Очень многие конечные устройства в локальной сети отличаются невысокой потребляемой мощностью. С учетом этого обстоятельства международный комитет IEEE 802.3 по стандартизации оборудования Ethernet пришел к идее поддержки питания оборудования данной разновидности непосредственно по кабельным трактам. Реализация данной концепции устраняет необходимость в установке отдельной розетки электропитания для каждого такого устройства и, кроме того, обеспечивает подачу напряжения на сетевое информационное оборудование отдельно от устройств других типов, что в некоторых организациях является обязательным требованием в политике обеспечения бесперебойным питанием.

Если устройства обработки данных снабжаются электроэнергией по локальной сети, то, как правило, они защищены с помощью ИБП. Установленные в монтажных шкафах серверы и различное сетевое оборудование практически всегда подключаются к системе бесперебойного питания. Теперь, когда подача питающего напряжения на конечные устройства осуществляется от коммутатора уровня рабочей группы, область действия этой системы распространяется и на пользовательское оборудование.

Свыше 90% современных сетей передачи данных базируется на протоколах 10BaseT (Ethernet), 100BaseTX (Fast Ethernet) и 1000BaseT (Gigabit Ethernet). Указанные обстоятельства способствовали тому, что комитет IEEE 802.3 занялся разработкой стандарта IEEE 802.3af, где нормировалась бы подача питающего напряжения по кабельным трактам локальной сети (PoE). При этом раздел Data Terminal Equipment (DTE) Power via Media Dependent Interface (MDI) предусматривает наличие опционального блока электропитания: он не имеет отношения к передаче данных, однако может использовать физический уровень сетей стандарта Ethernet и подавать питающее напряжение по кабелям структурированной проводки конечному пользовательскому оборудованию. Питающее напряжение должно передаваться на конечные устройства стандартов 10BaseT, 100BaseTX и 1000BaseT через интерфейсы модульного разъема RJ45. Эта разновидность штекерного соединителя обеспечивает соединение четырех витых пар, отдельные проводники которых подключаются к контактам 1-2, 3-6, 4-5 и 7-8.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ

Распределение отдельных контактов разъема RJ45 оказывает самое непосредственное влияние на выбор режима питания по кабельным трактам локальной сети. Стандарт нормирует три варианта функционирования источника, когда задействуются различные пары симметричного кабеля (см. также Рисунок 1):

  • Endpoint PSE, режим работы А;
  • Endpoint PSE, режим работы В;
  • Midspan PSE, режим работы В.

В режиме работы А питающее напряжение подается на пары 1-2 и 3-6 с использованием фантомной схемы. В случае применения сетевого оборудования стандартов Ethernet и Fast Ethernet пары 4-5 и 7-8 остаются незадействованными и доступны другим приложениям. Такой режим эффективен в сетях, в кабельной системе которых применяется принцип разделения кабелей (cable sharing), когда по одному кабелю параллельно функционирует несколько служб. Кроме того, режим А может использоваться для оборудования стандарта 1000BaseT, в соответствии с которым для информационного обмена задействуются все четыре пары кабеля.

В режиме работы В подача питающего напряжения осуществляется по парам 4-5 и 7-8, тогда как пары 1-2 и 3-6 предназначены исключительно для передачи информации. Применение данного режима допустимо в случае всех двухпарных приложений (Ethernet, Fast Ethernet и ISDN), однако поддержка Gigabit Ethernet становится невозможной, поскольку этот сетевой интерфейс задействует все четыре пары горизонтального кабеля.

С технической точки зрения Midspan PSE и Endpoint PSE в режиме работы В по сути одинаковы. Единственное отличие заключается в том, что в случае Midspan PSE питающее напряжение подается на конечное устройство не от коммутатора рабочей группы, а от отдельного внешнего источника. На практике его функции обычно выполняет питающая панель Power Injection Panel, которая в большинстве известных вариантов имеет высоту 1U и содержит до 24 питающих портов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При разработке решений для всех трех разновидностей источников обязательно должны быть учтены следующие фундаментальные вопросы:

  • сколь долго будет подаваться питающее напряжение?
  • что происходит в том случае, если к кабельному тракту подключается конечный прибор, в котором опция питания по кабельным трактам локальной сети не поддерживается?
  • какие конечные устройства соответствуют требованиям стандартов?
  • как осуществляется процедура подключения?
  • какова максимальная потребляемая мощность конечного устройства?

