Was ist Power over Ethernet?
Power over Ethernet, kurz PoE, ist eine Technologie, die Endgeräte in auf Ethernet basierenden Local Area Netzwerken (LAN) mit Daten und Strom über vorhandene Kabel versorgt. Eine separate Stromversorgung ist somit von Anfang an nicht notwendig. Bei Ethernet basierten LANs handelt es sich übrigens um standardisierte Technologien, die durch das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) in der Arbeitsgruppe 802 festgelegt werden. So ergeben sich auch die Bezeichnungen für Ethernet-Standards, für PoE zum Beispiel IEEE802.3af.
Entwickelt wurde der PoE-Standard 2003 durch die IEEE, nachdem erste herstellereigene Lösungen bereits auf dem Markt waren und Probleme durch unterschiedliche Implementierungen aufgetreten sind. Bei Fast-Ethernet werden nur 4 der 8 Adern in einem Ethernet Kabel für die Datenübertragung genutzt, also nutzten einige Hersteller diese freien Adern für die Stromversorgung. Zuerst traten diese proprietären Lösungen für erste IP-Kameras und WLAN Access Points auf. Teilweise sind diese noch bis heute im Einsatz, so dass bei der Modernisierung solcher Anlagen eine genaue Bestandsaufnahme erforderlich ist, da diese nicht mehr Standard-konformen Geräte sonst nicht mehr funktionieren werden und sogar neue Endgeräte durch alte proprietäre Injektoren zerstört werden können.
Der heute genutzte und durch die IEEE festgelegte Standard sorgt dafür, dass herstellerübergreifend Injektoren und Endgeräte bei garantierter Kompatibilität miteinander kombiniert werden können, beispielweise durch die festgelegte Pin-Belegung. Dies erleichtert die Auswahl der Komponenten erheblich.
Genutzt wird die PoE-Technologie heute nicht nur im Unternehmensumfeld, auch in privaten Bereichen hält die Technik immer weiter Einzug. Für das Smart Home zum Beispiel können Stromversorgungskabel für Aktoren oder Sensoren eingespart werden und das oft günstigere Ethernet-Kabel direkt genutzt werden.
Wie funktioniert PoE?
Damit PoE-Endgeräte funktionieren können, muss der elektrische Strom gemeinsam mit den Daten durch das Ethernet Kabel transportiert werden. Dies ist bei Ethernet Daten möglich, da der von PoE genutzte Gleichstrom keine Wechselwirkung mit den Datensignalen aufweist. Der Strom wird dabei durch das Power Sourcing Equipment (PSE) in das Kabel injiziert. Daher auch der Name PoE-Injektor für PoE PSE Stromversorgungskomponenten, wie zum Beispiel unser POI-3000. Hierbei unterstützen solche PSE sowohl die herkömmliche Speisung über ungenutzte Datenleitungen als auch die so genannte Phantom-Speisung bei Gigabit Ethernet, bei der Daten und Strom auf den gleichen Adern transportiert werden. Ist das Endgerät PoE-kompatibel, ein so genanntes Powered Device (PD), so sind bereits alle Voraussetzungen für den Einsatz erfüllt. Wird nun ein Nicht-PoE Gerät angeschlossen, so wird dank der Detektion kein Strom an das Endgerät geliefert, um eine mögliche Beschädigung zu verhindern. Diese Erkennung läuft in 4 Schritten ab, wie in nebenstehender Tabelle abzulesen.
Aber auch für nicht PoE-kompatible Endgeräte gibt es Lösungen in Form von PoE-Splittern, wie unseren POS-3000 der das Datensignal und den Strom wieder voneinander trennt und über einen separaten DC-Anschluss die Spannungsversorgung des Endgerätes übernimmt. So lassen sich auch fast alle nicht PoE-fähigen Geräte in eine durchgehend durch PoE versorgte Installation implementieren.
Welche Geräte nutzen PoE?
Mit dem im Jahr 2003 etablierten PoE Standard IEEE802.3af, umgangssprachlich einfach nur als PoE bezeichnet, wurde ausreichend Energiebudget für Komponenten wie IP-Überwachungskameras und Single-Band WLAN Access Points berücksichtigt. In Zahlen ausgedrückt sprechen wir von 15,4W elektrischer Leistung brutto. Durch unvermeidbare Verluste bei der Übertragung des Stroms im Ethernet-Kabel darf das PoE-PD davon 12,95W netto nutzen. Im Laufe der Zeit hat sich aber gezeigt, dass dies für modernere Dual-Band Access Points beispielsweise nicht ausreicht. So kamen wieder herstellereigene Lösungen auf dem Markt und die Interoperabilität im Ethernet war wieder gefährdet.
