Ток по кабелю Ethernet

Power-over-LAN обеспечивает независимое питание сетевых устройств.

IP-телефоны, точки доступа беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN) и прочие сетевые компоненты до сих пор оснащаются отдельными блоками питания. При инсталляции оборудования в местах, где розетки не установлены, приходится проводить дорогостоящие работы по прокладке электропроводки, а обеспечить питанием каждый отдельно взятый компонент в аварийных ситуациях можно только путем сравнительно высоких затрат. Технология передачи электроэнергии по локальной сети (Power-over-LAN) призвана содействовать преодолению подобных трудностей и позволяет осуществлять интегрированную передачу данных, речи и электрического тока через сеть. Концепция, стоящая за этим, достаточно проста: соединенные в сеть компоненты, например точки доступа беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN), камеры Web или коммутаторы, получают ток по стандартному кабелю Ethernet. Преимуществами такого подхода являются повышенная надежность подключенных компонентов, а также снижение затрат на эксплуатацию инфраструктуры. Наряду с применением на предприятии, возможности технологии можно использовать для обеспечения доступа в Internet в самолетах, поездах или в общественных местах («горячие точки») — в аэропортах, театрах или конференц-залах. Тем самым Power-over-LAN могла бы стать универсальным стандартом электропитания для мобильных пользователей.

СТАНДАРТ IEEE802.3AF

В 1999 г. в Институте инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) была создана группа разработчиков, перед которой стояла задача стандартизации применения технологии электропитания по сетям Ethernet. Сегодня Power-over-Ethernet является самой распространенной спецификацией для передачи данных в сетях. Рабочая группа под названием 802.3af (питание DTE через MDI) была подчинена специальной группе IEEE 802.3, отвечавшей в свое время за утверждение спецификации Ethernet. Проект документа IEEE 802.3 содержит подробную информацию о разработке электропитающих компонентов Ethernet. Окончательная ратификация, правда, пока отсутствует.

Siemens, 3Com, Nortel, Avaya, Cisco, Alcatel и Mitel активно применяют Power-over-LAN и уже начали выпуск IP-телефонов с поддержкой этой технологии. Некоторые из устройств, где до сих пор используются нестандартные технологии, вскоре должны быть приведены в полное соответствие со стандартом 802.3af. Конфликты между компонентами на базе устаревших стандартов и 802.3аf-совместимыми IP-телефонами можно, таким образом, исключить. Информацию о совместимости устройств в случае смешанной эксплуатации можно получить у производителя.

В инфраструктуре локальной сети каждая из подключенных к сети систем снабжается электропитанием отдельно от остальных. Чем больше компонентов подключено к сети, тем выше будет стоимость дополнительной проводки. Более того, сетевые компоненты иной раз приходится размещать в местах, где поблизости нет ни одной розетки. Так, например, точки доступа беспроводной локальной сети часто располагаются на потолке, а камеры Web устанавливаются в большинстве случаев под специальными углами или на определенной высоте в стороне от розеток. Устройства считывания магнитных карт перед дверьми или въездом на какую-либо территорию также лишь в очень редких случаях находятся рядом с источниками питания.

Непрерывную работу оборудования обеспечивает источник бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply, UPS). До сих пор в подобных случаях каждый компонент обычно снабжался отдельным источником, а в качестве альтернативы инсталлировалась сеть переменного тока. Технология Power-over-LAN позволяет параллельно с сетью передачи данных сформировать топологию «точка — много точек» для подачи электрического тока. Эта конфигурация позволяет ограничиться единственной централизованной системой бесперебойного питания для всех подключенных к сети компонентов.

Технология электропитания по локальной сети позволяет одновременно передавать данные и ток, при этом целостность данных никоим образом не нарушается. Имеющиеся унаследованные системы, локально снабжаемые током компоненты Ethernet или сетевая проводка также не подвергаются опасности. Более того, для использования технологии Power-over-LAN изменение уже существующей кабельной инфраструктуры вовсе не обязательно. Все прежние компоненты Ethernet могут работать в сети наряду с системами, соответствующими новому стандарту Power-over-LAN. Это достигается благодаря интегрированному на каждом питающем порту механизму обнаружения компонентов с поддержкой Power-over-LAN, в функции которого входит однозначная классификация всех подключенных конечных устройств. Таким образом, ток получают только сетевые компоненты с аутентифицированной сигнатурой Power-over-LAN, а все остальные системы, соответственно, только данные.

Рисунок 1. Технология питания по локальной сети (Power-over-LAN) позволяет интегрировать передачу данных, речи и тока в сети Ethernet. Нет необходимости в устройствах 1-4: 1-Отдельный ИБП, 2-Розетка, 3-Адаптер AC/DC/, 4-Электросеть; 5-Информационная розетка, 6-IP-телефон, 7-Интегрированный модуль, 8-Вспомогательное решение, 9-Коммутатор Ethernet

СМЕШАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОМПОНЕНТОВ POWER-OVER-LAN

Номинальное напряжение подаваемого по сети постоянного тока достигает 48 В. Сила подаваемого на каждый узел сети тока ограничена величиной 350 мА и соответствует действующему стандарту безопасности и предъявляемым к проводке требованиям. Тем самым общая потребляемая мощность тока достигает приблизительно 13 Вт и может быть измерена на каждом узле сети. При этом в расчет уже принята имеющая место утечка тока в кабеле длиной до 100 м. Беспроводные же локальные вычислительные сети и камеры Web потребляют, как правило, от 3,5 до 9 Вт.

