PoE-Glasfaser: die Faktendatei
Wie oft war der Einsatz von hochauflösenden Kameras, Wi-Fi-Hotspots oder kleinen Zellen für Mobilfunknetze ein großes Problem für Unternehmen?
Der Bedarf an Konnektivität und Mobilität hat zur Entwicklung von innovativen Lösungen geführt. Da das Internet der Dinge (IoT) jeden Winkel des täglichen Lebens durchdringt, haben IT- und Operational-Technology-Manager (OT) noch viele Herausforderungen vor sich. Mobilfunk-, Sicherheits- und Wi-Fi-Netzwerke sind einige Beispiele für Technologien, die verbessert werden müssen, um ihre Abdeckung zu erweitern und effiziente Verbindungen mit Power-over-Ethernet-Geräten (PoE) zu schaffen. Aus diesem Grund ist die Vereinfachung der Installation dieser Geräte und die Optimierung ihrer Leistung eine der größten Herausforderungen für Netzbetreiber.
Ein weiteres häufiges Problem ist die Einspeisung von PoE-Geräten in Entfernungen, die mehr als 100 Meter betragen und für ein strukturiertes Verkabelungsnetzwerk definiert sind. Um diese Herausforderung zu meistern, bietet sich der Einsatz eines Systems aus Hybridkabeln an, das Kupferleitungen und Glasfaserkerne enthält, die Strom und Daten an PoE-Extender-Geräte weiterleiten und so die Netzwerkabdeckung im Innen- oder Außenbereich bis zu einer Entfernung von 3 Kilometern erweitern. „Powered Fiber“, wie sie auch genannt wird, hat sich daher zu einer Schlüsseltechnologie bei der Einrichtung von Unternehmens- und Campusnetzwerken auf der ganzen Welt entwickelt.
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Die ursprüngliche Netzwerkverbindung begann im 19. Jahrhundert mit dem Telefon. Dies war im Wesentlichen eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Um mit mehreren Standorten zu kommunizieren, benötigte man mehrere Telefone. Telefonzentralen erlaubte die Rekonfiguration oder das Patchen zu verschiedenen Standorten der Gegenseite.
Talksets hatten Batterien beim Kunden, aber die Batterien wurden schnell als Wartungsproblem bekannt. Die Lösung kam in den 1930er Jahren, als die Stromversorgung über die Zentrale den Einsatz von Batterien überflüssig machte.
Computernetzwerke hielten in den 1970er Jahren mit der Punkt-zu-Punkt- oder Trunk-and-Tap-Verbindung von IBM Einzug in die Unternehmen. AT&T wiederum entwickelte StarLAN-1, um die Konnektivität durch strukturierte Verkabelung zu adressieren (so bezeichnet, weil eine „Stern“-Topologie über ein „LAN“ (Local Area Network) verwendet wurde und es Geschwindigkeiten von nur „1“ Mbps bereitstellte). Dies wurde später zu StarLAN-10 weiterentwickelt, aber 10Base-T wurde stattdessen zur Standardplattform (so bezeichnet, weil es „Basis“-Band-Übertragung im Gegensatz zu Breitband verwendete und 10 Mbit/s bereitstellte). Das „T“ stand für Twisted Pair (damals noch Kategorie 3).
Desktop-zu-Desktop-Voice-over-IP (VoIP)-Anwendungen wurden in den frühen 1990er Jahren entwickelt, verfügten aber nicht über eine gute QoS (Quality of Service, in diesem Fall bedeutet dies eine Priorisierung des Sprachverkehrs), und für Desktops war eine lokale Stromversorgung erforderlich (im Vergleich zur zentralen Stromversorgung für POTS: „plain old telephone service“).
PoE kam zunächst in einem proprietären Format 1999 auf den Markt, als VoIP-Handsets über das LAN mit Strom versorgt wurden. Der PoE-Standard wurde erstmals 2003 veröffentlicht, wobei Handgeräte, Kameras und Access Points die Vorteile der neuen Entwicklung nutzen. In der Folge wurden die Standards überarbeitet, um höhere Leistungspegel und mehr Geräte zu ermöglichen, die mit PoE versorgt werden können.
