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PoE-Stromversorgung: Wie liefert ein PoE-Switch Strom für PoE-Geräte?

Migelle

Übersetzer*in Felix
14. Oktober 2019

Angetrieben von der Notwendigkeit, intelligente IoT-Geräte anzuschließen und zu überwachen, hat sich der PoE-Netzwerk-Switch zu einem immer effizienteren Medium für die Strom- und Datenbereitstellung über das Netzwerk entwickelt. Es ermöglicht Geräten wie IP-Telefonen, IP-Überwachungskameras, Wireless LAN Access Points oder PoE-Beleuchtung, sowohl Strom als auch Daten über dasselbe Ethernet-Kabel zu empfangen, wodurch separate Daten- oder Stromkabel überflüssig werden. Doch wie liefert der PoE-Switch Strom für das Gerät, wird PoE-Power die angeschlossenen Geräte beschädigen? Hier finden Sie detaillierte Erläuterungen zur PoE-Stromversorgung.

PoE-Stromversorgungsstandards für PoE-Switches

Der PoE (Power over Ethernet)-Switch erleichtert die Installation und Verwaltung in Szenarien wie Heimanwendungen, WLAN-Aufbau, Sicherheitsmaßnahmen und so weiter. Der PoE-Netzwerkswitch fungiert als PSE (Power Sourcing Equipment), das PDs (Power Devices) auf Basis verschiedener PoE-Standards mit Strom versorgt. Die folgende Tabelle listet die bestehenden PoE-Standards und die entsprechenden PoE-Netzteilwerte auf.

Standard IEEE 802.3af IEEE 802.3at IEEE 802.3bt
Kategorie PoE PoE+ PoE++
Typ Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4
Verfügbare Leistung für PD 12,95 W 25,5 W 51 W 71 W
Max. von PSE gelieferte Leistung 15,4 W 30,0 W 60 W 100 W
Anzahl der Powerline-Paare 2 2 4
Unterstützte Kabel Cat3 oder besser Cat5 oder besser Cat5 oder besser

Beachten Sie, dass PoE und PoE+ die häufigsten Standards sind, die die meisten PoE-Geräte auf dem Markt unterstützen können, während der PoE++ IEEE 802.3bt Standard ein neu freigegebener Standard für Smart Building und IoT ist. Da die PoE++-Technologie noch nicht ausgereift genug ist, unterstützen sie derzeit nur wenige Produkte von Anbietern, wie z.B. Cisco oder Huawei Switches.

Stromversorgung des PoE-Switches erklärt

Um die Funktionsprinzipien der PoE-Stromversorgung zu verstehen, nehmen wir den PoE-Netzwerk-Switch als Beispiel, um seinen Arbeitsprozess, den PoE-Versorgungsmodus und die PoE-Distanz für die Stromversorgung zu veranschaulichen.

Arbeitsprozess der Stromversorgung des PoE-Switch

Nachdem ein PD an einen PoE-Ethernet-Switch angeschlossen wurde, funktioniert es wie folgt:

PoE switch supply process.jpg

Erkennung von PDs: Dies ist der erste Schritt mit dem der PoE-Switch prüft, ob das Gerät ein echtes PD ist oder nicht. Der PoE-Schalter sendet einen Erkennungsspannungsimpuls an den PD und misst den Strom. Wenn es einen gültigen Widerstand mit einem bestimmten Wert erkennt, wird das am PoE-Switch angeschlossene Gerät als echter PD bestätigt. Beachten Sie, dass nur der aktive PoE-Netzwerk-Switch diese Prüfung durchführt, während der passive PoE-Netzwerk-Switch oder Injektor dies nicht tut. Weitere Informationen zu aktiven und passiven PoE-Switches finden Sie hier: Aktiver vs. passiver PoE-Switch: Welche Option sollten Sie wählen?

Klassifizierung der PoE-Netzteilfähigkeit: Dies ist der zweite Schritt für den Switch, um zu messen, wie viel Leistung der PD benötigt. Der Switch klassifiziert das Gerät als einen Typ der Klasse 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und liefert die richtige Leistung, wenn er einen Widerstand erkennt.