Стандарт 802.3af предусматривает установку двух типов оборудования подачи энергии (Power Sourcing Equipment, PSE): самостоятельных (End-Span) и вспомогательных (Mid-Span). Самостоятельными продуктами являются коммутаторами Ethernet с интегрированной технологией подачи питания через локальную сеть. В случае вспомогательных компонентов речь идет в основном о концентраторах Power-over-LAN с количеством портов от шести до 24. Они устанавливаются между коммутатором Ethernet и конечными устройствами: точками доступа WLAN или Bluetooth, телефонами для передачи голоса по IP (Voice over IP, VoIP) или камерами Web. Каждый канал передачи вспомогательного устройства обладает одним портом для входа данных и комбинированным выходом RJ-45 для данных и тока.

Вспомогательные продукты служат для расширения сети без замены имеющихся коммутаторов. Кроме того, с их помощью организуют сети с небольшой плотностью портов Power-over-LAN. Такие производители, как 3Com, Avaya, Nortel, Ericsson, Powerdsine, Siemens, Mitel, NED, Proxim, Symbol, Compaq и Intermec, уже сегодня предлагают подобные продукты. Типичный вспомогательный компонент занимает не более одной единицы высоты в шкафу шириной 19? и оснащен 24 каналами, а также опционально поддержкой SNMP. При дальнейшем расширении сетей при покупке нового коммутатора следует обращать внимание на то, чтобы он соответствовал стандарту технологии питания по локальной сети 802.3af.

КОМБИНИРОВАННАЯ ПЕРЕДАЧА ТОКА И ДАННЫХ

Основная проблема в процессе разработки технологии питания через локальную сеть заключалась в значении параметров для передачи по кабелям, на основании которых определяется допустимое количество звеньев передачи между коммутатором и трансивером физического уровня подключенного конечного устройства. Кроме того, многое зависит от длины кабеля, общего количества компонентов, а также от совокупности имеющихся электромагнитных помех и ослабления сигнала.

Ограничения со стороны параметров передачи сокращали возможности по интеграции во вспомогательные компоненты линейных трансформаторов или изолирующих конденсаторов между входными и выходными разъемами каждого отдельного канала. Четыре предназначенных для передачи провода должны быть, таким образом, непосредственно соединены друг с другом. Это означает, что вспомогательные устройства могут устанавливаться только при коммуникациях на основе 10/100BaseT на базе проводки Категории 5, т. е. проводки наиболее распространенного типа.

Вспомогательные компоненты для подачи тока используют провода 4 и 5, а также 7 и 8, т. е. обе свободные пары. Для этих же целей самостоятельные устройства используют пары 1-2 и 3-6. Поэтому важно, чтобы снабжаемые током компоненты не только обладали действительной сигнатурой Power-over-LAN, но и были в состоянии принимать ток по любой комбинации пар проводов.

В самостоятельных устройствах, которые в сетевой среде применяются вместе с четырехпарными кабелями, в инфраструктурах Gigabit Ethernet для подачи питания используются две пары проводов; ток при этом подается между обеими парами «невидимо». Передача данных и тока выполняется параллельно, что препятствует возникновению взаимных помех. Токовое соединение происходит между центральными отводами магнитных катушек соответствующих линейных трансформаторов, ответственных за прием и передачу.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ МЕХАНИЗМ

Интегрированный в каждый порт PSE автоматический механизм обнаружения обеспечивает передачу тока только тогда, когда в сети распознается питаемое устройство. В итоге администраторы и пользователи автоматически защищены от потенциальных ошибок при подключении сетевых компонентов и могут гибко комбинировать их между собой. Основной составной частью этого защитного механизма является чувствительный омметр: он настраивается таким образом, чтобы излучались по меньшей мере два неотклоняющихся импульса с очень низкой нагрузкой. Причем они имеют разное напряжение, значение которого лежит между 2,8 и 10 В. Действительная сертификация устройств состоит из сопротивления величиной 25 кОм ?5% между двумя питающими парами проводов. Питаемый компонент сконструирован так, чтобы автоматически обходить это сопротивление, подключаемое параллельно к входу преобразователя постоянного тока, если напряжение входящего тока превышает 30 В.

КАК ЗАСТАВИТЬ ИМЕЮЩИЕСЯ КОММУТАТОРЫ ПОДДЕРЖИВАТЬ POWER-OVER-LAN

Уже размещенные в сети компоненты Ethernet сравнительно нетрудно преобразовать для работы в сети Power-over-LAN. Каждый из них нужно подключить так, чтобы он работал при входном токе с напряжением от 36 до 57 В. Устройство должно обладать сигнатурой Power-over-LAN, имеющей входное сопротивление величиной 25 кОм, а при продолжительной подаче тока не потреблять мощность более 12,95 Вт.

Амир Лер — вице-президент отдела маркетинга и стратегического планирования компании Powerdsine. С ним можно связаться по адресу: http://www.powerdsine.com