Подключение к Интернету стало необходимым в наши дни, поскольку почти каждому электронному устройству для правильной работы требуется активное подключение к Интернету. Хотя большинство устройств имеют возможность подключения по Wi-Fi, многие устройства и сетевые маршрутизаторы по-прежнему используют порты Ethernet и кабели для подключения к проводной линии Интернета. Ранее мы узнали о том, как данные могут передаваться по линиям электропередач, в этой же статье мы узнаем, как можно передавать электроэнергию по линиям данных, а именно поверх сети Ethernet. Эта технология называется Power over Ethernet (PoE) - питание через Ethernet.
Что такое PoE (питание через Ethernet)?
Мы все знаем, что кабели Ethernet используются для передачи данных и сетевого подключения, но знаете ли вы, что большую часть времени мы не используем все соединительные линии, присутствующие в кабеле Ethernet. Например, рассмотрим кабель Ethernet, показанный на рисунке ниже, он имеет 8 линий, но среди них только четыре линии обычно используются для обмена данными (оранжевый, оранжево-белый, зеленый и зелено-белый), в то время как остальные четыре линии остаются бездействующими. Таким образом, обмен данными возможен даже после того, как мы зачистим эти бездействующие линии на обоих концах, поэтому в кабеле Ethernet низкого класса всего четыре линии вместо восьми. Таким образом, четыре бездействующие линии можно использовать для передачи питания. Эта простая настройка использования бездействующих линий для подачи питания на нагрузку и называется Power over Ethernet.
Теперь давайте рассмотрим простую схему для лучшего понимания PoE. В этой схеме четыре провода (синий, сине-белый, коричневый и коричнево-белый) зачищены от разъема на каждом конце кабеля. Как было сказано ранее, эта пара коричневого и зеленого проводов не используется в низкоскоростных приложениях Ethernet, поэтому их зачистка от разъема не приведет к прерыванию связи. Поэтому один конец должен быть подключен к источнику питания, а другой к нагрузке, поэтому для примера мы используем аккумулятор в качестве источника питания, а камеру в качестве нагрузки. С источником и нагрузкой в замкнутом контуре схема ниже замыкается, и камера начнет функционировать. Поскольку с помощью этой простой настройки мы подали питание на простое устройство через кабель Ethernet, мы можем сказать, что PoE достигнуто.
Почему используется питание через Ethernet?
Основная причина использования PoE вместо обычной системы электропитания — снижение стоимости подачи питания на каждое периферийное устройство, подключаемое к сети. Например, если у вас есть 10 шпионских камер, распределенных по всему зданию, в этом случае для их питания потребуется 10 блоков питания, и это не главная проблема. Основная проблема — прокладка 220 линий электропередач около каждого периферийного устройства, что непрактично, поэтому использование PoE — лучший вариант для подключения всех периферийных устройств к центральной системе.
Поскольку прокладка кабеля Ethernet для подключения каждого периферийного устройства к центральной системе сама по себе является утомительной задачей, поэтому для этого используются инжектор PoE и разветвитель PoE.
Как показано на рисунке, используя PoE Injector (инжектор) и PoE Splitter (сплиттер/разветвитель), мы можем пропустить все хлопоты по идентификации цветов, зачистке проводов, пайке и разделке свободных концов. Теперь давайте рассмотрим функцию этих устройств и то, как их можно использовать.
Инжектор PoE
Это устройство имеет два входных порта и один выходной порт. Первый вход предназначен для подключения обычного кабеля Ethernet, а другой вход — для подключения источника питания постоянного тока, а выход используется для подключения кабеля PoE Ethernet.
На входе у нас: обычное Ethernet-подключение + источник постоянного тока
На выходе имеем: PoE Ethernet (можно использовать для подключения устройств PoE).
Таким образом, функция инжектора PoE обеспечивает PoE Ethernet, принимая обычное соединение Ethernet и источник питания постоянного тока.
PoE-сплиттер
Это устройство имеет один входной порт и два выходных порта. Входной порт предназначен для подключения кабеля PoE Ethernet, а выходные порты обеспечивают обычное питание Ethernet и постоянного тока.
На входе у нас: PoE Ethernet
На выходе имеем: Обычное Ethernet-подключение + источник постоянного тока
Таким образом, функция PoE-сплиттера совершенно противоположна функции PoE-инжектора, который разделяет соединение PoE Ethernet на обычный Ethernet и пригодный для использования источник питания постоянного тока.
