PoE – Entwicklung und Spezifikationen
Power-over-Ethernet (PoE) ist ein Standard, der es ermöglicht, über Netzwerkkabel zusätzlich zu Daten auch Strom zu übertragen. Somit können netzwerkfähige Geräte wie WLAN-Accesspoints, Überwachungskameras oder auch smarte Lampen direkt über das Netzwerk mit Energie versorgt werden.
Separate Stromleitungen und Netzteile sind nicht mehr erforderlich. Bis PoE aber die heutige Leistungsfähigkeit erreicht hat, sind natürlich einige Jahre an Entwicklungszeit ins Land gegangen. Erst die heutigen Standards und Kabelqualitäten erlauben die Nutzung des vollen Potenzials von PoE und können auch besonders leistungsfähige Komponenten sicher mit Energie versorgen. In diesem Beitrag betrachten wir die Entwicklung von PoE anhand der verschiedenen Standards, die sich im Laufe der Jahre etabliert haben. Im nächsten Beitrag schauen wir uns an, wie PoE den Aufbau von drahtlosen Netzwerken deutlich vereinfachen kann.
15,4 Watt in 100 Mbit-Netzen: IEEE 802.3af
Angefangen hat alles mit der PoE-Spezifikation IEEE 802.3af (PoE), welche ausschließlich mit den Übertragungsstandards 10Base-T und 100Base-TX kompatibel ist. Dieser Standard kann eine maximale Speiseleistung von bis zu 15,4 Watt pro Switch-Port bei Spannungen von 44 bis 57 Volt mit einer Stromstärke von 350 mA bereitstellen. Bei der maximal ohne Extender möglichen Kabelstrecke von 100 Metern bleiben somit noch 12,95 Watt für das zu versorgende Gerät übrig. In der Betriebsart Phantomspeisung laufen Strom- und Datentransfer über die Adernpaare 1/2 sowie 3/6. Wird stattdessen das Spare-Pairs-Verfahren genutzt, fließen die Daten auf den Adern 1/2 und 3/6, der Strom nutzt die Adern 4/5 sowie 7/8. PoE nach IEEE 802.3af funktioniert bereits mit Kabeln der Spezifikation CAT 3, die heute aber wohl kaum noch anzutreffen sind.
IEEE 802.3at erlaubt PoE auch in 1 Gbit-Netzen
Um den Einsatz mehrerer Geräte und eine höhere POE-Leistung möglich zu machen, wurde beim Nachfolger IEEE 802.3at (PoE+) eine maximale Speiseleistung von 25,5 Watt pro Switch-Port realisiert. Auch nach Abzug der in einer Installation auftretenden Verluste verbleiben je nach Kabellänge und -qualität noch rund 21,9 Watt maximale Entnahmeleistung pro Port. Die anliegende Spannung beträgt nun 50 Volt, die Stromstärke 600 mA. PoE nach der Norm IEEE 802.3at kann auch für 1000Base-T genutzt werden, allerdings nur mit Phantomspeisung, da hier Daten auf allen vier Adernpaaren übertragen werden. Voraussetzung für den Betrieb von PoE+ ist ein Kabel nach CAT-5-Standard, welches auch bei älteren Installationen in der Regel bereits vorhanden ist. Grundsätzlich gilt aber für alle POE-Anwendungen, dass Kabel mit besserer Qualität und höherer Spezifikation immer für weniger Verluste, also mehr verfügbare Leistung am Endgerät sorgen.
Noch stärker und effizienter mit IEEE 802.3bt
Mit der neuesten Spezifikation des PoE-Standards IEEE 802.3bt (4PPoE / PoE++) ist eine deutlich höhere Leistung von bis zu 100 Watt möglich. Dies wird durch die Nutzung aller vier Adernpaare des Netzwerkkabels erreicht. Daten und Strom werden also immer gemeinsam übertragen (Phantomspeisung). Auch das Stromsparen funktioniert mit dem neuen Standard deutlich besser. Geräte müssen nur noch 1,875 Prozent der Zeit, in der sie mit einem PSE (Power Sourcing Equipment) verbunden sind, eine Leistung von mindestens 10 mA aufnehmen. Bei früheren Standards musste diese Leistung über 20 Prozent der Zeit aufgenommen werden, um nicht die Verbindung zu verlieren. Somit können Geräte – beispielsweise Lampen in Büros – problemlos die ganze Nacht ausgeschaltet werden, ohne am nächsten Tag eine neue Aushandlung der Leistungsstufen durchführen zu müssen. Das Ein- und Ausschalten der Geräte kann ganz einfach über das SNMP-Protokoll erfolgen.