В целях предотвращения повреждения конечного сетевого устройства источник генерирует питающее напряжение только в том случае, если к кабельному тракту подключаются устройства с поддержкой опции дистанционного питания. Для выполнения процедуры опознавания они содержат соответствующую пассивную резисторную схему. Активный источник питания измеряет протекающий через нее ток и осуществляет процедуру идентификации пассивного устройства. Дополнительно определяются режим работы и потребляемая устройством мощность, в соответствии с которой все потребители, согласно IEEE 802.3af, делятся на пять классов (см. Таблицу 1). Постоянное напряжение может меняться в пределах от 44 до 57 В, а наибольший ток потребления установлен в 350 мА, причем в момент включения разрешается его увеличение до 400 мА. Максимальная допустимая мощность источника составляет 15,4 Вт, но если конечное устройство подключено к 90-метровому горизонтальному кабелю, то потребляемая им мощность ограничивается 12,95 Вт. Конечное оборудование должно поддерживать оба режима работы (А и В) — в некотором смысле ему все равно, какой режим будет использован. Введение в стандарт такой идеологии позволит снабжать питанием по кабельным трактам локальной сети как современные, так и перспективные разновидности конечных сетевых устройств.

ПИТАНИЕ ПРИ ПОДДЕРЖКЕ НЕСКОЛЬКИХ СЛУЖБ

При реализации системы дистанционного питания в тех сетях, где кабельная система эксплуатируется с использованием принципа Cable Sharing, возникает существенная проблема: в таком случае невозможен свободный выбор режима работы источника. Режим В не подходит, потому что обе пары (4-5 и 7-8) зарезервированы для передачи питающего напряжения. Выход из подобной ситуации достигается путем применения технологии мультиплексирования питания.

Рисунок 3. Вставка РоЕ в системе ACO Plus компании Tyco Electronics AMP осуществляет мультиплексирование питания, при котором оба порта поддерживают РоЕ.

Суть решения состоит в установке специальной вставки в коммутационную панель (см. Рисунки 2 и 3). При работе порта коммутатора в режиме А (сигнал и питающее напряжение находятся на контактах 1-2 и 3-6 разъема) ток дистанционного питания просто передается через вставку, а в режиме В напряжение снимается с пар 4-5 и 7-8 и передается на пары 1-2 и 3-6. Таким образом, сигнал коммутатора вместе с питающим напряжением поступает только на пары 1-2 и 3-6. На остальные контакты разъема могут подаваться сигналы других приложений.

Даже в будущем по кабельным трактам локальной сети будут передаваться сигналы не только Gigabit Ethernet и других четырехпарных приложений. Для поддержки функционирования малопарных приложений использование тракта передачи в режиме Cable Sharing обеспечит экономически выгодное подключение новых устройств и пользователей без создания дополнительной нагрузки на кабельные каналы. При этом предлагаемое решение позволяет реализовывать питание по кабельным трактам (см. Рисунок 4).

Рисунок 4. Пример применения технологии мультиплексирования питания.

КОНЕЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

Режим работы PoE поддерживают далеко не все конечные устройства. Наиболее массовым потребителем такой техники являются IP-телефоны, поскольку они представляют собой обычные устройства Ethernet, которые в перспективе должны заменить классические телефонные аппараты. При работе с подобной техникой конечный пользователь ожидает, что функциональный аналог привычного ему аппарата будет получать питание точно так же, как его предшественник, т. е. по сигнальным проводам. Например, на этаже офисного здания, где предусмотрено 300 рабочих мест, использование обычных IP-телефонов потребует 300 дополнительных сетевых розеток и такое же количество силовых! Немаловажное значение имеют и действующие нормы по обеспечению безопасности. В настоящее время в случае выхода из строя системы электропитания телефонный аппарат часто является единственным функционирующим средством связи с внешним миром. Обычный IP-телефон, не поддерживающий опцию PoE, при отсутствии напряжения в сети работать не будет, а вот дистанционное питание обеспечит функционирование телефонной сети благодаря наличию ИБП или агрегата аварийного питания.