Im Gegenzug bestand der Bedarf nach einer vereinfachten PoE-Installation, da keine ausgebildeten Elektriker benötigt wurden und die Installationen auf eine Ein-Kabel-Installation und Kostenreduzierung durch die Vermeidung von Leerrohren ausgerichtet waren.
Diese kurze Historie hat den Rahmen für die heutige Stromfaser gesetzt. Moderne Unternehmensnetzwerke (innerhalb von Gebäuden und auf dem Campus) bestehen oft aus einer Mischung aus Kupfer- und Glasfaserverkabelung:
Kupfer hat sicherlich einige bekannte Vorteile:
- Passt zum aktuellen Standard für horizontale Verkabelung (100-Meter-Träger);
- Kann Datenraten bis zu 10 Gbit/s über die volle Distanz bearbeiten;
- Bietet 802.3bt-Leistungsstufen (PoE++);
- Endgeräte und Switches haben kostengünstige Kupferanschlüsse.
Lange Zeit dominierte jedoch die Glasfaser das Backbone, weil:
- Höhere Bandbreite im Backbone erforderlich (10 Gbps und mehr);
- Größere Entfernungen für große Gebäude und Campus-Backbones erforderlich;
Glasfaser überträgt optische Signale, aber Kupfer ist aufgrund seiner elektrischen Signale im Vorteil, wenn es um die Bereitstellung von Daten und Strom auf derselben Verkabelung geht.
Mit dem überwältigenden Erfolg des Ethernets in der Netzwerkwelt hat sich PoE als bevorzugte Technologie für die Stromversorgung von angeschlossenen Geräten herauskristallisiert.
Zur Sicherung gleichmäßiger PoE-Leistung hat das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 2003 15.4 Watt als Lieferleistungsnorm ab Stromquelle festgelegt. Heute, da Unternehmen mehr von der PoE-Technologie verlangen, wurde die Arbeit an einem neuen Standard (IEEE 802.3bt1) abgeschlossen, der bis zu 90 Watt von der Stromquelle liefert. Dieser Standard, der auch als „Vier-Paar-PoE“ (oder einfach „4PPoE“) bezeichnet wird, ermöglicht die Fernspeisung einer größeren Anzahl von angeschlossenen Geräten. Es erhöht auch die Auswirkungen der Kabelerwärmung, da die Leistung aus der gebündelten Verkabelung abgeführt wird.
Grand View Research2 prognostiziert, dass der weltweite PoE-Markt bis 2025 3,77 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Der 4PPoE-Standard ermöglicht es Netzwerkmanagern, Installateuren und Integratoren, eine größere Bandbreite an Anwendungen und PoE-betriebenen Geräten zu unterstützen. Zu den Faktoren, die das Marktwachstum vorantreiben, gehören die steigende Nachfrage nach intelligenter Gebäudeautomation und -steuerung sowie die zentrale Verwaltung von Haushaltsgeräten und anderen angetriebenen Geräten.
Während der IEEE 802.3at-Standard, der auch als „PoE Plus“ oder „PoE+“ bekannt ist, die Lieferung von 25.5 Watt an PoE-fähige Geräte vorschreibt, ist 4PPoE darauf ausgelegt, mindestens 71.3 Watt Leistung (unter der Annahme eines 100-Meter-Kanals) an das versorgte Gerät zu liefern. Es ermöglicht effizientere, leistungsstärkere Anwendungen in gewerblichen und industriellen Räumen.
