Power over Ethernet ( PoE ) describe cualquiera de los diversos estándares o sistemas ad hoc que transmiten energía eléctrica junto con datos a través de cableado Ethernet de par trenzado . Esto permite que un solo cable proporcione una conexión de datos y electricidad suficiente para alimentar dispositivos en red, como puntos de acceso inalámbricos (WAP), cámaras IP y teléfonos VoIP .
Existen varias técnicas comunes para transmitir energía a través de cableado Ethernet. Tres de ellas han sido estandarizadas por el estándar IEEE 802.3 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) desde 2003.
Las tres técnicas son:
La alternativa A transmite energía por los mismos cables que los datos para las variantes Ethernet de 10 y 100 Mbit/s. Esto es similar a la técnica de alimentación fantasma que se utiliza habitualmente para alimentar micrófonos de condensador. La energía se transmite por los conductores de datos aplicando un voltaje común a cada par. Debido a que Ethernet de par trenzado utiliza señalización diferencial , esto no interfiere con la transmisión de datos . El voltaje de modo común se extrae fácilmente utilizando la toma central del transformador de pulsos Ethernet estándar . Para Gigabit Ethernet y más rápido, ambas alternativas A y B transmiten energía por pares de cables que también se utilizan para datos, ya que los cuatro pares se utilizan para la transmisión de datos a estas velocidades.
4PPoE proporciona energía mediante los cuatro pares de un cable de par trenzado. Esto permite una mayor potencia para aplicaciones como cámaras con movimiento horizontal, vertical y zoom (PTZ), puntos de acceso inalámbricos de alto rendimiento o incluso para cargar baterías de computadoras portátiles .
Además de estandarizar las prácticas existentes para la alimentación de pares de repuesto ( Alternativa B ), la alimentación de pares de datos en modo común ( Alternativa A ) y la transmisión de 4 pares ( 4PPoE ), las normas IEEE PoE prevén la señalización entre el equipo de suministro de energía (PSE) y el dispositivo alimentado (PD). Esta señalización permite que la fuente de energía detecte la presencia de un dispositivo compatible y permite que el dispositivo y la fuente negocien la cantidad de energía requerida o disponible, evitando al mismo tiempo daños a dispositivos no compatibles.
El estándar PoE IEEE 802.3af-2003 [1] original proporciona hasta 15,4 W de potencia de CC (mínimo 44 V CC y 350 mA) [2] [3] en cada puerto. [4] Solo se garantiza que 12,95 W estén disponibles en el dispositivo alimentado, ya que parte de la energía se disipa en el cable. [5]
El estándar IEEE 802.3at-2009 [6] PoE, también conocido como PoE+ o PoE plus , proporciona hasta 25,5 W de potencia para dispositivos de tipo 2. [7] El estándar de 2009 prohíbe que un dispositivo alimentado utilice los cuatro pares para la alimentación. [8] Ambos estándares se han incorporado desde entonces a la publicación IEEE 802.3-2012 . [9]
El estándar IEEE 802.3bt-2018 amplía aún más las capacidades de potencia de 802.3at. También se lo conoce como PoE++ o 4PPoE . El estándar introduce dos tipos de potencia adicionales: hasta 51 W de potencia entregada (Tipo 3) y hasta 71,3 W de potencia entregada (Tipo 4), opcionalmente utilizando los cuatro pares para la alimentación. [10] Cada par de pares trenzados debe manejar una corriente de hasta 600 mA (Tipo 3) o 960 mA (Tipo 4). [11] Además, se incluye soporte para 2.5GBASE-T, 5GBASE-T y 10GBASE-T . [12] Este desarrollo abre la puerta a nuevas aplicaciones y amplía el uso de aplicaciones como puntos de acceso inalámbricos de alto rendimiento y cámaras de vigilancia.
La enmienda IEEE 802.3bu-2016 [13] introdujo líneas de alimentación sobre datos de un solo par ( PoDL )para los estándares de Ethernet de un solo par100BASE-T1y1000BASE-T1destinados a aplicaciones automotrices e industriales.[14]En los estándares de dos pares o cuatro pares, se aplica el mismo voltaje de potencia a cada conductor del par, de modo que dentro de cada par no hay voltaje diferencial distinto del que representa los datos transmitidos. Con Ethernet de un solo par, la potencia se transmite en paralelo a los datos. PoDL definió inicialmente diez clases de potencia, que van desde 0,5 a 50 W (a PD).
