Kraften i power over ethernet – PoE

Denna artikel är producerad av Datormagazin på uppdrag av NETGEAR

Termen power over ethernet, PoE, spänner över ett allt större produktspann. Vi reder ut begreppen och ger svar på vad det är och varför du också ska använda det.

AV PATRIK WAHLQVIST

PoE eller power over ethernet är en teknik för att överföra såväl datakommunikation som elektrisk kraft via en traditionell ethernet-kabel och på detta sätt minimera antalet kablar till de enheter som stödjer tekniken. Ursprungligen utvecklades PoE för företagsmarknaden men i dag används den även i hemmiljöer och på mer publika platser. Grunden i PoE definieras av standarderna IEEE 802.3af från 2003 och 802.3at från 2009. Den senare kom att kallas för PoE+ då den ökade den möjliga effekten till varje enhet från 12,95–15,4 watt till 25–30 watt beroende på avståndet från switchen.

Högre effektkrav ger Ultra PoE

Under kommande år sker en utveckling där komponentarkitekturen blir mindre vilket i sin tur gör det möjligt att utveckla energisnålare produkter. Samtidigt uppstår även ett bredare intresse för möjligheterna med PoE, framför allt för mer effektkrävande lösningar, vilket ställde krav på en ny standard.

PoE samt PoE+ har levt kvar hela tiden och trots en mindre avstickare i vad som kallas PoDL eller power over data lines (IEEE 802.3bu vilken presenterades 2016 och som i första, och kanske enda hand var inriktad mot industriella verksamheter) var det först under slutet av 2018 som vi fick en ny, mer bred, standard. Denna kan vi se benämnas som både PoE++ och Ultra PoE men även i vissa andra kombinationer vilka alla går under IEEE 802.3bt-standarden. Denna standard, och även tidigare standarder, är i sin tur indelad i olika klasser vilka definierar hur hög effekt som switchen kan tillhandahålla till ansluten enhet.

I nuläget pratat vi om upp till nio klasser varav klass 0–6 är de vanligast förekommande, se tabell.

Den viktiga PoE-budgeten

När vi pratar om effekten som en viss standard och klass kan tillhandahålla ansluten enheten så är detta ett värde per port vilket är mycket viktigt att tänka på. Till detta finns även vad som kallas för PoE-budget som är switchens totala, sammanlagda, effekt som den kan tillhandahålla över samtliga aktiva portar. Anledningen till att detta är viktigt är att PoE-budgeten vissa gånger kan vara lägre jämfört med den maximala effekten som skulle krävas om samtliga portar i switchen skulle maxbelastas samtidigt.

Låt oss ta Netgears GS110TUP som exempel. Denna switch har fyra Ultra60 PoE++ portar och fyra PoE+ portar men en PoE-budget på 240 watt. Detta gör att om vi väljer att maxbelasta Ultra60-portarna (se tabellen) så är den totala budgeten uppnådd och vi kan inte använda PoE+-portarna.

oftast används en blandning av enheter med olika effektkrav

Nu är det dock sällan belastar en typ av portar till fullo, oftast används en blandning av enheter med olika effektkrav. Dessutom kan olika enheter användas vid olika tidpunkter. Ett par exempel på detta är PoE-belysning som kan dimmas, det kan gälla säkerhetskameror med motordriven zoom eller panorering, det kan gälla olika typer av anslagstavlor som har olika effektkrav baserat på om de befinner sig vila, ett aktivt visningsläge eller där vi interagerar med dem på olika sätt.

Alla dessa fall, och många fler, ger mindre belastningstoppar vilka både porten och switchen som helhet måste kunna hantera. Det finns lite olika lösningar för att hantera just denna kortvariga överbelastning där vi tycker att Netgears teknik, som enkelt uttryckt fungerar ungefär som tröga säkringar, har en viss form av överkapacitet vilken under kortare intervaller kan ge ytterligare upp mot tio till femton procent effekt utan att vare sig port eller enhet stängs ner.

