Устройства следующего поколения предоставляют улучшенные возможности PoE для устройств IoT

Технология 5G нового поколения, предлагающая расширенное мобильное подключение к Интернету с более высокой скоростью, создает новые возможности для бизнеса, позволяя использовать различные приложения Интернета вещей и больших данных. Эти приложения вызывают беспрецедентный спрос на подключение дополнительных типов устройств с питанием (PD) к сетям Ethernet, включая IP-камеры наблюдения, точки доступа 802.11ac и 802.11ax, светодиодные светильники, малые соты 5G и другие устройства IoT. Технология Power-over-Ethernet (PoE) предлагает множество преимуществ для питания этих устройств при развертывании 5G и последних версий IEEE ^® Стандарт 802.3bt делает это возможным за счет увеличения предельной мощности оборудования источника питания (PSE) и устройств с питанием (PD) до 90 Вт и 71,3 Вт соответственно.

Проблема заключается в том, как развернуть PD, поддерживающие это последнее поколение технологии PoE, чтобы они могли работать вместе с существующими до IEEE ^® 802.3bt 2-парные и 4-парные PD, которые поддерживают более ранние предварительные стандартные спецификации Universal PoE (UPOE) и Power-over-HDBaseT (POH). В настоящее время отрасль преодолела этот пробел в совместимости, гарантируя, что как стандартные, так и новые стандарты IEEE ^® Устройства PD, соответствующие стандарту 802.3bt-2018, могут совместно использовать одну и ту же инфраструктуру Ethernet, не требуя изменения существующих коммутаторов или кабелей.

Путь к IEEE 802.3bt

С момента ратификации первого стандарта PoE в 2003 году использование PoE резко возросло и стало применяться в новых приложениях. PoE обеспечивает огромные преимущества в отношении простоты установки, экономии капитальных и операционных затрат и обеспечения единого и безопасного стандарта питания для использования во всем мире.

Основным ограничивающим фактором, влияющим на использование PoE в новых приложениях, является количество доступной мощности. В то время как 15,4 Вт на источнике питания достаточно для большинства IP-телефонов и точек доступа 802.11a / b / g, этого недостаточно для IP-видеотелефонов, 802.11n и IP-камер с панорамированием, наклоном и масштабированием (PTZ). По этой причине Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) выпустил IEEE 802.3at в 2009 году, указав 30 Вт для источника PoE.

Сегодня существует потребность в еще большей мощности для поддержки дополнительных устройств, подключенных к сети Ethernet, таких как камеры видеонаблюдения PTZ, киоски, POS-терминалы, тонкий клиент, точки доступа 802.11ac и 802.11ax, небольшие соты и подключенное светодиодное освещение, и все такое. из которых могут получить выгоду от PoE. Чтобы удовлетворить это требование, новый стандарт IEEE 802.3bt увеличивает максимальную доступную мощность PoE, в основном за счет использования всех четырех пар структурированной проводки. IEEE 802.3bt расширяет информацию о классификации мощности, которой обмениваются во время первоначального согласования, чтобы обеспечить значимую возможность управления мощностью, обеспечивая поддержку нескольких классов PoE, а также обеспечивая обратную совместимость. Эти усовершенствования решают проблему повышения мощности и повышения эффективности систем доставки PoE.

Деятельность IEEE 802.3bt Call for Interest (CFI) началась в начале 2013 года, а ратификация стандарта состоялась в сентябре 2018 года. Новый стандарт удовлетворяет существующие потребности рынка и считается основным катализатором роста рынка PoE, поскольку он способствует расширению. сценариев использования PoE путем увеличения предельной мощности PSE и PD до 90 Вт и 71,3 Вт соответственно.

Однако до этой инициативы IEEE 802.3bt параллельно предпринимались попытки увеличить мощность, подаваемую на PD. Все началось со стандарта PoE IEEE 802.3af-2003, который обеспечивал выходную мощность до 15,4 Вт на каждое устройство по двум парам кабелей категории 5e (Cat5e). Стандарт IEEE 802.3at-2009, также известный как PoE +, представил PSE / PD типа 2, способный поддерживать выходную мощность 30 Вт и мощность нагрузки 25,5 Вт. Последний в основном является расширением первого стандарта. Затем HDBaseT Alliance стандартизировал протокол HDBaseT, который позволяет расширять каналы HDMI до 100 м по кабелям Cat5e или лучше. В 2011 году альянс HDBaseT создал стандарт Power over HDBaseT (PoH), который увеличивает максимальную мощность до 95 Вт по четырем парам.

В следующей таблице 1 приведены стандарты до IEEE 802.3bt:

Таблица 1. Расширенная мощность позволяет входной мощности частичных разрядов достигать 95 Вт, если длина канала известна.

