Стандарт 802.3af: электропитание по сетям Ethernet
Сегодня целый ряд сетевых устройств - IP-телефоны,
точки беспроводного доступа и т.д. - требует
дополнительной подачи напряжения от внешних блоков
питания. Помочь в этом призвана рекомендация
802.3af.
Сейчас уже никого не удивляет тот факт,
что обычный телефон или радио используют одну медную
пару, которая одновременно служит как для передачи
сигнала, так и для подачи напряжения питания для
электронных схем устройства. Эта же идея была
использована создателями стандарта 802.3af для питания
терминальных сетевых устройств от медной проводки
локальных сетей Ethernet. Стоит подробнее остановиться
на самом стандарте и его применениях.
Сетевые
устройства, как известно, зачастую используются в самых
суровых условиях, в частности, в труднодоступных для
человека местах: шахтах и тоннелях канализации, на
чердаках и в подвалах, в технологических нишах и так
далее. Ясно, что необходимость подведения в эти места
напряжения питания наряду с сигнальным кабелем может
значительно повысить стоимость работ, делая саму идею
подключения экономически необоснованной.
Поэтому
группой разработчиков IEEE 802.3 был создан новый
стандарт 802.3af. Работа над технологией электропитания
по сетям Ethernet (Power over Ethernet - PoE) началась в
середине 1999 года, когда институт IEEE сформировал
соответствующую проблемную группу. Окончательно же
стандарт был утвержден только в июле 2003
года.
Официальным спонсором разработки нового
стандарта выступила компания Nortel Networks, а полное
его название звучит как Data Terminal Equipment (DTE)
Power via Media Dependent Interface (MDI), то есть
"Питание периферийных устройств посредством сигнальных
линий".
В целом же группа 802.3 занимается всем
многообразием проблем, связанных с технологией CSMA/CD
(carrier sense multiple access with collision
detection), больше известной как Ethernet. Организацию
можно найти в интернете по адресу http://www.ieee802.org/3/index.html.
Некоторые определения
Для начала, следуя официальным документам, проследим,
что обещает новый стандарт. Как гласит "Запрос на
авторизацию", цель проекта - разработать схему
электроснабжения терминальных устройств через
существующие сигнальные кабельные системы. Потребляемая
мощность этих устройств, естественно, ограничивается
параметрами кабелей и другими соображениями. При этом
подразумевается, что новые устройства будут полностью
совместимы с существующими, то есть теми, которые
потребляют энергию от обычных источников питания.
Основные предпосылки для внедрения такого способа
электроснабжения - появление новых чипов и,
соответственно, устройств с низкой потребляемой
мощностью, подключенных к ЛВС и предназначенных для
работы в необслуживаемом режиме.
Раздел
"Интеллектуальная собственность" указывает на то, что
новый стандарт не принадлежит ни одной компании, с ним
не связаны никакие торговые марки и прочие права
собственности, то есть стандарт является общественным
достоянием.
Следующий документ "Цели" дает больше
технической информации. В частности, в документе
определяется, что должны поддерживаться все сетевые
стандарты для витой пары: 10Base-T, 100Ва-se-TX и
1000Base-T (опционально, но, по крайней мере, на уровне
совместимости). Питание при этом подается каждому
отдельно взятому устройству, то есть распределение
электроэнергии - целевое.
Устройства класса RJ-45
MDI Ethernet, с которыми придется сотрудничать новому
стандарту, включают в себя соединения
"коммутатор-коммутатор" (оба потребляют энергию), кабели
cross-over и терминаторы. Новые устройства должны
автоматически распознаваться, причем как во включенном,
так и в выключенном состоянии. Также устройство должно
заявлять о необходимом напряжении и потребляемой
мощности и предоставлять другие возможности для
наблюдения за своей работой.
Для работы новых
устройств должно быть достаточно существующих
четырехпарных горизонтальных кабельных систем третьей и
пятой категорий. В качестве опций предлагается
возможность питания по сигнальным линиям и совместимость
с другими стандартами, базирующимися на RJ-45: Token
Ring, ATM, FDDI TP-PMD, ЮООВа-se-T, ISDN, IEEE 1394 и
т.д.
Документ "Критерии" описывает рыночные
предпосылки для внедрения нового стандарта. С одной
стороны, это наличие широкого диапазона актуальных
сегодня устройств, которые потенциально могли бы
работать в новом режиме: оборудование для IP-телефонии,
вэб-камеры, беспроводные точки доступа, системы
промышленной автоматики, домашние и бытовые приборы,
системы безопасности и контроля доступа, терминалы точек
продаж, системы управления освещением, игровое и
развлекательное оборудование, строительные системы
управления.