Kabel och förstärkare

Nu är det inte bara switchens totala PoE-budget som sätter gränser. Nästa viktiga del att vara observant på gäller kablarna och deras längd. För att kunna garantera den effekt som switchen planerar att leverera per port får kabellängden till den anslutna enheten inte överstiga 100 meter. Detta beror delvis även på switchens utformning, och för att generalisera lite kan vi konstatera att den maximala effekten minskar med avståndet vilket är anledningen till att man ibland pratar om ett lägre spännviddsvärde som switchen måste uppfylla vid 100 meter. Vid våra mätningar har vi hittat lite av en ”sweet spot” för kabellängden på cirka 50 meter, där samtliga av våra testade switchar alltid gav full effekt.

Till detta finns även ett par olika former av förstärkare eller så kallade PoE-injektorer vilket enklare uttryckt är enheter som tillför ström på en annars normal ethernetkabel vilket gör att även en vanlig switch i detta fall kan få PoE-stöd över vissa portar. Detta ska dock mest ses som en nödlösning eftersom vi tappar flera av de primära funktionerna med en komplett PoE-switch, som minskat kablage och möjlighet till styrning av effekt per port.

Tack vare dessa förstärks signalstyrka och effekt med ungefär 100 meter

Däremot kan förstärkare var ett intressant komplement. Tack vare dessa förstärks signalstyrka och effekt med ungefär 100 meter per förstärkare och vi kan sedan bygga på med upp till fyra enheter för att nå ett totalt avstånd på cirka 500 meter. Detta kräver att 802.11at-standarden används och maxavstånden varierar baserat på förstärkare och kabelkvalitet.

Även inom detta område har Netgear tagit fram en smart lösning som ger slutanvändaren en större flexibilitet. Detta i form av den så kallade FlexPoE-tekniken. I detta fall används en mindre PoE-Switch med en extern strömförsörjning. Genom denna lösning kan företag börja med lite billigare hårdvara för att allt eftersom behoven växer bara behöver byta ut och uppgradera den externa strömförsörjningen.

Så väljer du rätt PoE-kabel

Vi avslutar denna del med ett kort, men mycket viktigt resonemang kring val av kabel för PoE. Grundkravet för en PoE-kabel är att den ska vara av så kallad Cat5-typ. Men precis som mycket annat är det inte så enkelt att ta första bästa kabel med denna märkning då det är flera faktorer som spelar in. Dels finns olika modeller av lösningar för den del av kabeln som leder signalen och strömmen. För att inte göra det allt för invecklat vet de flesta att ren koppar är en utmärkt ledare för ström vilket gör att desto mer koppar vi har desto bättre effekt kan vi få ut.

Undvik aluminium

Men i nätverkskabel används även en lösning som kallas för copper coated aluminum, CCA, vilket som namnet antyder är en kabel med en aluminiumkärna omgiven av en kopparsköld. Dessa fungerar ofta okej som datakablar men är inte att rekommendera för PoE. Inte bara för att aluminiumstommen har sämre egenskaper utan även för att denna har ett högre motstånd, aluminium har cirka 50 procent sämre ledningsförmåga jämfört med koppar, vilket ger en varmare kabel och med ökad effektbelastning kan detta bli ett problem. Av samma enkla anledning är det alltså värt att titta efter lite grövre kabel – ju grövre ledare desto lägre värmeutveckling.

Ser vi därför bara till värmeutvecklingen och kabelstandarder skulle vi säga att en Cat6-kabel har cirka 20 procent lägre värmeutveckling jämfört med en Cat5. Vår tydliga rekommendation är därför att välja en kabel som uppfyller kravet på en fullkopparskabel även kallad 26 AWG-kabel.

Den viktiga hanteringen

Som nämnts ovan kan allt fler enheter anslutas och drivas via PoE-switchar och oavsett hur många portar en switch har kommer vi till slut till ett läge där dessa tar slut och vi behöver ytterligare en, eller flera switchar. Det finns även scenarion där vi redan från start valt att dela in anslutna enheter baserat på effektbehov och sedan anpassa och välja olika switchar för just dessa ändamål. Det viktiga, för att underlätta hanteringen, i samtliga av dessa lägen är att de switchar som används har möjlighet till anslutning till ett backbone-nät samt att vi kan fjärradministrera respektive enhet, eller i varje fall de vars ansluta enheter har lite fler funktioner.

