Как PoE нового поколения питает IoT: 90 Вт для 5G и дальше

Приход 5G доставляет более быструю мобильную связь, разблокируя волну IoT и Big Data приложений. Эти инновации требуют Ethernet-связности для расширяющегося массива питаемых устройств — IP-камер, точек доступа 802.11ac/ax, LED-светильников, малых ячеек 5G и других IoT-приборов. Power-over-Ethernet (PoE) — идеальное решение, и новый стандарт IEEE 802.3bt поднимает потолок до 90 Вт для Power-Sourcing Equipment (PSE) и 71.3 Вт для Powered Devices (PD).

Развертывание next-gen PD с поддержкой IEEE 802.3bt рядом с legacy 2-pair и 4-pair устройствами долго было вызовом. Индустрия теперь замостила этот интероперабельности разрыв, позволяя как pre-standard, так и новым IEEE 802.3bt-2018-совместимым PD делить одну Ethernet-инфраструктуру без изменения коммутаторов или кабелей.

Путь к IEEE 802.3bt

С ратификации первого PoE стандарта в 2003 году внедрение PoE взлетело, двигая новые приложения и доставляя значительные CAPEX и OPEX экономии. PoE предлагает унифицированное, безопасное и мировое стандартное решение питания, упрощающее установку и снижающее затраты.

Первичным ограничением раннего PoE была доступная мощность. Пока 15.4 Вт от источника хватало для IP-телефонов и legacy 802.11a/b/g точек доступа, это было мало для IP-видеотелефонов, 802.11n и PTZ IP-камер. В 2009 году IEEE выпустил 802.3at, подняв выход источника до 30 Вт.

Сегодня более мощные устройства — PTZ камеры безопасности, киоски, POS-терминалы, тонкие клиенты, точки доступа 802.11ac/ax, малые ячейки 5G и LED-освещение — требуют еще больше. IEEE 802.3bt удовлетворяет этот спрос, используя все четыре пары Cat5e, расширяя классификацию мощности, позволяя множественные PoE-классы и оставаясь полностью обратно совместимым.

Call for Interest IEEE 802.3bt начался в начале 2013, стандарт ратифицирован в сентябре 2018. Он расширяет лимиты PSE и PD до 90 Вт и 71.3 Вт соответственно и действует как катализатор роста PoE-рынка.

До IEEE 802.3bt несколько инициатив толкали пределы мощности: IEEE 802.3af (2003) до 15.4 Вт по двум парам Cat5e; IEEE 802.3at (2009) ввел Type 2 устройства до 30 Вт; HDBaseT Alliance стандартизировал HDMI по Cat5e до 100 м; и PoH (2011) расширил макс. мощность до 95 Вт по четырём парам.

Таблица 1: Расширенная мощность позволяет PD входной мощности достигать 95 Вт при известной длине канала.

IEEE 802.3bt вводит Type 3 и Type 4 PSE/PD, работает по всем четырем парам, поддерживает single- и dual-signature конструкции, расширяет диапазон классов мощности до 5–8. Также добавляет автоматическое детектирование класса, расширение мощности по известной длине канала, низкое standby-потребление и поддержку 10G-BASE-T PoE.

Таблица 2: Расширенная мощность позволяет PD входной мощности достигать 60 Вт для Type 3 и 90 Вт для Type 4 при известной длине канала.

IEEE 802.3bt также соответствует ISO/IEC 60950 Safety Extra Low Voltage (SELV) лимитам, ограничивая мощность 100 Вт на порт. Этот потолок все еще покрывает все ранее неподдерживаемые приложения, огромно расширяя возможности PoE-развертывания.

Обеспечение интероперабельности

Спецификации IEEE 802.3bt гарантируют бесшовную работу с legacy Type 1 и Type 2 устройствами, при условии, что PSE может поставлять требуемую мощность. Если более мощный IEEE 802.3bt PD подключен к менее мощному PSE, устройство просто останется выключенным или будет потреблять только доступную мощность.

Установка IEEE 802.3bt-совместимых инжекторов или мидспанов между коммутатором и PD позволяет пользователям питать любую смесь legacy и новых устройств. Single- и multi-port опции позволяют новым коммутаторам поставлять питание pre-standard PD тоже.

Для системных дизайнеров, PoE чипсеты, поддерживающие IEEE 802.3af/at/bt, дают масштабируемые two- и four-pair решения на одной плате. Они должны управлять сбалансированной термической диссипацией, включать полные функции менеджера и контроллера, источать до 99.9 Вт на порт и поддерживать до 48 портов для Type 3 (Классы 1–6) и Type 4 (Классы 7–8). Важно, эти платформы должны быть апгрейдабельны к IEEE 802.3bt через софт, избегая железных изменений.

Опасения вроде reverse-polarity защиты, безопасности отключения питания и стоимости доставки Type 4 Class 8 мощности адресуются full-bridge rectifier устройствами на стороне PD PoE-соединения.

IEEE 802.3bt доставляет 90 Вт по четырём парам Cat5e — ожидается, это будет максимальный определенный уровень, так как более высокие выходы могли бы угрожать существующим кабелям и разъемам. Он заменит все pre-standard решения (60 Вт, 75 Вт, 95 Вт) и будет сосуществовать с ранними реализациями. Правильное развертывание обеспечивает, что и pre-standard, и IEEE 802.3bt-совместимые PD делят одну Ethernet-инфраструктуру без модификации коммутаторов или кабелей.