Удлинитель PoE
PoE Extender (удлинитель) используется, когда сеть охватывает большие расстояния, например, торговые центры, гостиницы, рестораны, офисные здания, предприятия, академические кампусы и спортивные площадки. В таких местах обычные 100-метровые Ethernet-соединения не могут быть использованы, и вот тут-то и вступает в игру PoE Extender. Это устройство можно использовать для расширения сетевых устройств Ethernet за пределы базового предела в 100 м, что делает его приемлемым вариантом для многих случаев.
Современные периферийные устройства поддерживают PoE Ethernet, поэтому мы можем отказаться от использования разветвителя и напрямую подключить кабель к устройству, как показано на рисунке.
Теперь эта настройка будет работать, если есть одно или два устройства, но если есть несколько устройств, то покупка PoE Injector для каждого устройства не является лучшим решением. Для таких особых случаев у нас есть PoE Hub (концентратор), который может заменить несколько PoE Injector.
PoE-концентратор
Функционирование PoE-концентратора похоже на PoE-инжектор, за исключением того, что он принимает много подключений Ethernet, обеспечивая при этом много выходов PoE Ethernet. Концентратор лучше всего использовать, если у вас много устройств PoE на одном конце и обычное подключение Ethernet, обеспечивающее сервер на другом. Работу концентратора можно легко понять из приведенной ниже блок-схемы.
До сих пор мы предполагали, что в кабеле Ethernet имеются свободные линии, которые можно без особых затруднений использовать для PoE.
Теперь вы можете спросить, а как насчет случаев, когда используются все линии в кабелях Ethernet ? Что ж, этот случай не редок, поскольку высокоскоростной интернет и системы передачи данных используют все линии данных. Даже в этих случаях PoE все еще достижим, но он становится сложным по сравнению с предыдущей конфигурацией.
В случае высокоскоростной системы передачи данных и питание передаются по одним и тем же линиям, но для этого используются специальные устройства. Этим специальным устройством является коммутатор PoE , который увеличивает стоимость в отличие от того, что было раньше, когда мы могли просто зачистить неиспользуемые линии на обоих концах и использовать их для нашего удобства.
PoE-коммутатор
Коммутатор PoE — это сетевой коммутатор с возможностью подачи питания через Ethernet с каждого интерфейса, при этом сохраняя возможность пересылать кадры. Проще говоря, он работает как порт для подключения нескольких устройств PoE к одному ПК.
На блок-схеме вы можете увидеть, как несколько устройств PoE подключены к коммутатору PoE с помощью кабелей Ethernet, а ПК взаимодействует с этими устройствами через коммутатор PoE. Коммутатору PoE требуется один Uplink (восходящий канал связи) к существующей сети для дальнейшего расширения и увеличения портов.
Стандарты PoE
Устройства PoE следуют определенным стандартам для передачи данных и подачи питания. Поэтому эти стандарты соблюдаются при проектировании этих устройств. Обычно при проектировании этих устройств соблюдаются четыре типа стандартов, и они делятся на основе их мощности.
Расширение IEEE | Тип | Мощность |
IEEE802.3af | Тип 1 | 15.4 Вт |
IEEE802.3at/PoE+ | Тип 2 | 30.8 Вт |
IEEE802.3bt/UPoE | Тип 3 | 60 Вт |
IEEE802.3bt | Тип 4 | 90 Вт |
Вы можете ознакомиться с этой таблицей и выбрать подходящий PoE-коммутатор, инжектор или маршрутизатор для ваших PoE-устройств.
Приложения PoE
- Умная система освещения: Системой освещения можно управлять через сервер или удаленный ПК, что будет очень удобно.
- Умный дом: PoE упрощает проектирование умного дома, поскольку в умном доме сетевое подключение устанавливается в каждом уголке жилого пространства, а все приборы обмениваются данными друг с другом, и этого проще добиться с помощью PoE.
- Система безопасности: офисы и институты могут повысить свою производительность, установив устройства PoE для обеспечения безопасности.
- PoE также используется для систем RFID (радиочастотной идентификации) и сигнализации.
Ограничения PoE
Хотя здесь все выглядит "зеленым", но это не совсем так. У PoE есть много недостатков, и несколько из них обсуждаются ниже.
- Стоимость: Как обычно, любая установка технологий сводится к деньгам. Хотя, установив PoE, мы можем сэкономить деньги, но это применимо только в том случае, если нам необходимо подключить больше четырех-пяти устройств. Поэтому установка PoE не подходит для домов, где количество устройств PoE ограничено одним или двумя. В этом случае покупка удлинителя или адаптера позволит подключить к питанию эти устройства значительно дешевле, чем тратить огромную сумму на настройку PoE.
- Сложность: установить и настроить систему PoE, как правило, сложнее, чем по отдельности установить систему связи и систему питания.