De gör att vi enkelt kan skala vår PoE-lösning efter behov och detta utan att behöva ta någon av enheternas PoE-portar i anspråk

Ser vi till Netgears senaste modeller som GS110TUP, MS510TXPP eller GS710TUP kommer dessa med en, eller flera dedikerade så kallade uplink-portar vilka kan vara baserade på antingen koppar eller fiber. De gör att vi enkelt kan skala vår PoE-lösning efter behov och detta utan att behöva ta någon av enheternas PoE-portar i anspråk. Ytterligare en fördel när vi ansluter flera switchar via ett backbone är att det under den senaste tiden börjat komma flera enheter med stöd för dubbla PoE-anslutningar. På detta sätt kan vi skapa en redundant lösning som alltid garanterar drift även om en switch går ner.

Strömmatningen fortsätter även när switchen startar om

En annan mycket användbar funktion som Netgear implementerat på flera av sina modeller är så kallad oavbruten PoE. I denna lösning skiljer switchen på den strömmatning som behövs för datatrafik och den som tillhandahåller ström till anslutna PoE-enheter. Fördelen är att enheter som är anslutna kommer att få sin ström även om switchen i sig utför en programbaserad omstart som vid uppgradering av firmware eller ändring av inställningar.

Backar vi bandet lite finns det två primära typer av PoE-switchar; de som bara är strömförsörjande enheter och de som tillåter en central managering för allt från installation och konfiguration till övervakning och optimering. Vi anser att den senare typen av lösning är att föredra i så gott som alla avseenden. Om så inte för alla tänkbara administrativa scenarion finns en ofta bortglömd anledning – datainsamling.

Använd PoE-datan på bästa sätt

Vi vet alla att data är dagens guld eller olja och med data kan vi skaffa oss en insikt som tidigare varit näst intill omöjlig att få. Genom att använda en managerbar PoE-switch i kombination med en smart webbaserad integration kan vi få en mängd data från delar som annars kanske är döda eller dumma och inte i sig själva kan ge denna information. Ta ett så enkelt exempel som PoE-belysning. Här får vi enkel lösning som visar var anställda befinner sig och när det är på plats baserat på hur belysningen används. Vi kan se vilka vägar de går och hur de förflyttar sig med mera. Denna data kan sedan ligga till grund för andra beslut som kanske utrymningsvägar, placering av accesspunkter, anslutning av nya larm och säkerhetskameror eller bara för att optimera energihantering.

I Netgears fall heter denna lösning, passade nog, Insight. Det är en universell lösning för att hantera både switcharna i sig men även för att komma åt och hantera anslutna Netgear-enheter som NAS:ar eller accesspunkter. Ur ett switchperspektiv kan vi från detta gränssnitt enkelt ställa in olika delar som portprioritering, maximal PoE-nivå på portnivå, justera och aktivera eller inaktivera portar baserat på tid eller belastning, aktivera nya accesspunkter om en blir för belastad och mycket mer. Men vi kan även hantera delar som inte direkt rör PoE som sätta upp och underhålla VPN-lösningar eller konfigurera och hantera Netgears funktion Instant Mesh.

Användningsområden och fördelar

Vi har tidigare nämnt att PoE kan användas till allt fler områden och produkter. Vi har här sammanställt de mest frekvent använda områdena. För samtliga rekommenderar vi även att den switch som ska användas ansluts via en UPS för att på detta sätt garantera att anslutna enheter alltid fungerar även under kortare strömavbrott.

• Trådlösa accesspunkter: Genom att ansluta exempelvis Netgears WAC730 kan vi enkelt sätta upp och styra en eller flera trådlösa åtkomstpunkter.
• IP-telefoner: allt fler företag använder idag IP-baserad kommunikation vilket gör dem till ultimata PoE-enheter som får både ström och nätverk ett paket.
• Säkerhetskameror: Detta är ett av de snabbast växande områdena då enkelheten med en (1) installationskabel och möjlighet till full fjärrstyrning underlättar både placering och hantering.
• LED-belysning: Även detta ett snabbt växande område där vi tack vare LED-lampornas låga energiförbrukning kan styra större uppsättningar av belysning från en switch.
• POS-läsare: Här finns mängder av lösningar för att hantera beställningar och betalningar i både butiker och restauranger.
• Konferenssystem: Med rätt enheter kan vi skaffa en komplett lösning för alla konferenssystem vilket omfattar allt från högtalare och mikrofoner till projektorer och andra presentationsenheter.
• Sensorer och lås: Detta var ett av de första områdena som PoE användes till. Många gånger handlar det om enheter som kräver extremt lite ström vilket gör att tunnare kablage kan användas. Vi hittar här även biometriska enheter för olika former av validering.
• Högtalare: Med ökad effekt per port kan vi idag driva riktigt kraftfulla högtalare för alla typer av ändamål.
• Tunna klienter och bokningstavlor: Om vi ser till utvecklingen på komponenter och den minskade arkitekturen rent generellt kan vi i dag driva riktigt kraftfulla datorer och mer avancerade, AI-drivna bokningstavlor med mera.

Vi avslutar med en kort summering av de övergripande fördelarna med att använda PoE. Både sett till hemmet men framför allt på företaget oavsett storlek.

• En låg infrastrukturell och installationsbaserad kostnad: Vi behöver färre separata strömadaptrar och kan klara all installation till slutenheter med en (1) kabel.
• Centraliserad kontroll: Vi kan hantera anslutna enheter från en central plats vilket omfattar allt från uppstart och nedstängning till justering av PoE-effekt med mera.
• Inget behov av elektriker: Du kan enkelt installera din utrustning utan att behöva tänka på att dra fram ny strömmatning.
• Enkel utbyggnad av ethernet- och trådlösa nätverk: Vi är inte beroende av placering av fasta strömuttag.
• Enkel installation i svåra miljöer: Det finns flera platser, inklusive skyddade byggnader, där vi inte får dra ström med mera. Med PoE-kommer vi åt även dessa lokaliteter.
• Tillförlitlighet: Genom att använda en Redundant Power Supply (RPS) som exempelvis en UPS kan vi garantera drift på våra kritiska infrastruktursenheter som IP-telefoner, trådlösa accesspunkter med mera.

Begrepp/terminologi

• PD-enheter – Enheter som är utrustade med en PD-port (Powered Device), vilket är en nätverksport som är konstruerad för att ta emot både nätverksbaserade data och ström.
• PSE-hårdvara – En PSE-switch (Power Sourcing Equipment) är en switch som är kapabel att strömförsörja PD-enheter genom sina nätverksportar.
• PoE-budget – Den totala maximala effekt som en PoE-switch kan tillhandahålla samtidigt över samtliga aktiva portar.
• FlexPoE – En teknisk lösning som Netgear utvecklat som gör det möjligt att på vissa av Netgears PoE-switchar, med hjälp av en ny strömadapter, uppgradera switchens totala PoE-budget. Detta är en kostnadseffektiv lösning som gör att slutkunden kan börja med en enklare switch-lösning som sedan kan växa med utökat PoE-baserat effektbehov.
• Oavbruten PoE – När en traditionell PoE-switch uppgraderas eller utför en mjukvaruomstart stängs även PoE-matning ned temporärt. Med oavbruten PoE separeras matningen och anslutna PD-enheter får en konstant matning även under exempelvis en firmware-uppdatering av switchen.
• AWG-standarder – AWG står för American Wire Gauge och är ett inverterat värde i relation till kabelns diameter. Det vill säga ett lägre värde betyder en kraftigare kabel. Anledningen till detta är att en grövre kabel har ett lägre elektriskt motstånd för den signal som färdas genom den. I mer traditionella ethernetkablar används 28 AWG-kabel men vi ser även kablar med 26 AWG och 24 AWG. Vill du ha bästa möjliga signalstyrka och bästa PoE-effekt över framför allt längre avstånd bör du satsa på någon av de två senare.

LÄS OCKSÅ
Produktgenomgång: Netgear GS110TUP
Produktgenomgång: Netgear GC108PP

Denna artikel är producerad av Datormagazin på uppdrag av NETGEAR