С другой стороны, новый стандарт
должен заменить ряд "фирменных" патентованных систем
аналогичного назначения и таким образом убрать барьеры
при построении гетерогенных сетей, объединив
заинтересованных производителей и
пользователей.
Технология
питания по локальной сети (Power over LAN) позволяет
интегрировать передачу данных, речи и питания в сети
Ethernet. При этом исчезает необходимость в устройствах
1-3
Третье - это экономический
эффект от отсутствия силовой проводки. Для многих
случаев это может оказаться принципиальным моментом
-когда стоимость подключения является сопоставимой или
адекватной стоимости кремниевых компонент и программного
обеспечения.
Технические требования
После определения
целей нового стандарта рабочая группа начала
генерировать технические параметры 803.2af, в своей
совокупности представленные в документе "Требования". На
сегодня список технических характеристик, вошедших в
спецификации (с некоторыми сокращениями полный вариант
можно найти по адресу http://www.ieee802.org/3/af/require-ments.pdf),
следующий:
- не утверждая, что только две определенные пары
кабеля будут нести напряжение питания, тем не менее
предполагается, что питание подается по двум парам,
где оба провода в паре несут один и тот же потенциал.
Напряжение питания - разность потенциалов между этими
двумя парами;
- вне зависимости от принятых схем подачи напряжения
и его детектирования, само напряжение и его
детектирование осуществляется по одному и тому же
набору пар кабеля;
- независимо от окончательно выбранного уровня
напряжения, максимальное его значение для устройств
DTE не должно превышать требования SELV per IEC
950.
Для справки: SELV (Safety Extra
Low Voltage) - уровень напряжения, безопасный для жизни
человека, определенный в IEC 950 -стандарте
международной электротехнической комиссии относительно
уровней напряжения, сопротивления изоляции и т.д,
выпущенном в 2001 году. Согласно этому определению, к
классу SELV относятся устройства, пиковое напряжение
которых не превышает 42,4 В или 60 В постоянного тока
между любыми двумя точками схемы или относительно земли.
Подробную информацию об IEC 950 применительно к 802.3
можно получить по следующей ссылке: http://www.ieee802.org/3/af/pu-blic/mar00/stapleton_1
_0300.pdf;
- для источников питания постоянного тока нового
стандарта должно обеспечиваться как минимум выходное
напряжение 40 В и минимальный ток 300 мА на один порт,
при этом максимальный продолжительный ток на стороне
терминального устройства не должен превышать 350 мА;
- оптимальным методом подачи напряжения питания
признана схема наличия отдельного промежуточного
устройства, получающего отдельно сигнальное напряжение
и питание и трансформирующего затем их для передачи по
одному кабелю. На стороне абонента терминал
преимущественно сам должен разделять полученный
сигнал;
- решения для питания нового типа должны
поддерживать подключение промежуточных устройств
802.3af (Midspan) в разрыв существующих сетей;
- стандарт 802.3af использует технологию измерения
сопротивления для определения совместимых устройств,
при этом гарантируется, что подключенные устройства не
будут повреждены, если они не поддерживают подачу
питания по сигнальным линиям. Этим же методом
определяется, включено устройство или же находится в
выключенном состоянии.
На практике
802.3а1-совместимые устройства должны иметь постоянное
сопротивление 25 кОм на входе, а устройство, подающее
напряжение, должно проверять различные наборы пар
достаточно низким напряжением, не способным повредить
электронику несовместимых устройств, и только после
положительного результата поиска подходящих пар
подавать номинальные 48 В. При этом диапазон
напряжений в стандарте окончательно определен в
пределах 44-57 В (в большинстве устройств напряжение
питания составляет 48 В).
Мини-коммутатор
3Com IntelliJack получает питание по технологии
РоЕ
Примеры реализации
В рыночной
терминологии питание по сигнальной сети называется Power
Over Ethernet (PoE). Некоторые из РоЕ-устройств
придерживаются старых лицензированных технологий, но все
новые PoL-устройства, как правило, выполнены с учетом
рекомендаций 803.2af.
Реализации предусматривают
наличие двух специальных устройств - промежуточных
(Mid-span) и, если терминальное устройство не
поддерживает РоЕ напрямую, разделителя (Splitter).
Первые, соответственно, объединяют два напряжения -
силовое и сигнальное для передачи по че-тырехпарному
кабелю.