Noch Fragen zu Power-over-Ethernet? Sehen Sie sich diese Ressourcen an:
- Broschüre: PoE – FAQ
- Whitepaper: Die Grundlagen für einen neuen PoE-Standard schaffen
- Broschüre: Anleitung zur PoE-Implementierung
1 IEEE 802.3bt-2018 – IEEE Standard for Ethernet Amendment 2: Physical Layer and Management Parameters for Power over Ethernet over 4 pairs
2 Power over Ethernet Market Size To Reach USD 3.77 Billion By 2025 (grandviewresearch.com)
Ein Powered-Fiber-Verkabelungssystem vereint Gleichstrom und glasfaserbasierte Ethernet-Konnektivität in einem Kabel, indem es Glasfaserlitzen für Daten und Kupferdrähte für Kupfer unter demselben Kabelmantel umfasst. Es ist alles, was ein Kunde braucht, um Power-over-Ethernet-Geräte zu installieren, und zwar über Entfernungen, die viel größer sind, als der PoE-Standard zulässt, ohne irgendwelche Berechnungen oder Konstruktionsarbeiten durchführen zu müssen. Ein stromversorgtes Glasfaserkabelsystem versorgt ein Gerät (Wi-Fi-Zugangspunkt, IP-Kamera oder kleine Zelle) über eine Entfernung von bis zu drei Kilometern mit Strom.
Wie bereits erwähnt, enthalten stromführende Glasfaserkabel Kupferdrähte. Dies sind jedoch nicht die gleichen Drähte, die wir in Twisted-Pair-Kupferkabeln finden. Sie transportieren zunächst einmal keine Daten, sondern nur Strom und können daher für eine solche Aufgabe optimiert werden. In der Regel sind sie dicker. Während ein Kategorie-Kupferkabel Drähte mit einem Querschnitt von 23-26 AWG verwendet, verwenden die stromführenden Glasfaserkabel Kupferdrähte mit Messwerten von 20 AWG bis 12 AWG (eine niedrigere AWG-Zahl bedeutet einen größeren Kabeldurchmesser und höhere Stromversorgungsmöglichkeiten).
Da immer mehr vernetzte Geräte wie IP-Sicherheitskameras, Wi-Fi-Zugangspunkte, gebäudeinterne kabellose Geräte, Gebäudemanagementsysteme und LED-Beleuchtung eine Fernspeisung nutzen, wächst die Möglichkeit, Infrastrukturkosten zu sparen, indem sie über das gemeinsame Medium Kabel mit Strom versorgt werden.
Auf dem Markt findet eine massive Umstellung auf IP-Technologie statt. Zum Beispiel bewegen sich die Überwachungskameras weg von CCTV und hin zu IP, und es gibt eine zunehmende Menge an Ethernet-verbundener Hardware, wie IoT-/OT-Geräte und Wi-Fi-Zugangspunkte, die sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden.
Hybride Strom-/Glasfaserkabellösungen erfordern in der Regel einen hohen technischen Aufwand bei der Implementierung und erfordern Elektriker, die den Stromanschluss am Kabelende vornehmen. Kunden wie Flughäfen, Universitäten, Unternehmen und Militärbasen suchten nach einer einfacheren und kostengünstigeren Möglichkeit, PoE-Geräte wie IP-Kameras, Wi-Fi-Zugangspunkte und Telekommunikations-Kleinzellen zu installieren.
Diese Bedürfnisse treiben die Nachfrage nach stromversorgten Glasfaser-Verkabelungssystemen an, denn sie bieten:
Eine komplette Strom- und Datenlösungsplattform für IP-Geräte;
Niederspannungsversorgung durch zentrale Quelle/Sicherungs-USV
Eine Spannungsversorgung, die bis zu 32 Geräte gleichzeitig betreiben kann;
PoE-Distanz auf bis zu drei Kilometer erweitert (bei 15 Watt);
Kostengünstige Installation und Inbetriebnahme
Unterstützung für passive optische Netzwerk-Anwendungen (PON)
Eine Lösung, die sich ideal für Universitäten, Flughäfen, Parkplätze, Stadien, Small-Cell-Basisstationen, Fiber to the Room und mehr eignet.