IEEE 802.3bt добавляет ряд возможностей. Помимо внедрения PSE / PD типов 3 и 4 и работы с четырьмя парами, он также поддерживает конструкции PD с одной и двумя сигнатурами и добавляет классы с 5 по 8 как часть улучшенного процесса взаимной идентификации. Добавлена ​​автоматическая классовая функциональность и увеличена мощность до тех пор, пока длина канала известна. Наконец, он включает поддержку низкого энергопотребления в режиме ожидания и поддерживает 10G-BASE-T с PoE. В таблице 2 ниже показаны возможности PoE, которые были доступны после ратификации стандарта IEEE 802.3bt.

Таблица 2:Расширенная мощность позволяет входной мощности PD до 60 Вт для типа 3 и до 90 Вт для типа 4, если длина канала известна.

Одна из целей стандарта IEEE 802.3bt - соответствовать требованиям к ограниченному источнику питания и безопасному сверхнизкому напряжению (SELV), как определено в ISO / IEC 60950. Однако это соответствие означает, что мощность не может превышать 100 Вт на порт. Несмотря на этот потолок мощности, 100 Вт на порт по-прежнему достаточно для приложений, которые ранее не поддерживались в соответствии с предыдущими стандартами IEEE, что увеличивает потенциальное количество развертываний портов PoE.

Обеспечение взаимодействия

Спецификации IEEE 802.3bt гарантируют, что система IEEE 802.3bt будет автоматически работать с устаревшими устройствами типа 1 и типа 2, если PSE способен (с точки зрения мощности) поддерживать PD и оба соответствуют стандартам. Если для PD требуется более высокая мощность (IEEE 802.3bt PD), а PSE не может ее поддерживать (IEEE 802.3af / в PSE), PD либо останется выключенным, либо включится и будет потреблять только мощность, доступную от PSE.

Одним из первых примеров решений, обеспечивающих такую ​​совместимость, является набор микросхем PSE от Microchip, который позволяет предварительно стандартным коммутаторам взаимодействовать с новыми продуктами, соответствующими стандарту IEEE 802.3bt-2018. Этот набор микросхем последовал за более ранним набором микросхем PSE от Microchip для реализации широко распространенного стандарта мощности с четырьмя парами PoH для блоков питания мощностью 95 Вт, а также является сердцем предложения совместимых со стандартом IEEE 802.3bt-2018 инжекторов и промежуточных узлов PoE, которые устраняют пробел в совместимости. для пользователей.

Совместимые с IEEE 802.3bt-2018 инжекторы и промежуточные узлы PoE устанавливаются между PD и существующим коммутатором, что позволяет пользователям использовать любую комбинацию предварительно стандартизированных и совместимых с IEEE 802.3bt-2018 PD. Наличие однопортовых и многопортовых опций позволяет новым коммутаторам, совместимым с IEEE 802.3bt, подключать устройства PD до стандартного уровня.

Для разработчиков систем наборы микросхем PoE IEEE 802.3af / at / bt обеспечивают масштабируемость для включения в одноплатную конструкцию двух- и четырехпарных систем, необходимых для поддержки предстандартного и совместимого с IEEE 802.3bt-2018 PoE. . Эти наборы микросхем должны иметь возможность равномерно сбалансировать рассеивание тепла по всей системе и должны включать все необходимые функции диспетчера и контроллера для создания оборудования PSE, которое может обеспечивать мощность от 90 до 99,9 Вт на порт, при этом поддерживая до 48 портов для IEEE 802.3bt Type 3. (Классы 1-6) и приложения типа 4 (классы 7-8). Дополнительным соображением является возможность для систем, основанных на этих наборах микросхем, быть обновленными с более ранних стандартов до IEEE 802.3bt посредством обновления программного обеспечения без изменения оборудования.

Последняя проблема разработчиков заключается в том, смогут ли они защитить PD от подключений с обратной полярностью и сократить энергопотребление и стоимость доставки питания IEEE 802.3bt Type 4 Class 8. Эта проблема также была решена с помощью последних решений IEEE 802.3bt, благодаря наличию мостовых выпрямительных устройств, которые используются на стороне подключения PoE с питанием.

Новый стандарт IEEE 802.3bt позволяет передавать 90 Вт по четырем парам кабелей Cat5e и выше. Ожидается, что этот уровень PoE будет максимальным определенным уровнем, поскольку более высокие уровни могут быть небезопасными для существующих кабелей и разъемов, развернутых в сегодняшних инфраструктурах. Стандарт заменит все существующие предстандартные решения, которые сегодня поставляют 60 Вт / 75 Вт / 95 Вт, такие как UPOE или 4PPoE. Поставщики систем и устройств PoE предоставляют план действий по внедрению этих новых стандартов, а также поддерживают более ранние предварительные реализации стандартов, включая те, которые поддерживают спецификации UPOE и POH. Реализован должным образом, предварительный стандарт и новый IEEE ^® Устройства PD, соответствующие стандарту 802.3bt-2018, могут совместно использовать одну и ту же инфраструктуру Ethernet, не требуя изменения существующих коммутаторов или кабелей.