Was ist Poe und wie funktioniert die Macht über Ethernet?

Internetverbindungen sind heutzutage notwendig geworden, da fast jedes elektronische Gerät eine aktive Internetverbindung benötigt, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Obwohl die meisten Geräte über Wi-Fi-Konnektivitätsoptionen verfügen, verwendeten viele Geräte und Netzwerkrouter immer noch Ethernet-Ports und -Kabel, um eine Verbindung mit der kabelgebundenen Internetleitung herzustellen. Wir haben zuvor im Artikel Power Line Communication erfahren, wie Daten über Stromleitungen übertragen werden können. Heute erfahren wir, wie Strom über Datenleitungen übertragen werden kann, die PoE (Power over Ethernet) sind.

Was ist PoE (Power over Ethernet)?

Wie der Name schon sagt, wird die Stromversorgung über Ethernet-Kabel als PoE bezeichnet.

Wir alle wissen, dass Ethernet-Kabel für die Datenübertragung und die Netzwerkkonnektivität verwendet werden. Wissen Sie jedoch, dass wir die meiste Zeit nicht alle im Ethernet-Kabel vorhandenen Verbindungsleitungen verwenden. Betrachten Sie beispielsweise das in der folgenden Abbildung gezeigte Ethernet-Kabel mit 8 Leitungen. Unter diesen werden jedoch üblicherweise nur vier Leitungen für den Datenaustausch verwendet (Orange, Orange-Weiß, Grün und Grün-Weiß), während die verbleibenden vier Leitungen inaktiv bleiben. Der Datenaustausch ist also auch nach dem Entfernen dieser freien Leitungen an beiden Enden möglich, weshalb bei Low-End-Ethernet-Kabeln nur vier Leitungen anstelle von acht Leitungen vorhanden sind. So können die vier Leerlaufleitungen für die Energieübertragung verwendet werden. Diese einfache Einrichtung zur Verwendung von Leerlaufleitungen zur Stromversorgung der Last wird als Power over Ethernet bezeichnet.

Schauen wir uns nun die einfache Schaltung an, um den PoE besser zu verstehen. In dieser Schaltung werden vier Drähte (nämlich Blau, Blau-Weiß, Braun und Braun-Weiß) von der Buchse an jedem Ende des Kabels abgezogen. Wie bereits erwähnt, wird dieses Paar brauner und grüner Kabel in Ethernet-Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit nicht verwendet. Wenn Sie also die Buchse abziehen, wird die Kommunikation nicht unterbrochen. Ein Ende sollte also an die Stromversorgung und das andere an die Last angeschlossen werden. Um ein Beispiel zu geben, verwenden wir eine Batterie als Stromquelle und eine Kamera als Last. Wenn Source & Load im geschlossenen Regelkreis ist, ist die folgende Schaltung abgeschlossen und die Kamera zeigt eine Reaktion an. Da wir mit diesem einfachen Setup eine einfache Appliance über ein Ethernet-Kabel mit Strom versorgt haben, können wir sagen, dass PoE erreicht wird.

Wie Power over Ethernet funktioniert und warum es verwendet wird

Der Hauptgrund für die Verwendung von PoE gegenüber dem herkömmlichen Stromversorgungssystem besteht darin , die Kosten für die Bereitstellung der Stromversorgung für jedes Peripheriegerät zu reduzieren, das mit dem Netzwerk verbunden ist. Wenn Sie beispielsweise 10 Spionagekameras im gesamten Gebäude verteilt haben, sind in diesem Fall 10 Netzteile erforderlich, um sie mit Strom zu versorgen, und das ist nicht das Hauptproblem. Das Hauptproblem besteht darin, 220 Stromleitungen in der Nähe jedes Peripheriegeräts zu verdrahten, was nicht praktikabel ist. Daher ist die Verwendung von PoE die beste Option, um alle Peripheriegeräte an das zentrale System anzuschließen.

Das Striping-Ethernet-Kabel zum Anschließen jedes Peripheriegeräts an das zentrale System ist selbst eine mühsame Aufgabe, sodass PoE-Injektor und PoE-Splitter verwendet werden.

