Power over Ethernet (PoE): die Faktendatei

Die zunehmende Verbreitung von IP-verbundenen Netzwerkgeräten im Unternehmen hat nicht nur den Bedarf an schnelleren Datenraten gesteigert, sondern auch die Leistung. Dadurch wurde die Tür für Power-over-Ethernet (PoE) weit geöffnet.

PoE ermöglicht es verbundenen Geräten, Daten- und Stromverbindungen über ein einziges Kupfer-Ethernet-Kabel zu teilen, wodurch die Infrastruktur optimiert und der Betrieb vereinfacht wird. Während PoE seit 1999 Teil des Unternehmensnetzwerks ist, haben seine Fähigkeiten und Bedeutung in den letzten Jahren mit der Entwicklung von PoE-Geräten mit höherer Wattzahl große Fortschritte gemacht. Dazu gehören gängige Geräte wie Desktoptelefone, Sicherheitskameras, Videomonitore und drahtlose Zugangspunkte für Wi-Fi oder drahtlose Dienste im Gebäude.

Mit den heutigen fortschrittlichen PoE-Technologien und -Geräten müssen Unternehmensnetzwerke nicht mehr für jedes angeschlossene Gerät ein separates Netzteil (Wechselstrom) betreiben. Und das ist erst der Anfang. Zu den Vorteilen von PoE gehören auch besser konzipierte elektrische Sicherheitsfunktionen, ein besseres Gerätemanagement und geringere Installation- und Wartungskosten.

Ob Wi-Fi-Zugangspunkte, Sicherheitskameras, LED-Beleuchtung, IP-Telefone, RFID-Sicherheits- oder Gebäudemanagementsysteme, die wachsende Palette an PoE-Geräten bietet Unternehmen eine großartige Möglichkeit, die Remote-Stromversorgung zu nutzen und infrastrukturbezogene Ausgaben besser zu verwalten, während sie die vorhandene Verkabelung verwenden. Erfahren Sie jetzt, wie.

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Die Stromversorgung von Telekommunikationsgeräten über Twisted-Pair-Verkabelung ist so alt wie das Telefon.
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Was ist PoE und wie funktioniert es?

PoE1 ist ein System zur sicheren Übertragung von Strom und Daten an Remote-Geräte unter Verwendung von Standard-Ethernet-Verkabelung, Kategorie 3 und höher. PoE funktioniert, indem der elektrische Strom in eine Niederspannungsversorgung umgewandelt und dann über strukturierte Verkabelung an PoE-fähige Geräte übertragen wird. Das System soll verhindern, dass Daten- und Leistungssignale einander stören. Strom wird an die Datenleiter durch Anlegen einer gemeinsamen Spannung an jedes Paar übertragen. Da Twisted-Pair-Ethernet-Differenzsignalisierung verwendet, stört dies die Datenübertragung nicht. PoE ist somit in der Lage, sowohl Leistungs- als auch Datensignale zu übertragen, ohne das Datensignal zu stören.

Während Signalstörungen beseitigt werden, ist eine gewisse Verlustleistung unvermeidlich. Beispielsweise führen Systeme, die den PoE 802.3af-2003-Standard erfüllen, 15.4 Watt Leistung an die Verkabelung, aber es ist zu erwarten, dass nur 12.95 Watt vom mit Strom versorgten Gerät empfangen werden. Die gute Nachricht ist, dass sich mit der Weiterentwicklung von PoE-verbundenen Geräten auch die zu ihrer Unterstützung erforderlichen Branchenstandards weiterentwickelt haben. Weitere Informationen finden Sie in Kapitel 4.1.

Durch die Verwendung von Kommunikationskabeln zur Bereitstellung von Remote-Strom ermöglicht PoE eine kostengünstige Stromversorgung für eine Vielzahl von Geräten. Weitere Vorteile sind:

  • Im Vergleich zu Wechselstrom kleinere Kabel- und Steckergrößen, wobei eine höhere Dichte ermöglicht wird.
  • Kontinuierliche Überwachung des Stromkreises auf Fehler und andere Betriebsbedingungen.
  • Niederspannungsverkabelung kann als Teil des ITC-Netzwerks für sicherere, kostengünstigere Installationen installiert werden
  • Mehr Kontrolle und verbesserter Betrieb der Geräte für besseres Anlagenmanagement.
  • Synergien zwischen Stromversorgung und Kommunikation ermöglichen eine intelligente Infrastruktur
  • USV-Backup, was einen robusten und zuverlässigen Betrieb ermöglicht.

PoE-Anwendungen, Märkte und Trends

Laut dem Technologieforschungs- und Beratungsunternehmen The Building Services Research and Information Association (BSRIA) „werden weltweite PoE-Lieferungen voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von rund 11–13 % bis 2023 ansteigen und bis zum Ende des Zeitraums mehr als 180 Mio. verkaufte Ports pro Jahr erreichen.“2

Die Entwicklung von PoE: Standards, Typen und Klassen

Die Entwicklung der PoE-Technologie spiegelt die Entwicklung der unterstützten Geräte wider, von ihren Stromversorgungsgeräten mit Vorläuferstandard wie Telefonen über den ersten PoE-Standard 2003 bis zum neuesten IEEE 802.3bt-Standard4, der mindestens 71 Watt über strukturierte Verkabelung liefert. Es ist nicht ungewöhnlich, dass die Einführung verschiedener angeschlossener Geräte den Standards vorausgeht.