Als Konsequenz hat die IEEE im Jahr 2008 den nächsten PoE-Standard IEEE802.3at veröffentlicht. Umgangssprachlich wird dieser als PoE plus oder PoE+ bezeichnet. Dieser hat die Brutto-Leistung auf 30W und die für das PD zur Verfügung stehende Budget auf 25,5W angehoben. Somit konnten nicht nur die bereits angesprochenen Dual-Band Access Points, die meist um die 17W benötigen, unterstützt werden, sondern erstmals auch IP-Kameras, die Zusatzfunktionen wie motorisierte Bewegung oder eine Heizung für den Winter mitbringen, ohne eine separate Stromversorgung betrieben werden.
Da aber auch hier die Entwicklung nicht stehen bleibt und immer neue Lösungsszenarien für den Einsatz der PoE-Technologie gezeichnet werden, hat die IEEE bereits im Jahr 2018 den nächsten aktuellen PoE-Standard etabliert: IEEE802.3bt. Auch hier hat sich schnell eine umgangssprachliche Bezeichnung etabliert, in Form von: Four-Pair-PoE, 4PPoE oder PoE++. Hierbei werden jetzt alle 8 Adern der Ethernet Kabel gleichzeitig für die Spannungsversorgung als auch für die Datenübertragung genutzt. Somit ist nach wie vor ein Ethernet Kabel nach Cat.6/Kategorie 6 absolut ausreichend und sicher für die Übertragung der höheren Leistungen, wobei eine Verkabelung nach Cat.6A oder höher nur erforderlich ist, wenn Geschwindigkeiten von 2,5 Gigabit oder höher eingesetzt werden sollen. Erstmals wurden auch zwei Bruttoleistungen definiert, 60W und 90W als maximales Leistungsbudget. Unsere Injektoren POI-5002W60 und POI-5003 entsprechen genau diesen Vorgaben, während derzeit verfügbare Switches wie der GEP-2841 maximal 60W pro PoE++ Port unterstützen. Die Datenübertragungsrate bleibt hierbei weiterhin bei 1 Gigabit. Höhere Geschwindigkeiten können aber ohne weiteres implementiert werden, da die Datenrate nicht mit der Spannungsversorgung korreliert.
Vorteile von PoE
- Einfachere und flexiblere Installation, da nur ein Datenkabel verlegt werden muss
- Implementierung von zentraler unterbrechungsfreier Stromversorgung
- Höhere Energieeffizienz, da nur ein Netzteil statt vielen einzelnen benutzt werden
- Verbesserte Sicherheit durch integrierte Schutzmechanismen wie Überspannungsschutz
- Kosteneinsparungen durch die Weiterbenutzung von älteren Installationen und geringer Anforderungen an die Kabelqualität
- Weniger Wartungsaufwand durch automatische Betriebsüberwachung von PoE Geräten
- Abwärtskompatibilität, IEEE802.3bt kompatibel zu at kompatibel zu af
Nachteile von PoE
- Einzelkomponenten in der Anschaffung teurer im Vergleich zu Nicht-PoE Geräten
- Längeneinschränkung von 100m nur durch zusätzliche Komponenten, wie PoE Repeater POR-0101, zu umgehen
- Leistungseinschränkung auf 15W, 30W oder 90W je nach zugrunde liegendem Standard
- Nicht aufwärtskompatibel, ein at PD kann nicht an einem af PSE betrieben werden, auch wenn dieses weniger als 12W verbraucht
- Nicht standardkonforme Herstellerlösungen können zu Beschädigungen an standardkonformen Ethernet-Geräten führen
- Schlecht gesicherte PoE-Installationen erleichtern den unautorisierten Zugriff auf das Netzwerk
Wir lieben Standards!
Alle unsere PoE PSE und PoE PD Geräte entsprechen den Standards der IEEE. Das trifft sowohl für die Umsetzung der PoE-Implementierung als auch auf die Datenübertragung zu. Somit ist ein Einsatz unserer Komponenten zuverlässig mit allen anderen standardkonformen Geräten am Markt nicht nur möglich, sondern auch garantiert.
Abschließend möchten wir noch einen Überblick unseres PoE-Portfolios geben:
