Power-over-Ethernet

Beispielanwendung von PoE

Power over Ethernet (PoE) bezeichnet ein Verfahren, mit dem netzwerkfähige Geräte über das 8-adrige Ethernet-Kabel mit Strom versorgt werden können.

Allgemeines

Im engeren Sinne wird heute mit PoE meist der IEEE-Standard 802.3af ("DTE Power over MDI") gemeint, der im Juni 2003 in seiner endgültigen Fassung verabschiedet wurde. Vorher gab es bereits einige herstellerspezifische Implementierungen, die ebenfalls unter der Bezeichnung Power over Ethernet gehandelt wurden.

Hauptvorteil von Power over Ethernet ist, dass man ein Stromversorgungskabel einsparen kann und so auch an schwer zugänglichen Stellen oder in Bereichen, in denen viele Kabel stören würden, Ethernet-angebundene Geräte installieren kann. Somit lassen sich einerseits zum Teil drastisch Installationskosten einsparen, andererseits kann der damit einfach zu realisierende Einsatz einer zentralen unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) die Ausfallsicherheit der angeschlossenen Geräte erhöhen.

PoE wird von Netzwerkgeräten genutzt, die wenig Leistung verbrauchen. Es wird typischerweise in IP-Telefonen, kleinen Hubs, Kameras, kleinen Servern oder in schnurlosen Übertragungsgeräten (WLAN-Access-Points, FSO-Geräte, Bluetooth-Access-Points) eingesetzt.

802.3af unterteilt die beteiligten Geräte in Energieversorger (Power Sourcing Equipment, PSE) und -Verbraucher (Powered Devices, PD). Die Versorgungsspannung beträgt 48 V, die maximale Stromaufnahme der Endgeräte 350 mA im Dauerbetrieb (kurzzeitig sind beim Einschalten 400 mA erlaubt). Die maximale Leistungsaufnahme beträgt 15,4 Watt. Der Standard geht davon aus, dass nach Leitungsverlusten etwa 12,95 Watt nutzbare Leistung übrig bleiben. Zur Energieübertragung werden normalerweise die freien Adernpaare im Ethernetkabel verwendet, wenn dies nicht möglich ist (weil z. B. ISDN über die Leitung geführt ist), können auch die signalführenden Adern genutzt werden. Auch diese Betriebsart muss vom Verbraucher unterstützt werden. Die Stromversorgung über die Signalleitungen wirkt sich bei 10BaseT (10 Mbit/s) und 100BaseTX (100 Mbit/s) nicht störend auf das Ethernet-Signal aus. Auch auf 1000BaseT Gigabit-Ethernet ist PoE möglich. Da 1000BaseT alle 8 Adern im Kabel belegt, wird die Gleichspannung zur Stromversorgung hierbei auf jeden Fall „unter das Signal“ gelegt.

Die Herausforderung für die Hersteller proprietärer PoE-Lösungen bestand früher darin, Schäden an nicht PoE-fähigen Endgeräten nach Möglichkeit zu vermeiden. Obwohl die Adern 4, 5, 7 und 8 bei 10BaseT und 100BaseTX eigentlich nicht belegt sind, bedeutet das nicht, dass es nicht doch Netzwerkkarten o. ä. gibt, bei denen die entsprechenden Pins nach irgendwohin durchgeschleift sind. Wenn dort versehentlich Power over Ethernet anliegen sollte, kann dies zu irreparablen Schäden am Gerät führen. 802.3af löst dieses Problem durch ein als Resistive Power Discovery bezeichnetes Verfahren. Hierbei legt der Energieversorger zunächst mehrfach einen nur minimalen Strom auf die Adern, mit dem sich im Normalfall kein Gerät beschädigen lässt. Er erkennt dabei, ob und wo der Energieverbraucher einen 25-kOhm-Abschlusswiderstand besitzt und damit PoE-fähig ist. Daraufhin wird der Verbraucher mit einer geringen Leistung versorgt, und muss nun signalisieren, zu welcher von vier im Standard definierten Leistungsklassen er gehört. Erst dann bekommt das PD die volle Leistung und kann den Betrieb aufnehmen.

Die Stromversorgung der Powered Devices kann dabei durch sogenannte Endspan-Devices (z. B. Switches) oder Midspan-Devices (Einheiten zwischen Switch und Endgerät) erfolgen.

Als Midspan-Devices werden zumeist Hubs oder sogenannte PoE-Injektoren eingesetzt, die Strom auf die jeweiligen Drähte liefern. Aufgrund des zusätzlichen Platzbedarfs und der zusätzlich notwendigen Patchkabel in Verteilerschränken sind jetzt auch Patchpanels (Verteilerfelder, POE-Patchpanel) verfügbar, die den Strom liefern. Diese ersetzen die herkömmlichen Patchpanels und belegen somit keinen zusätzlichen Platz in den Verteilerschränken. Durch entsprechende Managementsoftware können bei diesen Verteilerfeldern die einzelnen Ports stromfrei oder stromführend definiert werden.

Aktivierungsschritte bei PoE

Schritt	Aktion	Zulässiger Spannungsbereich in Volt nach 802.3af
Detektion	Feststellung ob Endgerät einen Widerstand im Bereich von 15–33 kΩ aufweist	2,7 - 10,0
Klassifikation	Messung des genauen Widerstandwertes um Leistungsklasse festzustellen.	14,5 - 20,5
Startup	Eigentliche Stromversorgung aktivieren	> 42
Normale Operation	Stromversorgung im Versorgungsmodus	36 - 57

Verfügbare Leistungsklassen

Klasse	Verfügbare Leistung in Watt am versorgten Gerät
0	0,44 bis 12,96
1	0,44 bis 3,84
2	3,84 bis 6,49
3	6,49 bis 12,95
4	Reserviert, referenziert Klasse 0

Allgemeine Merkmale

• Hardware
  • TP-Kabel nach CAT-5
  • RJ45-Stecker

• Leistung
  • Abgegebene Spannung zwischen 44 V und 54 V (in der Regel 48 V)
  • Leistung von 15,4 W (eingeteilt in 4 Klassen)
  • Kabellänge bis zu 100 m

• Varianten der Energieübertragung
  1. Fernspeisung (Strom über von Daten genutzter Aderpaare)
  2. Strom über von Daten ungenutzter Aderpaare
• Varianten der Energieversorgung
  1. Endspan (direkte Versorgung durch Switch)
  2. Midspan (Versorgung über zwischengeschaltete Quellen)

Weblinks

• IEEE Arbeitsgruppe 802 (Netzwerktechnik)
• Der PoE-Standard zum kostenlosen Download (PDF)
• Informationsseite
• Heise-Artikel zum Patentstreit um PoE
• Power over Ethernet (iX 1/2005)