Tabelle 2: Operative Eigenschaften von PoE nach Standard, Typ und Klasse

Table 2: Operational characteristics of PoE by standard, type and class

Design und Bereitstellung der PoE-Verkabelung

Im letzten Jahrzehnt hat sich PoE zu einer wichtigen Antriebsstrategie entwickelt, die es Netzwerkverwaltern, Installateuren und Integratoren die Nutzung einer strukturierten Verkabelung ermöglicht, ihre Netzwerkgeräte sowohl mit Strom als auch mit Daten zu versorgen. Während die Möglichkeit, Niederspannungsstrom und -daten über dasselbe Kabel zu übertragen, die Bereitstellung und Verwaltung von PoE-Netzwerken erheblich vereinfachen könnte, kann es schwierig sein, sie so zu planen und zu gestalten, dass sie das beste Gleichgewicht zwischen Kosten, Leistung und Verwaltbarkeit erreichen. Ingenieure müssen mehrere Schlüsselvariablen berücksichtigen. Zu den wichtigsten Faktoren, die das effiziente Design und den Betrieb Ihres PoE-Netzwerks beeinflussen, gehören:

  • Kanaltopologie: Kabeltrasseninfrastruktur
  • Umgang mit thermischen Belastungen: Kabelbündelung, Abstände und Längen
  • Auswahl von Kabeln und Steckern

Kabel und Anschlüsse

Überwachung der PoE-Verteilung über die strukturierte Verkabelung.

Wie wir gesehen haben, legen die Verkabelungsstandards in TIA, ISO/IEC und CENELEC empfohlene Kabelbündelgrößen basierend auf Umgebung und Kabelkategorien fest. Anhang 1 der ISO/IEC 18598 (AIM-Norm) befasst sich mit der Notwendigkeit, die Kabelbündelgrößen und die Leistungspegel jedes Kabels im Bündel zu dokumentieren.

Testen, was als Nächstes kommt

Fazit

Die jüngste Einführung neuer Konnektivitätsoptionen wie Wi-Fi 6, 5G, gemeinsames Spektrum und mehr hat dazu beigetragen, die Bereitstellung von konvergierten IoT- und OT-Edge-Geräten wie IP-Sicherheitskameras, LED-Beleuchtung und 4K/HD-Digital Signage zu erhöhen. Weitere Edge-Geräte sind Verkaufsstellen, intelligente Gebäudemanagementsysteme und Sensoren wie Zugangskontrollen (intelligente Schlösser), Ortungsdienste, Branderkennung und Evakuierung. Inzwischen beginnen auch 5G-fähige Systeme für das intelligente Zuhause auf dem Markt Fuß zu fassen. Aufgrund ihrer Effizienz, Vielseitigkeit und Sicherheit ist Power-over-Ethernet (PoE) die bevorzugte Technologie für die Stromversorgung dieser angeschlossenen Edge-Geräte, drahtlosen Zugangspunkte und mehr.

Der neueste 802.3bt-Power-over-Ethernet-Standard (auch bekannt als Four-Pair-PoE oder einfach 4PPoE) bietet Unterstützung für volle 90 Watt, die über eine Verkabelung der Kategorie 6A geliefert werden können. Auch wenn ältere drahtlose Zugangspunkte (APs) in der Regel nur wenig Strom verbrauchen, benötigen einige neuere APs mehr Strom, um alle ihre Funkgeräte zu betreiben und die über ihre USB-Anschlüsse angeschlossenen Geräte mit Strom zu versorgen. Es wird erwartet, dass die Anzahl der PoE-fähigen Edge-Geräte wie HD/4K-Digital Signage, PTZ-Kameras (Schwenken, Neigen und Zoomen) und intelligente LED-Beleuchtung in den kommenden Jahren weiter zunehmen wird.

PoE wird wahrscheinlich auch als immer wichtiger als eine stabile Backup-Stromquelle für konvergente Edge-Geräte angesehen, bei denen die Betriebszeit entscheidend ist. Beispielsweise kann eine HD-Kamera Daten an mehrere Anwendungen, wie Sicherheitssysteme, Personenzählung, Maschinenlernanalyse (ML) und Belegungssensoren, weiterleiten. Durch die Kombination und Zentralisierung von Strom und Daten am Netzwerk-Switch mit dedizierten Stromkreisen vereinfacht und automatisiert PoE die Fehlerbehebung und Verwaltung.

Doch selbst wenn es die Netzwerkinfrastruktur vereinfacht und rationalisiert, ist die Entwicklung eines PoE-Netzwerks, das die beste Balance zwischen Leistung, Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit bietet, alles andere als einfach.

In den vorhergehenden Kapiteln haben wir einen Überblick über einige der wichtigsten Konzepte und Überlegungen gegeben, die Sie bei der Entwicklung, dem Ausbau und der Integration Ihres PoE-Systems in das breitere Unternehmensnetzwerk berücksichtigen sollten. Zugegeben, diese Übersicht ist allgemein gehalten. Wir hoffen, dass Sie die Links zu anderen Assets nutzen werden, die Ihnen einen tieferen Einblick in bestimmte Themen gewähren.

Und wie immer sind Sie nie allein; CommScope ist hier, um Sie zu unterstützen und zu beraten. Wir helfen Ihnen bei der Planung und Vorbereitung auf das, was als Nächstes kommt.

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Was bestimmt die Zukunft von PoE?

Power over Ethernet-Fortschritte gehen über leistungsstärkere Netzwerk-Switches hinaus und unterstützen Wireless-Gebäudelösungen. Erfahren Sie, was die Zukunft Ihres Netzwerks in Bezug auf PoE bringen wird.

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