Posteriormente, PoDL se agregó a las variantes de par único 10BASE-T1 , [15] 2.5GBASE-T1, 5GBASE-T1 y 10GBASE-T1 [16] y a partir de 2021 [actualizar]incluye un total de 15 clases de potencia con niveles de voltaje y potencia intermedios adicionales. [15]
Algunos ejemplos de dispositivos alimentados por PoE incluyen: [17]
Los equipos de suministro de energía (PSE) son dispositivos que proporcionan ( generan ) energía a través del cable Ethernet. Este dispositivo puede ser un conmutador de red , comúnmente llamado endspan (IEEE 802.3af lo denomina endpoint ), o un dispositivo intermediario entre un conmutador no compatible con PoE y un dispositivo PoE, un inyector PoE externo , llamado dispositivo midspan . [20]
Un dispositivo alimentado (PD) es cualquier dispositivo alimentado por PoE, por lo que consume energía. Algunos ejemplos son los puntos de acceso inalámbricos , los teléfonos VoIP y las cámaras IP .
Muchos dispositivos alimentados tienen un conector de alimentación auxiliar para una fuente de alimentación externa opcional. Según el diseño, parte, nada o toda la energía del dispositivo se puede suministrar desde el puerto auxiliar [21] [22] , y el puerto auxiliar a veces también actúa como energía de respaldo en caso de que falle la energía suministrada por PoE.
Los defensores de PoE esperan que PoE se convierta en un estándar global de cableado de alimentación de CC a largo plazo y reemplace una multiplicidad de adaptadores de CA individuales , que no se pueden administrar fácilmente de forma centralizada. [23] Los críticos de este enfoque argumentan que PoE es inherentemente menos eficiente que la alimentación de CA debido al menor voltaje, y esto se agrava por los delgados conductores de Ethernet. Los defensores de PoE, como la Ethernet Alliance , señalan que las pérdidas citadas son para los peores escenarios en términos de calidad del cable, longitud y consumo de energía por parte de los dispositivos alimentados. [24] En cualquier caso, cuando el suministro central de PoE reemplaza varios circuitos de CA, transformadores e inversores dedicados, la pérdida de energía en el cableado puede ser justificable.
La integración de PoE con el estándar IEEE 802.3az Energy-Efficient Ethernet (EEE) produce potencialmente ahorros adicionales de energía. Las integraciones anteriores al estándar de EEE y PoE (como EEPoE de Marvell descrita en un informe técnico de mayo de 2011) afirman lograr un ahorro de más de 3 W por enlace. Este ahorro es especialmente significativo a medida que se conectan dispositivos de mayor potencia. [25]
La tecnología Power over Ethernet basada en estándares se implementa siguiendo las especificaciones de IEEE 802.3af-2003 (que luego se incorporó como cláusula 33 en IEEE 802.3-2005 ) o la actualización de 2009, IEEE 802.3at. Los estándares requieren un cable de categoría 5 o superior para niveles de alta potencia, pero permiten el uso de un cable de categoría 3 si se requiere menos potencia. [26]
La energía se suministra como una señal de modo común a través de dos o más pares diferenciales de cables que se encuentran en los cables Ethernet y proviene de una fuente de alimentación dentro de un dispositivo de red habilitado para PoE, como un conmutador Ethernet , o se puede inyectar en un tendido de cables con una fuente de alimentación intermedia , una fuente de alimentación PoE adicional que se puede usar en combinación con un conmutador que no sea PoE.
Se utiliza una técnica de alimentación fantasma para permitir que los pares alimentados también transporten datos. Esto permite su uso no solo con 10BASE-T y 100BASE-TX , que utilizan solo dos de los cuatro pares del cable, sino también con 1000BASE-T (Ethernet gigabit), 2.5GBASE-T, 5GBASE-T y 10GBASE-T , que utilizan los cuatro pares para la transmisión de datos. Esto es posible porque todas las versiones de Ethernet sobre cable de par trenzado especifican la transmisión de datos diferencial sobre cada par con acoplamiento de transformador ; las conexiones de alimentación de CC y de carga se pueden realizar a las tomas centrales del transformador en cada extremo. De este modo, cada par funciona en modo común como un lado de la alimentación de CC, por lo que se requieren dos pares para completar el circuito. La polaridad de la alimentación de CC se puede invertir mediante cables cruzados ; el dispositivo alimentado debe funcionar con cualquiera de los pares: pares de repuesto 4-5 y 7-8 o pares de datos 1-2 y 3-6. La polaridad está definida por los estándares en pares de repuesto y se implementa de manera ambigua para pares de datos, con el uso de un puente de diodos .