Wie in der Abbildung gezeigt, können wir mit PoE Injector und PoE Splitter den ganzen Aufwand des Identifizierens der Farben, des Abisolierens, Lötens und Abrichtens der losen Enden überspringen. Schauen wir uns nun die Funktion dieser Geräte an und wie sie verwendet werden können.

PoE-Injektor

Dieses Gerät verfügt über zwei Eingangsanschlüsse und einen Ausgangsanschluss. Der erste Eingang dient zum Anschließen eines normalen Ethernet-Kabels und ein anderer Eingang zum Anschließen einer Gleichstromversorgung, während der Ausgang zum Anschließen eines PoE-Ethernet-Kabels verwendet wird.

Am Eingang haben wir: Normale Ethernet-Verbindung + Gleichstromversorgung

Bei der Ausgabe haben wir: PoE-Ethernet (das zum Anschließen von PoE-Geräten verwendet werden kann)

Die PoE-Injektorfunktion stellt also PoE-Ethernet bereit, indem sie eine normale Ethernet-Verbindung und eine Gleichstromversorgung übernimmt.

PoE Splitter

Dieses Gerät verfügt über einen Eingangsport und zwei Ausgangsports. Der Eingang dient zum Anschließen eines PoE-Ethernet-Kabels, während die Ausgangsanschlüsse eine normale Ethernet- und Gleichstromversorgung bieten.

Am Eingang haben wir: PoE Ethernet

Am Ausgang haben wir: Normale Ethernet-Verbindung + Gleichstromversorgung

Die Funktion des PoE-Splitters ist also genau das Gegenteil von PoE Injector, bei dem die PoE-Ethernet-Verbindung in normale Ethernet- und nutzbare Gleichstromversorgung aufgeteilt wird.

PoE Extender

Ein PoE Extender wird verwendet, wenn ein Netzwerk über große Entfernungen wie Einkaufszentren, Hotels, Restaurants, Bürogebäude, Unternehmen, akademische Standorte und Sportstätten verteilt ist. An diesen Orten können normale 100-Meter-Ethernet-Verbindungen nicht verwendet werden, und dann kommt PoE Extender zum Einsatz. Mit diesem Gerät können Ethernet-Netzwerkgeräte über die grundlegende Entfernungsgrenze von 100 m hinaus erweitert werden, sodass es in vielen Fällen eine praktikable Option ist.

Heutzutage unterstützen Peripheriegeräte PoE-Ethernet, sodass wir den Splitter überspringen und das Kabel direkt an das Gerät anschließen können, wie in der Abbildung gezeigt.

Dieses Setup funktioniert nun, wenn ein oder zwei Appliances vorhanden sind. Wenn jedoch mehrere Appliances vorhanden sind, ist der Kauf von PoE Injector für jedes Gerät nicht die beste Lösung. Für solche speziellen Fälle haben wir einen PoE Hub, der mehrere PoE-Injektoren ersetzen kann.

PoE Hub

Die Funktion des PoE-Hubs ähnelt der des PoE-Injektors, außer dass viele Ethernet-Verbindungen erforderlich sind und gleichzeitig so viele PoE-Ethernet-Ausgänge bereitgestellt werden. Der Hub wird am besten verwendet, wenn Sie an einem Ende viele PoE-Geräte und an dem anderen Ende eine normale Ethernet-Konnektivität haben, die einen Server bereitstellt. Die Funktionsweise der Nabe ist anhand des folgenden Blockdiagramms leicht zu verstehen.

Bisher haben wir angenommen, dass im Ethernet-Kabel freie Leitungen verfügbar sind, die ohne große Schwierigkeiten für PoE verwendet werden können.

Nun fragen Sie sich vielleicht, in welchen Fällen alle Leitungen in Ethernet-Kabeln verwendet werden. Nun, dieser Fall ist nicht selten, da Hochgeschwindigkeits-Internet- und Datenübertragungssysteme alle Datenleitungen verwenden. Selbst in diesen Fällen ist PoE immer noch erreichbar, wird jedoch im Vergleich zur vorherigen Konfiguration komplex.

