PSE адаптером PoE:
A на витые пары по которым идут данные (пример), рис. 1
B на неиспользуемые пары в кабеле (пример), рис. 2

Рис. 1 Питание через Ethernet (Вариант А), питание подается через пары данных (контакты 1,2 и 3,6)

Рис. 2 Питание через Ethernet (Вариант B), на неиспользуемые пары в кабеле (контакты 4,5 и 7,8).

Как видно из рисунков 1 и 2 PSE адаптеры PoE (PoE инжекторы) отличаются, в зависимости от вариантов А или В, при этом сплиттеры, т.е. PD адаптеры PoE, являются универсальными. PD адаптер PoE обязан уметь принимать питания в любом варианте, в том числе и при изменении полярности (например, когда используется перекрестный кабель типа компьютер компьютер).
Важным является то обстоятельство, что PSE адаптер PoE подает питание в кабель, только в том случае если подключаемое оборудование является устройством типа PD. Таким образом, оборудование, не поддерживающее стандарт PoE и случайно подключенное к адаптеру PSE, не будет выведено из строя. Процедура подачи и отключения питания на кабель состоит из нескольких этапов.
Этап определения подключения.

Этап определения подключения служит для того чтобы определить, является ли оборудование, подключенное на противоположном конце кабеля устройством типа PD.
На этом этапе PSE адаптер PoE подает на кабель напряжение от 2.8 до 10 B и определяет параметры входного сопротивления подключаемого оборудования. Для устройства PD – это сопротивление от 19 до 26.5 ком с параллельно подключенным конденсатором емкостью от 0 до 150 nF. Только после проверки соответствия параметров входного сопротивления, PSE адаптер PoE переходит к следующему этапу этапу классификации, в противном случае PSE повторно, через время не менее 2ms, переходит к этапу определения подключения.
Этап классификации.

После этапа определения подключения, PSE адаптер PoE может дополнительно выполнять этап классификации. Этап классификации служит для определения диапазона мощности, которую может потреблять устройство PD, чтобы затем контролировать эту мощность.
Каждому устройству PD в зависимости от заявленной потребляемой мощности будет присвоен класс от 0 до 4. Максимальный диапазон мощностей имеет класс 0. Класс 4 зарезервирован стандартом для дальнейшего развития.
PSE адаптер PoE может снять напряжение с кабеля, если устройство PD стало потреблять мощность большую, чем ту, которую объявило во время этапа классификации. Классификация выполняется путём введения в кабель PSE адаптером PoE напряжения от 14.5 В до 20.5 В и измерения тока в линии.
Этап подачи полного напряжения.

После прохождения этапов определения и классификации PSE адаптер PoE подает в кабель напряжение 48 В с фронтом нарастания не быстрее, чем 400 ms.
После подачи полного напряжения на устройство PD, PSE адаптер PoE осуществляет контроль за его работой двумя способами.
1) Если устройство PD в течение 400 ms будет потреблять ток меньше 5 ma, то PSE адаптер PoE снимает питание с кабеля.
2) Адаптер PSE подает в кабель напряжение частотой 500 Гц амплитудой 1.9 5.0 В и вычисляет входное сопротивление. Если это сопротивление будет больше, чем 1980 кОм в течение 400 ms, то PSE адаптер PoE снимает питание с кабеля.
Кроме того, PSE адаптер PoE непрерывно следит за током перегрузки. Если устройство PD будет потреблять ток в течение 75 ms более 400 mA , то PSE снимет питание с кабеля.
Этап отключения.

Когда FSE адаптер PoE определит, что устройство PD отключено от кабеля или произошла перегрузка потребляемого тока, происходит снятие напряжение с кабеля за время не меньше, чем 500 ms.

Преимущества подачи питания через Ethernet

Технология Power over Ethernet это привлекательный альтернативный способ электропитания сетевых устройств. Причем, ее применение возможно как при организации новых сетей, так и при модернизации существующих. Чаще всего при модернизации сети требуется установка активного оборудования именно там, где нет поблизости источника питания и электрических розеток. Благодаря стандарту IEEE 802.3af появляется возможность установки оборудования в наиболее подходящих для этого местах, не взирая на отсутствие электропроводки. Например, Wi-Fi точку доступа можно ставить в месте наилучшего приема сигнала, даже если там нет электрических розеток или установить IP камеру любом удобном для обзора месте. PoE позволяет не только существенно сэкономить на стоимости силовых кабелей и прочих компонентах, но и сократить время инсталляции оборудования Ethernet.