Другой потенциально крупный потребитель ресурсов PoE — точки доступа беспроводных локальных сетей. Оборудование данной разновидности часто размещается на значительной высоте от пола, например на стене вблизи потолка или на колонне, т. е. там, где монтаж розетки силового питания затруднен. Если технические характеристики допускают дистанционное питание по кабельным трактам, то после завершения установки информационной розетки устройство сразу же может передаваться в эксплуатацию.

Аналогичным образом обстоят дела с камерами системы видеонаблюдения, оснащенными встроенным сервером Web. Подобным оборудованием можно управлять по IP-адресу аналогично другим сетевым устройствам. В большинстве случаев камеры представляют собой малогабаритные устройства, размещаемые в тех точках помещения, с которых открывается хороший обзор. Кроме того, нередко от них требуется бесперебойное функционирование. При такой установке камер розеток питания поблизости нет. Кроме того, определенные проблемы вызывают подключение питающего кабеля и установка штатного блока питания.

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В ближайшей перспективе следует ожидать значительного увеличения количества сетевых устройств с поддержкой PoE. Ситуация напоминает историю внедрения оборудования с портами USB. Кроме того, в настоящее время имеется достаточно большое количество самого разнообразного оборудования, питание которого осуществляется только через порт или необходимо лишь для подзарядки аккумулятора. В любом случае проектировщик сети должен предусмотреть возможность применения в ней питающего оборудования PoE.

Еще один немаловажный аспект внедрения концепции PoE в широкую практику состоит в появлении новых массовых разновидностей оборудования (например, камер видеонаблюдения с сервером Web и точек доступа беспроводных локальных сетей), вследствие чего увеличивается плотность портов структурированной проводки. Речь идет не только о помещениях офисного назначения, но — в не меньшей мере — и о производственных предприятиях. Данное обстоятельство должно быть учтено в процессе проектирования информационной инфраструктуры. Например, наличие только одного порта в настенном канале явно недостаточно для подключения точки доступа.

Эксплуатационная надежность системы в целом существенно увеличивается при грамотной организации отвода тепла из монтажного шкафа. Нередко в сетевых и серверных шкафах температурная обстановка неблагоприятна. В случае 24-портовой панели питания или интегрированного решения на базе коммутатора в наихудшем случае добавляется потребляемая мощность в 15,4 Вт на один порт, т. е. 369 Вт на 24 порта. Таким дополнительным количеством выделяющегося тепла пренебречь невозможно, поэтому данное обстоятельство должно учитывать выбор схемы размещения монтажных шкафов. Немаловажное значение имеет введение классов мощности. При выборе типов конечных устройств и коммутаторов проектировщик должен исходить из известного принципа: предусматривать столько, сколько необходимо, но как можно меньше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Система подачи дистанционного питания по кабельным трактам Ethernet дает возможность применять конечные устройства без обязательного ранее блока питания от выделенной силовой сети. Количество такого оборудования увеличивается очень быстро, а его функциональные возможности неуклонно расширяются. Наряду с уже достаточно популярными устройствами — точками доступа к беспроводным локальным сетям связи, камерами системы видеонаблюдения и IP-телефонами — появляются многочисленные разновидности карманных компьютеров и мобильных телефонов. Для пользователей ноутбуков чрезвычайно привлекательной является перспектива подзарядки аккумуляторов от сети Ethernet. Уже не кажется фантастическим предположение о том, что штекерный соединитель RJ45 имеет хорошие шансы стать стандартизованной во всем мире розеткой электропитания.

Итак, можно с уверенностью констатировать: в течение ближайших двух лет система PoE станет незаменимой составной частью коммутаторов и конечных устройств.

Томас Пунке — менеджер в Tyco Electronics AMP. С ним можно связаться по адресу: db@lanline.awi.de

? AWi Verlag