Powered-Fiber-Verkabelungslösungen kombinieren eine leistungsstarke Glasfaser-Datenverbindung mit niedriger Latenz mit einer Kupfer-Niederspannungs-Gleichstromverbindung. Dies ermöglicht den Anschluss einer beliebigen Anzahl von stromversorgten Remote-Geräten, ohne dass neue Leitungen verlegt werden müssen. Mit der Glasfaser-Verkabellungslösung erhält Ihr Netzwerk Zugang zu einem umfangreichen und wachsenden Ökosystem von Anwendungen, darunter:
- Optisches LAN
- Notruftelefone
- HD-Überwachungskameras
- Digitale Beschilderung
- Wi-Fi-Zugriffspunkte
- Mikrostandorte
- Oder praktisch jedes Niederspannungsgerät mit Gleichstrom
Es wird häufig dort eingesetzt, wo große Bereiche kostengünstig über ein einziges Strom- und Datennetz versorgt werden müssen, z. B.:
Im Allgemeinen erwägen Unternehmen Powered Fiber unter folgenden Umständen:
Anschluss einer großen Anzahl von Geräten, die sich weit entfernt von den Telekommunikationsräumen befinden;
Vermeidung der Kosten für den Bau neuer Telekommunikationsräume;
Zusammenlegung/Eliminierung von Telekommunikationsräumen, um Strom und Daten zu zentralisieren;
Verwalten einer hohen Gerätedichte in einem Bereich wie etwa Flughafen, Gastgewerbeumgebung, Vergnügungspark oder Universitätsgelände.
Das System der stromversorgten Glasfaserverkabelung hat praktische und unmittelbare wirtschaftliche und betriebliche Vorteile, da es die Anzahl der installierten PoE-Geräte reduziert, deren Standort von ihrer Leistung und nicht von der Verfügbarkeit einer Stromleitung abhängt. Auf der anderen Seite wird die Sicherheit und Verfügbarkeit der angeschlossenen Geräte durch die Verwaltung zentraler 48-Volt-Gleichstromversorgungen deutlich erhöht. Sie können an leistungsstärkere Backup-Geräte angeschlossen werden, die bei einem Stromausfall den Betrieb des Stromkreises für eine gewisse Zeit aufrechterhalten.
Praktische Leistung
Powered-Fiber-Lösungen kombinieren Singlemode- oder Multimode-Fasern mit elektrischen Leitern in einem einzigen Hybridkabel. Dies liefert zuverlässige Glasfasersignale zu und von entfernten Geräten, zusammen mit Niederspannungs-Gleichstrom, der sie gleichzeitig mit Strom versorgt.
Einfache Bereitstellungen
Flexible Kupferleiter werden mit leistungsstarken, biegetoleranten Fasern kombiniert, um die Verkabelung biegsam und mühelos zu ziehen. Trotz der Kombination von zwei Kabeln in einem sollte das stromversorgte System problemlos in ein Standard-Kabelrohr passen, sofern ein Kabelkanal erforderlich ist.
Einfache, kostengünstige Installationen
Als Teil eines Niederspannungsschaltkreises der SELV/NEC-Klasse 2 vereinfachen Powered-Fiber-Lösungen das elektrische Design. Installationen erzielen Kostensenkungen durch den Wegfall von separaten Stromverteilungskreisen. Sie reduzieren auch die Materialkosten für separate Glasfaser- und Stromkabel sowie die Kosten für Leerrohre, da die Lösung überall dort installiert werden kann, wo Kategorie-Kabel verlegt sind.
Da die breite Einführung von Telekommunikations-Kleinzellen durch die begrenzten Frequenzverarbeitungsfähigkeiten dieser Geräte verzögert wurde, waren die Märkte für Unternehmen, Universitäten und Flughäfen die ersten Käufer des Powered-Fiber-Kabelsystems von CommScope. Diese Unternehmen mussten Tausende von IP-Kameras und Wi-Fi-Zugangspunkten an abgelegenen Standorten einsetzen, wollten aber nicht jede einzelne Verbindung entwickeln müssen. In jedem Fall warfen diese kundenspezifischen Lösungen Probleme mit der Zuverlässigkeit auf.