Notas:
Hay tres modos disponibles: A, B y de 4 pares. El modo A suministra energía a los pares de datos de 100BASE-TX o 10BASE-T. El modo B suministra energía a los pares de repuesto. El modo de 4 pares suministra energía a los cuatro pares. PoE también se puede utilizar en Ethernet 1000BASE-T, 2.5GBASE-T, 5GBASE-T y 10GBASE-T, en cuyo caso no hay pares de repuesto y toda la energía se suministra mediante la técnica fantasma.
El modo A tiene dos configuraciones alternativas (MDI y MDI-X), que utilizan los mismos pares pero con polaridades diferentes. En el modo A, los pines 1 y 2 (par n.° 2 en el cableado T568B ) forman un lado de los 48 V CC, y los pines 3 y 6 (par n.° 3 en T568B) forman el otro lado. Estos son los mismos dos pares que se utilizan para la transmisión de datos en 10BASE-T y 100BASE-TX, lo que permite la provisión de energía y datos a través de solo dos pares en dichas redes. La polaridad libre permite que PoE se adapte a cables cruzados, cables de conexión y Auto MDI-X .
En el modo B, los pines 4 y 5 (par n.° 1 en T568A y T568B) forman un lado de la fuente de CC y los pines 7 y 8 (par n.° 4 en T568A y T568B) proporcionan el retorno; estos son los pares "de repuesto" en 10BASE-T y 100BASE-TX. Por lo tanto, el modo B requiere un cable de 4 pares.
El PSE, no el PD, decide si se debe utilizar el modo de alimentación A o B. Los PD que implementan solo el modo A o el modo B no están permitidos por la norma. [36] El PSE puede implementar el modo A o B o ambos. Un PD indica que cumple con las normas colocando una resistencia de 25 kΩ entre los pares alimentados. Si el PSE detecta una resistencia demasiado alta o demasiado baja (incluido un cortocircuito), no se aplica alimentación. Esto protege a los dispositivos que no admiten PoE. Una característica de clase de alimentación opcional permite que el PD indique sus requisitos de alimentación cambiando la resistencia de detección a voltajes más altos.
Para conservar la energía, el DP debe consumir al menos 5–10 mA durante al menos 60 ms por vez. Si el DP no cumple este requisito durante más de 400 ms, el PSE considerará que el dispositivo está desconectado y, por razones de seguridad, cortará la energía. [37]
Existen dos tipos de PSE: endspans y midspans. Los endspans (comúnmente llamados switches PoE) son switches Ethernet que incluyen el circuito de transmisión de alimentación a través de Ethernet. Los midspans son inyectores de energía que se ubican entre un switch Ethernet regular y el dispositivo alimentado, inyectando energía sin afectar los datos. Los endspans se utilizan normalmente en nuevas instalaciones o cuando el switch debe reemplazarse por otras razones (como pasar de 10/100 Mbit/s a 1 Gbit/s), lo que hace que sea conveniente agregar la capacidad PoE. Los midspans se utilizan cuando no se desea reemplazar y configurar un nuevo switch Ethernet, y solo se necesita agregar PoE a la red.
Los dispositivos compatibles con IEEE 802.3at también se conocen como Tipo 2. Un PSE 802.3at también puede utilizar la comunicación LLDP para señalar la capacidad 802.3at. [40]
La clase 4 solo puede ser utilizada por dispositivos IEEE 802.3at (Tipo 2), que requieren corrientes válidas de Clase 2 y Mark 2 para las etapas de encendido. Un dispositivo 802.3af que presente una corriente de clase 4 se considera no compatible y, en su lugar, se tratará como un dispositivo de Clase 0. [43] : 13
El protocolo de descubrimiento de capa de enlace (LLDP) es un protocolo Ethernet de capa 2 para administrar dispositivos. LLDP permite el intercambio de información entre un PSE y un PD. Esta información está formateada en formato tipo-longitud-valor (TLV). Los estándares PoE definen las estructuras TLV que utilizan los PSE y los PD para señalar y negociar la energía disponible.
Las fases de configuración son las siguientes:
Las reglas para esta negociación de poder son:
Hay más de diez implementaciones propietarias. [48] Las más comunes se analizan a continuación.
Algunos puntos de acceso WLAN y teléfonos VoIP de Cisco admitían una forma patentada de PoE [49] muchos años antes de que existiera un estándar IEEE para la entrega de PoE. La implementación PoE original de Cisco no se puede actualizar por software al estándar IEEE 802.3af. El equipo PoE original de Cisco es capaz de entregar hasta 10 W por puerto. La cantidad de energía que se entregará se negocia entre el punto final y el conmutador Cisco en función de un valor de energía que se agregó al Protocolo de descubrimiento de Cisco (CDP) patentado de Cisco. El CDP también es responsable de comunicar dinámicamente el valor de la VLAN de voz desde el conmutador Cisco al teléfono VoIP de Cisco.
