Power-over-Ethernet: Finální rozklíčování všech standardů

Power-over-Ethernet: Finální rozklíčování všech standardů
Vypracoval: Martin Tuček

Úvod
K čemu vlastně PoE slouží a co nám ulehčuje?
Pasivní PoE
Aktivní PoE
Konvertování PoE
Závěr
 

Úvod

Je vysoká pravděpodobnost, že při zabrouzdání na tento článek byla data skrze internetovou síť na cestě k Vám přenesena přes nějaké zařízení, které je napájeno pomocí PoE - zkratky pro Power Over Ethernet (z angličtiny - napájení přes ethernet). Tato technologie tu s námi existuje již dlouhá léta, pro síťaře profesionály je to denní chleba, ale s POE adaptérem se již setkalo i mnoho jedinců z laické veřejnosti.
 

 
 
Už se Vám někdy stalo, že jste zařízení, které je uzpůsobeno pro napájení pomocí datového kabelu, připojili, ale nic se nestalo, ba co hůře, přestalo fungovat úplně? Právě to totiž může být jeden z následků zkombinování nekompatibilních standardů PoE pro napájení nějakého zařízení (ať už se jedná o venkovní anténu, či klasický domácí WiFi router, který je mimo dosah běžné elektrické zásuvky).
 
V tomto článku si představíme standardy a způsoby využití PoE, jejich technickou funkčnost a jak zjistit, který adaptér je vhodný právě pro Vaše zařízení.
 
K čemu vlastně PoE slouží a co nám ulehčuje?
Technologie PoE je hojně využívaná především v korporátních sítích a domácnostech, kde nám umožňuje napájet nějaké zařízení pouze po jednom kabelu, na kterém zároveň přenášíme i data. Umožňuje nám například k anténě poskytovatele internetu, kterou máme umístěnou na střeše domu, vést pouze jediný kabel, který se postará o napájení i přenos dat.

 
Typy PoE můžeme rozdělit hned na dvě kategorie:
•    Pasivní
•    Aktivní
 
Pasivní PoE
Pasivní PoE se vyznačuje tím, že zařízení, které se stará o vpravení elektrického proudu do datového kabelu, je prakticky pouhým "rozbočovačem". Datový kabel má čtyři páry a osm jednotlivých drátů. Pasivní PoE adaptér přivede na modrý, modrobílý, bílohnědý a hnědý drát napětí, které je poskytováno slaboproudým zdrojem a ve většině případů se jedná o 24V.

Jelikož jde ale o pouhý rozbočovač, který konstantně drží dané dráty pod napětím nezávisle na tom, zda je na druhé straně připojeno nějaké zařízení, lze použít prakticky jakékoli napětí (např. s použitím PoE rozbočovače lze napájet např. domácí router s 5V adaptérem).

Například:
POE Pasivní Power Over Ethernet - sada

 
Ačkoli se Vám nyní může zdát pasivní PoE jako výborný vynález, je nutné si zmínit hned několik nevýhod, které jeho použití přináší.
 
První nevýhodou jeho použití je nutnost kontroly, jaké napětí poskytuje zdroj na druhé straně kabelu a zda je toto napětí kompatibilní se vstupním rozsahem napětí zařízení, které chceme napájet. Drobná nepozornost může mít i fatální následky na dané zařízení. Druhou nevýhodou je taktéž fakt, že pro přenos dat jsou používány pouze čtyři zbylé dráty, efektivně tak nejsme schopni dosáhnout rychlejšího datového spojení, než pouhých 100Mbps.
 
Tester kabelů vč. detekce POE: KELUSHI NF-8601 multifunkční síťový audio tester kabelů s LCD
 
Gigabitové pasivní PoE? Ano! Ale má to háček…
 
Nevyloučil jsem jen o odstavec výše nemožnost rychlostí vyšších, než 100Mbps při použití pasivního PoE? Vyloučil. Skutečné pasivní PoE počítá se zapojením, které jsem výše popisoval, to efektivně znemožňuje dosažení gigabitové rychlosti. Výrobci jako MikroTik, či Ubiquiti ale využili chytrého zjednodušení aktivního PoE.

Například:
Ubiquiti POE-24-12W-G, Gigabitový PoE Injektor, 24V/0.5A (12W)
 
Napájení je zde realizováno na všech drátech, zároveň jsou i ale všechny dráty využity taktéž i pro napájení koncového zařízení (dané zařízení musí tuto technologii podporovat!). Zdánlivě by se mohlo zdát, že jsem právě definoval aktivní PoE, ale není tomu tak, to si definujeme o pár odstavců níže.
 
Principem fungování gigabitového pasivního PoE je využití technologie, kterou využívá i aktivní PoE, nicméně bez nutnosti implementovat aktivní prvky, které zajišťují komunikaci mezi oběma stranami - tedy za dostupnější cenu. Jednoduché schéma fungování s transformátory a diodami přikládám níže:
 
 
 
Určitě jste si na schématu všimli dvou módů:
 
•    Mód A - jsou využívány piny 1 a 2 pro data a negativní pól a piny 3 a 6 pro data a pozitivní pól
•    Mód B - jsou využívány piny 7 a 8 pro data a negativní pól a piny 4 a 5 pro data a pozitivní pól
 
Mód A je tedy shodný se zapojením aktivního PoE a skutečně! Pokud zapojíte gigabitový pasivní PoE adaptér do zařízení podporující pouze aktivní PoE, bude fungovat (za předpokladu přivedení správného napětí). Je nutno mít adaptér typu A. Princip fungování je totiž stejný, pouze na obou stranách neexistují aktivní prvky, které by domluvily, zda napájení spustit, či ne (napětí je přítomno neustále). Většina zařízení značek výše zmíněných ale využívá zapojení typu B, které není kompatibilní se zařízením akceptující výhradně aktivní PoE.
 
