Remote Powering

Nächste Generation Power over Ethernet

Roland Dold

Netzwerke in Unternehmen wachsen weiter, werden vielseitiger und komplexer. Wireless Access Points (WAPs), Sicherheitsnetzwerkkameras, Gebäudeautomation und Leitsysteme sowie Voice-over-IP-Telefone (VoIP) sind jetzt wichtige Netzwerk-Bestandteile. Umso mehr Netzwerkgeräte hinzugefügt werden, desto mehr muss die Verkabelungsinfrastruktur auf dieses Wachstum ausgelegt sein. Dabei wird die Option der Fernversorgung der Endgeräte immer attraktiver. In den letzten zehn Jahren hat sich Power over Ethernet (PoE) als die Schlüsseltechnologie etabliert, die den Netzwerkverantwortlichen, Installateuren und Systemintegratoren, die integrierte Versorgung von Endgeräten mit Energie und Daten über die strukturierte Verkabelung ermöglicht. Der seit 2003 in IEEE 802.3af geschaffene erste PoE-Standard war bereits für die Versorgung von Endgeräten mit bis zu 12,95 Watt ausgelegt.

Der schnell wachsende Bedarf an PoE-Anwendungen mit höherer Leistung schaffte die Notwendigkeit, diese Standards zu erneuern. In 2009 wurde der PoE Plus (PoE+) Standard IEEE 802.3at mit bis zu 25,5 Watt Leistung am Endgerät verabschiedet. Seither wächst der Bedarf der Industrie an der Fernversorgung mit noch höheren Leistungen stetig. Der aktuell neue Standard IEEE 802.3bt trägt dem Rechnung und versorgt nun Endgeräte mit bis zu 90 Watt. Wie zu erwarten, bieten die Hersteller von Endgeräten und PoE-Versorgungseinheiten bereits nicht standardisierte Lösungen, die noch deutlich mehr Leistung (bis zu 100 Watt) liefern.

POE Grundlagen

PoE beschreibt ein System zur sicheren Übertragung von elektrischer Energie, zusammen mit Daten zu Endgeräten über die strukturierte Klasse C-, D-, E-, EA- und FA-Verkabelung. PoE ist so ausgelegt, dass sich die Energie- und Datenübertragung nicht gegenseitig beeinflussen. Dabei wandelt PoE die Netzspannung (230 VAC) in eine sichere Kleinspannung und überträgt diese über die strukturierte Verkabelung zu den PoE geeigneten Endgeräten. Etwas Energie geht dabei durch Verluste auf den Leitungen verloren. Nach IEEE 802.3af Standard werden bis 15,4 Watt Energie eingespeist, damit ein Endgerät mit bis zu 12,95 Watt versorgt werden kann. Das sind bis zu 16% Verlust auf der Übertragungsstrecke. Das PoE-System besteht aus einer Versorgungseinheit (power sourcing equipment PSE), welches die Energie liefert, und den gespeisten Endgeräten (powered device PD). Die PSE gibt es als in die Datenverteiler (Switches) integrierte Lösung, die dann als „end-span“ PSE bezeichnet wird. Wenn Datenverteiler ohne integrierte PSE verwendet werden, kann mittels sogenannter „mid-span“ die PSE Versorgung der PD-Endgeräte hinzugeschaltet werden.

Eine „mid-span“ PSE-Versorgung, die zwischen Datenverteiler (Switch) und Endgerät (PD) geschaltet wird, versorgt die Endgeräte ohne Unterbrechung der Datensignale. „Mid-span“ PoE werden allgemein als PoE- Injektor bezeichnet und werden als separate Versorgung benutzt. Die Endgeräte (PDs) sind die Verbraucher im PoE-System und werden mit Gleichstrom (DC) versorgt. Viele PDs (Endgeräte) sind mit PoE-Splitter ausgestattet, die die Trennung von Versorgung und Datenleitung ermöglichen und somit z. B. die Weiterleitung der Daten zu anderen Geräten realisieren. In Voice over IP (VoIP) Telefonanwendungen, WIFI Wireless LAN-Anwendungen oder in IP-Kamera-Anwendungen kann mit PoE-Systemen bis zu 50% der Verkabelungskosten eingespart werden, da die separate Verlegung von Versorgungsleitungen entfallen kann. Durch die in vielen Netzwerken üblichen USVs (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) kann mittels PoE-Systemen die dauerhafte Versorgung der Endgeräte bei Stromausfällen ermöglicht werden.

PoE-Normen im Überblick

Der in 2003 etablierte IEEE 802.3af Standard liefert bis zu 15,4 Watt an der PSE-Versorgung und verwendet zwei der vier Aderpaare einer strukturierten Verkabelung. Da aber einige Leistung durch den Leitungswiderstand verloren geht, stehen am PD (Endgerät) nur max. 12,95 Watt nach Norm zur Verfügung. Dies ist aber für die Versorgung von einer Vielzahl von typischen PoE-Endgeräten wie VoIP-­Telefonen, WLAN-Accesspoints, IP-Kameras, Digitaluhren, Zeiterfassungsgeräten, Zugangskontrollen und Türsprechsystemen immer noch genug Leistung. Der IEEE-Standard für PoE Plus 802.3at von 2009 stellt bis zu 30 Watt an der PSE zur Verfügung und kann somit PoE-Endgeräte (PDs) mit bis zu 25,5 Watt über zwei Aderpaare der strukturierten Verkabelung versorgen. Die weite Verbreitung von PoE-Endgeräten treibt die Gerätehersteller dazu, von der verwendeten strukturierten Verkabelung noch mehr abzuverlangen, so dass weitere neue PoE-Anwendungen entwickelt werden können. Die neue Infrastruktur muss dabei noch mehr Energie und Daten übertragen, damit die Effizienz steigen kann. Mit Geräten wie z. B. WLAN-Accesspoints nach IEEE802.11ac kann sogar GigaBit-Ethernet Leistung überboten werden. PoE wird auch in 10 GigaBit Ethernet Anwendungen heute schon eingesetzt. Wie Tab. 2 zeigt, wachsen die Marktanforderungen an PoE-Systeme schneller als die Standards. Heutige PoE-Geräte benötigen bereits mehr, als PoE Plus mit 25,5 W bereitstellen kann. Die hier genannten Anwendungen können vom neuen High-Power PoE-Standard sehr schnell profitieren.

Als Antwort auf die Marktanforderungen hat IEEE 802.3 in 2013 eine „study group“ für die Standardisierung von PoE über vier Aderpaare gebildet. Aus der study group entstand die task force für den nun neuen Standard IEEE 802.3bt. Der neue Standard wird bis zu 71 Watt zum PoE-Endgerät (PD) liefern und dabei die Leis-tungseffizienz auch noch verbessern. Der Standard erlaubt dabei eine Paar- zu-Paar-Unsymmetrie von bis zu 5%, wodurch bereits installierte Klasse E und EA sowie FA Verkabelung verwendet wer- den kann. Der neue Standard wird dabei auch bereits existierende, herstellerspezifische PoE-Lösungen mit integrieren. Einige Hersteller bieten bereits heute Lösungen für die aufkommenden High-Power PoE-Anwendungen, wie z. B. Universal PoE (UPoE) mit 60 Watt Leistung am PSE-Port.