Da wir bei CommScope sehen, wie diese neuen Geräte auf den Markt kommen, arbeiten wir an neuen Versionen des Powered-Fiber-Kabelsystems, die mehr Leistung und/oder schnellere Konnektivität über längere Distanzen liefern, um zukünftige Anwendungen zu adressieren. Das Hybridkabel liefert Backhaul und Strom an alle diese entfernten Geräte, und die Notstromversorgung kann zentral erfolgen. Es eröffnet Unternehmen die Möglichkeiten, alle diese Geräte in Fällen zu installieren, in denen es vorher unmöglich oder unerschwinglich gewesen wäre.
Wir gehen davon aus, dass diese Innovation im Laufe der Zeit noch größere Entfernungen, mehr Bandbreite und höhere Stromstärken unterstützen wird. CommScope plant, dieses Lösungsportfolio kontinuierlich weiterzuentwickeln, um neue Geräte und Anwendungen zu unterstützen. Wir rechnen auch mit Multi-Port-Versionen des Powered Fiber Cable Systems, das derzeit nur einen Anschluss pro Kabel unterstützt. CommScope plant, auch die neuen 802.11ac Wave 2 Access Points zu unterstützen, die bis zu 6.9 Gbit/s-Konnektivität benötigen, sowie 60-Watt-Geräte wie ferngesteuerte Schwenk-Neige-Kameras mit eingebauten Heizungen.
Verschiedene Hersteller bieten ihre eigenen Lösungen für gespeiste Glasfaser an, die so aufgebaut sein müssen, dass sie anerkannte Industriestandards einhalten und die gleichen Grundbausteine verwenden, z. B.: Netzteile, Verkabelung, PoE-Extender und Aufputzdosen. Die folgenden Beschreibungen und Bilder stammen von unseren eigenen CommScope-Lösungen, sie dienen jedoch als nützliche Illustrationen der marktweit verwendeten Technologie.
Gleichstromversorgungen
- 1 Rackhöhe, 19-Zoll- oder 26-Zoll-Standard-Rackhalterung
- Bis zu vier (4) Verteilungsmodule pro Gehäuse mit jeweils acht (8) Gleichstromausgangskanälen
- Jeder Ausgang ist in der Lage, ein superflaches 100-Watt-Gleichstrom-Gleichrichter-Gehäuse bereitzustellen
- 1 Rackhöhe, 19-Zoll- oder 26-Zoll-Standard-Rackhalterung
- Bis zu drei Gleichrichtermodule pro Gehäuse, die jeweils bis zu 1.600 Watt Gleichstromleistung liefern.3
Hybrid-Glasfaser/Kupferkabel
Hybrid-Kupfer und Glasfaser in einem Kabel vereinfacht die Installation und spart Material, Arbeitskosten, Platz und Zeit.
- Leitergrößenoptionen von 12 AWG, 16 AWG und 20 AWG.
- Von 1 bis 12 Glasfasern, G657 A2 Singlemodus oder OM3 und OM4 Multimodus
- Optionen für Polyethylen (PE) für den Außenbereich, raucharmes Halogen (LSZH/Riser) für den Innen- und Außenbereich sowie Plenum-Bewertung
- Kein spezielles Kabelzugangswerkzeug für Flachkabel erforderlich, verwendet handelsübliche Flachkabel-Installationshardware.
PoE-Verlängerungen
- DC/DC-Umwandlungselektronik
- Vereinfacht die Berechnung der elektrischen Technik durch Umwandlung der empfangenen Spannung in die richtige Gleichspannung für PoE-Ausgang (48-VDC)
- SELV- und NEC Klasse 2 konform
- IP68-Dichtungsgehäuse sind für Außeninstallationen mit Schutz vor Feuchtigkeit und Umwelt konzipiert.
- Beherbergt Elektronik, Stromanschlüsse, Glasfaserverwaltung und Kabelabschluss
- Unauffällige Installation
- Die 60-Watt-Zweiport-Variante ermöglicht den Anschluss von zwei PoE- oder PoE+-Geräten über ein Hybridkabel.