Según el esquema pre-estándar de Cisco, el PSE (conmutador) enviará un pulso de enlace rápido (FLP) en el par de transmisión. El PD (dispositivo) conecta la línea de transmisión a la línea de recepción a través de un filtro de paso bajo . El PSE obtiene el FLP a cambio. El PSE proporcionará una corriente de modo común entre los pares 1 y 2, lo que da como resultado 48 V CC [50] y 6,3 W [51] de potencia asignada por defecto. El PD debe proporcionar entonces un enlace Ethernet en 5 segundos al puerto del conmutador en modo de negociación automática. Un mensaje CDP posterior con un TLV le indica al PSE su requisito de potencia final. Una interrupción de los pulsos de enlace corta la energía. [52]
En 2014, Cisco creó otra implementación de PoE no estándar llamadaUniversal Power over Ethernet (UPOE). UPOE puede utilizar los 4 pares, después de la negociación, para suministrar hasta 60 W.[53]
Un desarrollo patentado de alta potencia llamado LTPoE++, que utiliza un solo cable Ethernet Cat 5e, es capaz de suministrar niveles variables a 38,7, 52,7, 70 y 90 W. [54]
PowerDsine , adquirida por Microsemi en 2007, que luego fue adquirida por Microchip en 2018, ha estado vendiendo inyectores de potencia midspan desde 1999. Al utilizar los circuitos integrados PSE multi-PoE de Microchip, los inyectores y conmutadores PoE pueden admitir los estándares IEEE 802.3 PoE y también configuraciones preestándar. Varias empresas como Polycom , 3Com , Lucent y Nortel utilizaron la antigua implementación de Power over LAN PoE de PowerDsine . [55]
En un sistema PoE pasivo, el inyector no se comunica con el dispositivo alimentado para negociar sus requisitos de voltaje o potencia, sino que simplemente suministra energía en todo momento. Las aplicaciones pasivas comunes de 100 Mbit/s utilizan la distribución de pines del modo B de 802.3af (consulte § Distribución de pines): con CC positiva en los pines 4 y 5 y CC negativa en 7 y 8 y datos en 1-2 y 3-6, pero la polarización puede variar. Los inyectores pasivos Gigabit utilizan un transformador en los pines de datos para permitir que la energía y los datos compartan el cable y, por lo general, son compatibles con el modo A de 802.3af. Hay inyectores pasivos midspan disponibles con hasta 12 puertos.
Los dispositivos que necesitan 5 voltios normalmente no pueden usar PoE a 5 V en un cable Ethernet más allá de distancias cortas (aproximadamente 15 pies (4,6 m)) ya que la caída de voltaje del cable se vuelve demasiado significativa, por lo que se requiere un convertidor de CC-CC de 24 V o 48 V a 5 V en el extremo remoto. [56] [ ¿ fuente poco confiable? ]
Las fuentes de alimentación PoE pasivas se utilizan habitualmente con una variedad de equipos de radio inalámbricos para interiores y exteriores, más comúnmente de Motorola (ahora Cambium), Ubiquiti Networks , MikroTik y otros. Las versiones anteriores de fuentes de alimentación PoE pasivas de 24 VCC que se suministraban con radios basadas en 802.11a, 802.11g y 802.11n eran, por lo general, de solo 100 Mbit/s.
También existen inyectores pasivos de CC a CC que convierten una fuente de alimentación de 9 V a 36 V CC o de 36 V a 72 V CC en una alimentación PoE estabilizada de 24 V 1 A, 48 V 0,5 A o hasta 48 V 2,0 A con '+' en los pines 4 y 5 y '−' en los pines 7 y 8. Estos inyectores PoE de CC a CC se utilizan en varias aplicaciones de telecomunicaciones. [57]
Los proyectos de normas ISO/IEC TR 29125 y Cenelec EN 50174-99-1 describen el aumento de temperatura del haz de cables que se puede esperar debido al uso de 4PPoE. Se hace una distinción entre dos escenarios:
El segundo escenario depende en gran medida del entorno y de la instalación, mientras que el primero depende únicamente de la construcción del cable. En un cable estándar sin blindaje, el aumento de temperatura relacionado con la PoE aumenta en un factor de 5. En un cable blindado, este valor se reduce a entre 2,5 y 3, según el diseño.