Klasse PSE Ausgangsleistung (W) PD Eingangsleistung (W)
0 15,4 0,44 – 12,94
1 4 0,44 – 3,84
2 7 3,84 – 6,49
3 15,4 6,49 – 12,95
4 30 12,95 – 25,50
5 45 40 (4-pair)
6
60 51 (4-pair)
7 75 62 (4-pair)
8 99 71,3 (4-pair)

Beginn der Stromversorgung: Nach dem Bestimmen der Power-over-Ethernet-Klasse beginnt der PoE-Switch in weniger als 15 Mikrosekunden, eine Niederspannung an PD zu liefern, die dann schließlich auf die volle 48V DC angehoben wird.

Normale Stromversorgung: Nachdem die Spannung auf 48V gestiegen ist, stellt der PoE-Schalter dem PD eine stabile und zuverlässige 48V DC-Spannung zur Verfügung.

Unterbrechung der Stromversorgung: Der PoE-Schalter unterbricht die Stromversorgung und wechselt in die PD-Erkennung, wenn die folgenden Situationen eintreten:


  • PD wird entfernt

  • Leistungsaufnahme des PD ist überlastet oder kurzgeschlossen

  • Die gesamte Leistungsaufnahme der PDs liegt außerhalb des Leistungsbudgets des PoE-Switches

Daher können Sie in diesen Szenarien den Switch und die PDs schützen oder Schäden an Nicht-PoE-Geräten verhindern, die versehentlich an die PoE-Ports angeschlossen sind, nachdem die PDs entfernt wurden.

Stromversorgungsmodus des PoE-Switch

Der PoE-Stromversorgungsmodus zwischen PSE und PDs kann in drei verschiedene Kategorien unterteilt werden. Der Power-over-Ethernet-Switch, als eine typische Art von PSE, wird hier exemplarisch erläutert, um die PoE-Versorgung von PDs zu erklären.


  • Alternative A (PoE-Modus A)

Der PoE-Switch versorgt die PDs über das Datenpaar 1-2 und das Paar 3-6 mit Strom. Das Paar 1-2 wirkt als positive Polarität, während das Paar 3-6 als negative Polarität wirkt.


  • Alternative B (PoE-Modus B)

Der PoE-Switch versorgt die PDs über Paar 4-5 und Paar 7-8 mit Strom. Bei 10BASE-T und 100BASE-T werden die beiden Paare nicht zur Datenübertragung verwendet. Sie werden daher als Ersatzpaare im 10/100M PoE-Betrieb bezeichnet. Das Paar 4-5 wirkt als positive Polarität, während das Paar 7-8 als negative Polarität wirkt.


  • 4-paarige Versorgung

In diesem Modus wird die Leistung auf vier Paaren abgegeben. Paar 1-2 und Paar 4-5 sind die positive Polarität, und Paar 3-6 und Paar 7-8 sind die negative Polarität.

10/100BASE-T Netzwerk 1000BASE-T Netzwerk
Pins am Switch

PoE Modus A

(Daten & Mixed DC)

PoE Modus B

(Ersatz-DC)

4-paarige PoE

PoE Modus A

(Bi-Daten & DC)

PoE Modus B

(Bi-Dataen & DC)

4-paarige PoE
Pin 1 Rx + & DC + Rx + Rx + & DC + TxRx A + & DC + TxRx A + TxRx A + & DC +
Pin 2 Rx - & DC + Rx - Rx - & DC + TxRx A - & DC + TxRx A - TxRx A - & DC +
Pin 3 Tx + & DC - Tx + Tx + & DC - TxRx B + & DC - TxRx B + TxRx B + & DC -
Pin 4 Unbenutzt DC + DC + TxRx C + TxRx C + & DC + TxRx C + & DC +
Pin 5 Unbenutzt DC + DC + TxRx C - TxRx C - & DC + TxRx C - & DC +
Pin 6 Tx - & DC - Tx - Tx - & DC - TxRx B - & DC - TxRx B - TxRx B - & DC -
Pin 7 Unbenutzt DC - DC - TxRx D + TxRx D + & DC - TxRx D + & DC -
Pin 8 Unbenutzt DC - DC - TxRx D - TxRx D - & DC - TxRx D - & DC -