Разделитель, напротив, восстанавливает
отдельно напряжение питания и сигнальную компоненту -
предполагается, что в дальнейшем все больше устройств
будут включать разделитель, так что необходимость в
отдельном устройстве постепенно
отпадет.
Существует и другой способ подачи
напряжения, так называемый End-span (In-line), когда
напряжение питания объединяется с сигнальным прямо в
активном сетевом оборудовании и подается на выходные
интерфейсы. Фактически это метод, аналогичный
рассмотренному выше, за исключением того, что активное
оборудование соединено с промежуточным объединителем в
одном корпусе. На практике используются оба метода
(рис.).
Midspan-устройства для подачи напряжения
питания используют пары 4-5, а также 7-8, то есть обе
незадействованные пары четырехпарного кабеля 3-6
категорий для протоколов 10/100Base-TX. Для этих же
целей End-span-устройства используют пары 1-2 и 3-6.
Поэтому важно, чтобы снабжаемые питанием устройства не
только обладали идентификатором Power-over-LAN, но и
были в состоянии получать питание по любой комбинации
пар проводов.
В инфраструктуре Gigabit Ethernet
для подачи питания также используются две пары
проводников. Передача данных и подача питания
выполняются параллельно, что препятствует возникновению
взаимных помех. Подключение напряжения при этом
происходит между центральными отводами магнитных катушек
соответствующих линейных трансформаторов, ответственных
за прием и передачу данных.
Сегодня почти все
производители сетевого оборудования - 3Com, Avaya,
Cisco, Nortel, Ericsson, Powershine, Siemens, Mitel,
NED, Proxim, Symbol, Compaq, Intermec - выпускают
оборудование для РоЕ. Для примера рассмотрим предложения
такого известного бренда, как 3Com.
Коммутатор
3Com Super Stack 3 Switch 4400 PWR представляет собой
как раз вариант интегрированного End-Span-устройства.
Этот 24-порто-вый коммутатор объединяет в одном
девятнадцатидюймовом корпусе собственно коммутатор и
объединитель 802.3af, экономя место и дополнительные
кабели, а также сокращая количество источников
бесперебойного питания.
Интересным устройством
является 3Com Network Jack, которое способно и само
питаться по PoL, и передавать питание другим
устройствам. Существует также и еще более
интегрированное устройство, так называемое IntelliJack,
ко всему еще и обладающее функциями
коммутатора.
В качестве потребителей PoL от 3Com
выступают WiFi-беспроводные точки доступа и устройства
сетевой телефонии. Другие производители предлагают иные
устройства, например, сетевые камеры, торговые
терминалы, кардридеры и так далее.
Также нужно
сказать, что PoL-устройства, совместимые с 803.2af,
поддерживаются также и на уровне административного
программного обеспечения, в частности, такими
приложениями, как 3Com Network Supervisor и HP
OpenView.
Другой известный производитель сетевого
оборудования, компания Cisco, также выпускает подобные
устройства. Вся линейка коммутаторов Catalyst от Cisco
оборудована модулями PoE, в том числе и на гигабитных
портах. РоЕ встроен в коммутаторы серий Catalyst 6500,
4500, 3750, 3560 и др. Также указанные модули совместимы
с так называемой "фирменной технологией" рге-standard
Cisco PoE.
Cisco
Catalyst 6500 может быть оборудовано модулями
PoE
Замечания на тему питания
Итак, преимущества
устройств типа РоЕ очевидны: простота установки,
отсутствие дополнительных расходов на кабели питания,
упрощенная эксплуатация, централизованное управление
питанием и защита от сбоев по питанию. Соответствующие
продукты уже вполне доступны, осталось только
сопоставить выгоды с неизбежной дополнительной
стоимостью устройств и принять для себя решение: как и
когда можно эффективно использовать эти
возможности.
К недостаткам же следует отнести то,
что, к сожалению, новый стандарт не решает полностью
проблему питания подключенных к сети портативных
компьютеров. РоЕ предусматривает максимальную
потребляемую мощность в 12,95 Вт, чего в большинстве
случаев недостаточно для ноутбуков, которые, как
правило, потребляют не менее 30 Вт. Однако специалисты
надеются, что мобильные устройства будут с каждым годом
требовать все меньше энергии, и лет через пять с помощью
продуктов стандарта 802.3af можно будет питать до 75%
узлов, работающих в локальной сети Ethernet.
Автор: Арсений Чеботарев
Источник: www.seti.com.ua
|