- 60-Watt-Single-Port-Variante unterstützt 802.3bt, Klasse-6-Leistungsstufen; sie kann mit SPF+-Transceivern ausgestattet werden und liefert 5 Gbit/s Ethernet über den Kupferport.
Boxen für die Oberflächenmontage
- Unterstützung bei der Beschriftung und Verwaltung der strukturierten Verkabelung.
- Schützt stromführende Glasfaserkabel und Verbindungen.
- Bereitstellung eines sauberen Endpunkts für den Abschluss neuer, im Plenum betriebener Glasfaserkabel.
- Unterstützung mehrerer Wi-Fi-Zugangspunkte.
- Unterstützt neue und bestehende gespeiste Glasfaserkabel.
Das Powered Fiber Cable System von CommScope enthält zwei Innovationen. Eines davon ist ein neues Hybridkabel, das Strom- und Datenverbindungen (das eine Kupfer, das andere Glasfaser) in einem Kabelgehäuse vereint. Die andere ist die Verwendung eines kleinen Geräts, das mit diesem Kabel verwendet wird, der sogenannte PoE Extender.
Hybride Strom-/Glasfaserkabel sind schon seit einigen Jahren auf dem Markt, aber sie sind sperrig, teuer in der Konfektionierung und erfordern Experten für die Installation. Das Powered-Fiber-Kabelsystem von CommScope verwendet ein Kabel, das wie ein FTTH-Drop-Kabel ist und in 30 Sekunden von Standard-Netzwerktechnikern ohne Spezialwerkzeug erreicht werden kann.
Die PoE-Verlängerung dient zur Bewältigung von anderen Installationsproblemen. Die Ingenieure von CommScope haben etwas Neues in die Welt der Schaltkreise eingebaut, eine kostengünstige und hocheffiziente Gleichspannungswandlung, um den Spannungsabfall im System automatisch zu eliminieren. Das PoE-LWL-Kabelsystem gleicht den Spannungsverlust automatisch aus und macht damit elektrische Berechnungen überflüssig. Diese Systeminnovation macht Kabel kostengünstiger und ihre Installation schneller, und die Innovation als elektronische Komponente vermeidet Designprobleme für die Kunden.
Mit dem Powered-Fiber-Kabelsystemen von CommScope entfällt die Notwendigkeit einer komplexen kundenspezifischen Konstruktion für jedes angeschlossene Gerät sowie der Bedarf an teuren Elektrikern, die die Kabel an den Geräten abschließen. Es arbeitet innerhalb der SELV- und NEC-Grenzwerte der Klasse 2, was die Kosten für den Einsatz von Remote-Kameras, Access Points, Small Cells und anderen Geräten drastisch reduziert. Es kann sehr kostspielig sein, Elektriker zu beauftragen, Wechselstromsteckdosen und Wechsel-/Gleichstromwandler an Hunderten von ungünstigen Stellen zu installieren, an denen entfernte Geräte benötigt werden. Das Powered-Fiber-Kabelsystem dagegen liefert die benötigte Gleichstromversorgung automatisch, so dass keine Wandlergeräte erforderlich sind. Das PoE-LWL-Kabelsystem umfasst auch Lichtwellenleiter-zu-Kupfer-Medienwandlung, was zu beschleunigtem Designprozess und insgesamt zuverlässigeren Lösungen führt.
Die Grundlagen für einen neuen PoE-Standard schaffen
Ein Überblick über die PoE-Technologie, der den Stand der Standardisierungsbemühungen sowie die Schlüsselrichtlinien und -empfehlungen erläutert, die gewährleisten, dass Ihre Verkabelungsinfrastruktur PoE unterstützen kann.
Wie PoE-Glasfaser die Ausbildung Ihrer Familie unterstützt
Wir betrachten das allgegenwärtige hybride Netzwerk einer modernen vernetzten Universität, das StudentInnen und MitarbeiterInnen innerhalb und außerhalb mit den Ressourcen, Anwendungen und Systemen für Leben, Arbeit und Lernen verbindet.