Beachten Sie, dass der PoE-Stromversorgungsmodus von PSE bestimmt wird. Und sowohl PoE-Switch als auch PoE-Injektor können als PSE fungieren, um Strom und Daten an die PDs zu senden. Der PoE-Ethernet-Switch als Endpanne (IEEE 802.3af bezeichnet ihn als Endpunkt) verwendet oft den PoE-Modus A. Der PoE-Injektor (auch Midspan-Gerät genannt) ist eine Zwischenvorrichtung zwischen einem Nicht-PoE-Switch und PD. Er unterstützt nur den PoE-Modus B.

PoE-Distanz für die Stromversorgung

PoE kann 100 Meter vom PoE-Switch zu den PDs übertragen. Die Einschränkung ist nicht die Leistung, sondern die Ethernet-Verkabelungsstandards, die die Gesamtlänge der Verkabelung auf 100 Meter begrenzen, da es eine Signaldämpfung über die Ethernet-Kabel gibt. Im Allgemeinen sind 100 Meter die weiteste Entfernung für die Stromversorgung, die ein PoE-Switch erreichen kann. Ein PoE-Extender kann jedoch die Reichweite von Ethernet-Daten und PoE-Leistung auf bis zu 1219 m (4000 Fuß) erweitern.

Fehlerbehebung bei der PoE-Netzteilversorgung

Sobald das PoE-System spannungslos ist, werden die folgenden Schritte zur Diagnose des Problems empfohlen.


  • Stellen Sie sicher, dass das aktive Gerät PoE unterstützt. Denken Sie daran, dass nicht alle Netzwerkgeräte die PoE-Technologie unterstützen. Bevor Sie es an einen PoE-Switch anschließen, überprüfen Sie, ob das Gerät PoE unterstützt oder nicht.

  • Stellen Sie sicher, dass die PoE-Leistung des betriebenen Geräts die maximale Leistung eines Ports am PoE-Switch nicht überschreiten darf. So gibt es beispielsweise einen PoE-Netzwerk-Switch, der nur IEEE 802.3af unterstützt, was bedeutet, dass der Switch eine maximale Ausgangsleistung von 15,4 W für jeden Port liefern kann. Daher kann ein mit Strom versorgtes Gerät, das 16 W oder mehr Leistung benötigt, nicht an den Schalter angeschlossen werden, da andernfalls das mit Strom betriebene Gerät durch die instabile Stromversorgung oder bei Stromausfall beschädigt werden kann.

  • Stellen Sie sicher, dass die Gesamtleistung aller angeschlossenen PDs nicht die Leistung übersteigen darf, die der Schalter liefern kann. Hier ist zum Beispiel ein 24-Port PoE-Switch mit einer maximalen Leistungsaufnahme von 400W. Das bedeutet, dass dieser Switch 24 (15,4W×24=369,6<400W) Geräte mit PoE-Standard gleichzeitig verbinden kann. Und es kann bis zu 13 (30W×13=390W<400W) Geräte mit PoE+-Standard unterstützen.

  • Überprüfen Sie die Kompatibilität der Leistungsmodi zwischen PSE und PD. Wenn beispielsweise ein PD nur die Stromversorgung im PoE-Modus B unterstützt, während ein PoE-Switch auf der Alternative A basiert, können der PD- und der PoE-Switch daher nicht zusammenarbeiten.

Fazit

Die PoE-Technologie wird zu einem wichtigen Bestandteil der digitalen Transformation. Die Kenntnis von PoE-Netzteildetails wie der spezifischen PoE-Klasse und PoE-Leistung trägt zum Schutz von PoE- und Nicht-PoE-Geräten bei. Darüber hinaus kann das Kennenlernen häufiger Probleme und Lösungen der PoE-Switch-Verbindung unerwünschte Zeit- und Geldverschwendung bei der Bereitstellung von PoE-Netzwerken vermeiden.

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