Nicht PoE-fähige Geräte am PoE-Switch – Geht das?
Bei einem IEEE 802.3bt-fähigen Gerät als PSE (power sourcing equipment) können PoE-fähige und nicht PoE-fähige Geräte problemlos parallel betrieben werden. Der Switch prüft bei jedem angeschlossenen Gerät zunächst, ob es PoE-fähig ist. Dazu schickt er eine schwache Spannung an das Gerät. Fließt dann ein Strom, der bestätigt, dass das Gerät einen Widerstand von 25.000 Ohm aufweist, handelt es sich um ein PoE-Gerät. Danach verhält sich das zu versorgende Gerät zunächst wie ein Gerät mit der niedrigsten Leistungsklasse des Typs 1, bis der tatsächliche Leistungsbedarf ausgehandelt wurde. Um den genauen Leistungsbedarf mitzuteilen, kommt in der Regel das Link Level Discovery Protocol (LLDP) oder eine vom PD ausgesendete Folge von Impulsen zum Einsatz. Der Leistungsbedarf kann auch während des Betriebs jederzeit angepasst werden. Wird kein Widerstand von 25.000 Ohm erkannt, schaltet das PSE einfach die Spannung für diesen Port ab und das nicht PoE-fähige Gerät kann ganz normal genutzt werden.
Auch für nicht PoE fähige Switche und Endgeräte nutzbar
Soll ein Netzwerk nachträglich um PoE erweitert werden, ist dies problemlos auch ohne den Austausch von Switchen möglich. Die Stromversorgung können Geräte übernehmen, die zwischen Switchen und Endgeräten eingebunden werden. Das können kleine PoE-Injektoren sein, die jeweils nur einen Port versorgen, aber auch größere Geräte, die wie ein Switch gleichzeitig viele Ports (z.B. 24) mit Strom versorgen. Bei dieser Art der Energieversorgung spricht man von Midspan, weil die Einspeisung in der Mitte des Netzwerks erfolgt. Zusätzlich hat dies den Vorteil, dass das Endgerät weiter als 100m vom Switch entfernt sein kann, weil die maximale Leitungslänge erst ab dem Midspan berücksichtigt werden muss und nicht ab dem Switch.
Auch Endgeräte, die nicht PoE fähig sind, lassen sich über PoE versorgen. Dazu wird vor dem Endgerät ein Splitter eingesetzt, der den Strom aus der Netzwerkleitung über einen üblichen Stromanschluss (beispielsweise Hohlstecker) zugänglich macht. Hier kann das nicht PoE-fähige Gerät dann direkt wie an ein normales Netzteil angeschlossen werden.
Unverzichtbar für moderne Infrastruktur
PoE-fähige Netzwerke sind heute aus modernen Gebäuden nicht mehr wegzudenken und erleichtern den Einsatz zeitgemäßer, drahtloser Netzwerktechnik. Sie können zudem die energieeffizienten Büros der Zukunft ohne zusätzliche Elektroinstallationen mit Strom versorgen. Das bedeutet: Maximaler Komfort und hohe Energieeffizienz bei minimalem Installations- und Kostenaufwand.
Die dtm group
Die dtm group ist die Manufaktur der Moderne auf dem Gebiet der Informationstechnologie. Die Stärke des Unternehmens ist die Verknüpfung von handwerklicher Perfektion mit neuester Technologie. Durch Forschung und Entwicklung am Standort Meckenbeuren kreiert die dtm group Technologietrends im Bereich Rechenzentren und IT-Verkabelung. Aufgrund der unterschiedlichen Kernkompetenzen in der Unternehmensgruppe ist es möglich, eine komplette IT für Unternehmen umzusetzen und Kunden von der Planung bis hin zum After-Sales-Service aus einer Hand zu betreuen. Um dies zu realisieren beschäftigt die dtm group Mitarbeiter mit einem hohen Spezialisierungsgrad, z.B. Ingenieure, Architekten, Softwareentwickler, Projektleiter, Techniker, Bauleiter, Monteure und Auszubildende in technischen, betriebswirtschaftlichen und gestalterischen Berufszweigen.
Mit über 50 Jahren Erfahrung betreut die dtm group Geschäftskunden weltweit. Der Grundstein des Erfolgs wurde von Hans Moll gelegt. Er gründete das Unternehmen als Fachbetrieb für die Planung & Installation von Sicherheits- und Elektroanlagen im Jahre 1968. Heute hat sich die dtm group zu einem aufstrebenden Unternehmen für Kommunikationsverkabelung und Netzwerklösungen weiterentwickelt und wird in zweiter Generation fortgeführt.