Aktivní PoE
Jak jsem již trochu nastínil v předchozím odstavci, aktivní POE má zapojení společné s gigabitovým pasivním PoE typu A, nicméně funguje velice odlišně. Setkáte se s ním nejčastěji u switchů, IP kamer, WiFi Access Pointů a dalšího PoE kompatibilního vybavení.

Například:
Ubiquiti POE-50-60W, Gigabitový PoE Injektor, 50V/1.2A (60W)
 
Například u switchů s aktivním PoE se můžete běžně setkat s možnostmi nastavení PoE na Off (vypnuto úplně), On (pasivní PoE - riziko poškození nekompatibilního zařízení do portu!) a Auto (většinou ve výchozím stavu - vyjedná ze zařízením, zda potřebuje napájení a začne ho dodávat, pokud ano).
 
Jak ale takový switch zjistí, zda připojené zařízení vyžaduje PoE napájení, či nikoli? Princip je jednoduchý. Switch s nezapojeným portem nastaveným na PoE Auto neustále vysílá krátké zkratované nízkonapěťové pulsy, které nepoškodí běžnému zařízení (např. síťové kartě v počítači), ale při připojení zařízení s aktivním PoE je schopno díky změření proudu, které dané zařízení odebere určit, jaký typ aktivního PoE vyžaduje. Typy jsou následující:
 
•    Typ 1: IEEE 802.3af - výkon až 15.4W
•    Typ 2: IEEE 802.3at - výkon až 30.8W
•    Typ 3: Ultra PoE/IEEE 802.3bt - výkon až 60W (označováno často taktéž jako PoE+)
•    Typ 4: IEEE 802.3bt - výkon až 90W (označováno často taktéž jako PoE++).
 
V případě zařízení typu 4 (PoE++) ještě dochází k druhému domluvení switche/adaptéru se zařízením. Díky změření proudu v první komunikaci provede napáječ klasifikaci a určení typu PoE standardu, nicméně pro ověření u nejvýkonnějšího z nich dochází ještě k ujištění, zda tomu tak je. Switch v tomto případě ještě před druhou domluvou omezí výkon portu pouze dle standardu IEEE 802.3af a provede jeden z těchto dvou typů domluv:
 
1.    Hardwarově: Opakování ověření pomocí nízkonapěťového pulsu, který jsme si popisovali výše. Pokud i v tomto případě napáječ/switch vyhodnotí, že zařízení má dostat PoE++, spustí ho.
2.    Softwarově: Pokud je na obou stranách podporované a spuštěné LLDP a obě zařízení podporují 802.3at TLV (type, length, value). Jedná se o L2 discovery protokol, kdy koncové zařízení vyjedná fází domluvy 1 napájení pouze po standardu 802.3at, díky kterému se může spustit vyjednávání na linkové vrstvě. V tomto případě zařízení softwarově sdělí napáječi/switchi, o jaký typ zařízení se jedná a jaký standard PoE vyžaduje, switch dle toho upraví napájení na odpovídající typ.
a.    Tento způsob vyjednávání má např. u lepších korporátních switchů výhody, kdy je switch schopný neustále komunikovat se zařízením, jaký typ PoE vyžaduje (např. právě nevyužívaný VOIP videokonferenční telefon má odběr několika málo wattů, v případě videohovoru se ale spotřeba násobně zvýší a switch dle toho upraví napájení). Výhody jsou ale i další, pokud např. napájení switche přeskočí na UPS záložní zdroj v případě výpadku dodávky el. proudu, je switch schopný zařízení omezit na minimum, aby ušetřil nějaké ty cenné minuty provozu na UPS.

Konvertování PoE
Mnoho výrobců má ve své nabídce taktéž zařízení na převedení aktivního PoE na pasivní a naopak. Druhá varianta není tolik častá (z pasivního na aktivní), nicméně při brouzdání internetem jsem na několik málo produktů narazil, obecně byly ale buď nedostupné, již se nevyrábí, nebo zkrátka nejsou rentabilní. Z aktivního PoE se nicméně takový převaděč na pasivní (třeba na starší kameru či anténu na PTP propoj) PoE může hodit. Z nejdostupnějších modelů zavedených značek můžeme doporučit například tento od výrobce Ubiquiti.

Například:
Ubiquiti INS-8023AF-I PoE konvertor 48V/18V, 802.3af - vnitřní
 
Závěr
Věříme, že se nám podařilo vám, čtenářům, poodkrýt alespoň nějaké taje, které tento denně využívaný standard skýtá. U dalšího článku naviděnou.

Zdroje
•    https://www.ieee802.org/1/files/public/docs2006/ab-congdon-lldp-med-8023at-0906.pdf
•    https://www.versatek.com/poe-negotiation-of-power-power-step-down-of-the-poe-protocol/
•    https://www.poetexas.com/