Bei einem Hochgeschwindigkeitsübertragungssystem werden sowohl Daten als auch Leistung über dieselben Leitungen gesendet, es werden jedoch spezielle Geräte verwendet. Diese Spezialeinheit ist ein PoE-Schalter, der im Gegensatz zu früher die Kosten erhöht, da wir einfach die nicht verwendeten Leitungen an beiden Enden entfernen und sie für unsere Bequemlichkeit verwenden können.

PoE-Schalter

Ein PoE-Switch ist ein Netzwerk-Switch mit der Fähigkeit, von jeder Schnittstelle aus Strom über Ethernet bereitzustellen und gleichzeitig Frames weiterzuleiten. Einfach ausgedrückt funktioniert es wie ein Anschluss zum Anschließen mehrerer PoE-Geräte an einen einzelnen PC.

Im Blockdiagramm können Sie sehen, wie mehrere PoE-Geräte mit Ethernet-Kabeln an den PoE-Switch angeschlossen sind und der PC über den PoE-Switch mit diesen Geräten kommuniziert. Für einen PoE-Switch ist ein Uplink zu einem vorhandenen Netzwerk erforderlich, um die Ports weiter zu erweitern und zu vergrößern.

PoE-Standards

PoE-Geräte folgen bestimmten Standards für Datenkommunikation und Stromversorgung. Daher werden diese Standards beim Entwerfen dieser Geräte befolgt. Normalerweise werden beim Entwurf dieser Geräte vier Arten von Standards befolgt, die nach ihrer Belastbarkeit unterteilt werden.

IEEE-Erweiterung	Art	Leistungskapazität
IEEE802.3af	Typ 1	15,4 Watt
IEEE802.3at / PoE +	Typ 2	30,8 Watt
IEEE802.3bt / UPoE	Typ 3	60 Watt
IEEE802.3bt	Typ 4	90 Watt

Sie können in diese Tabelle schauen und den geeigneten PoE-Switch, Injector oder Router für Ihre PoE-Geräte auswählen.

PoE-Anwendungen

• Intelligentes Beleuchtungssystem: Das Beleuchtungssystem kann über einen Server oder einen Remote-PC gesteuert werden, was praktisch ist.
• Smart Home: PoE vereinfacht das Smart Home-Design, da im Smart Home-Netzwerk an jeder Ecke des Wohnbereichs eine Konnektivität hergestellt wird, während jede Appliance Daten miteinander teilt. Dies kann mithilfe von PoE einfacher erreicht werden.
• Sicherheitssystem: Büros und Institute können ihre Produktivität steigern, indem sie aus Sicherheitsgründen PoE-Geräte installieren.
• PoE wird auch für RFID- und Alarmsysteme verwendet.

Einschränkungen von PoE

Hier sieht zwar alles grün aus, aber das ist nicht der Fall. Es gibt viele Nachteile für PoE und einige davon werden unten diskutiert.

• Kosten: Wie üblich kommt es bei jeder Technologieinstallation auf Geld an. Durch die Installation von PoE können wir zwar Geld sparen, dies gilt jedoch nur, wenn sich mehr als vier bis fünf Geräte in der Region befinden. Dies liegt daran, dass die Installation von PoE Tausende kostet, aber Sie erledigen die Arbeit mit ein paar Hundert, wenn nur ein oder zwei PoE-Geräte vorhanden sind. Daher ist die PoE-Installation nicht für Haushalte geeignet, in denen PoE-Geräte auf ein oder zwei beschränkt sind. In diesem Fall erledigt der Kauf eines Verlängerungskabels oder eines Adapters die Arbeit, anstatt viel Geld für das PoE-Setup auszugeben.
• Komplexität: Durch die Installation des PoE-Setups wird die Komplexität für alle Benutzer erhöht. Als müssten Sie neue Begriffe zu PoE verstehen und Probleme beim Kauf passender Systeme haben, wenn Sie ein neues PoE-Gerät zu Hause oder im Büro installieren möchten.