100 Watt via Power over Ethernet

Power over Ethernet – strömmatning via nätverkskabeln. Visst är det smidigt, men hittills har det bara fungerat för relativt strömsnåla prylar. Detta är nu på väg att ändras med den nya standarden 802.3bt.

Av Patrik Hermansson

Power over Ethernet, PoE, är en teknik som används för att låta nätverkskabeln dubblera som strömkabel. Genom detta behövs bara en kabel, och det är i alla fall bättre än två. Kabeldragningen blir enklare och vi behöver inte ha ett vägguttag i närheten av produkten som ska anslutas.

Nomenklatur för PoE

För att göra detta möjligt används en PSE, en Power Sourcing Equipment. Denna fungerar i princip som en nätdel och har teknik för att mata ström in i nätverkskabeln. PSE-funktionen kan finnas inbyggd i en nätverksswitch, men det finns även separata enheter som kallas PoE Injectors (se översta bilden). Dessa har två anslutningar för nätverkskablar, den ena ansluts mot en befintlig switch/router eller dylikt och den andra mot den ”utgående” nätverkskabeln.

I andra änden av denna kabel sitter enheten som ska få ström via nätverkskabeln, som då kallas en PD (Powered Device).

Injektorn har en anslutning för en strömadapter som tillhandahåller den ström som sedan matas via nätverkskabeln. Även den mottagande enheten kan ha en dylik anslutning. Denna kan användas för att komplettera nätverksmatningen om denna inte räcker till och även fungera som en backup om den ordinarie strömförsörjningen fallerar.

En fördel med Pover over Ethernet är alltså att man slipper en massa adaptrar med tillhörande krav på tillgängliga vägguttag, och det kan även finnas möjlighet att styra strömförsörjningen på distans.

De olika standarderna

För att överföra ström via Ethernet finns en mängd olika lösningar och olika standarder. Vi nöjer oss här med att titta på de standardiserade lösningarna, vill du veta mer om de tillverkarspecifika lösningar som finns tillgängliga kan du läsa faktarutan.

Den första standard som presenterades var 802.3af (PoE). Med denna lösning ska PSE:n kunna lämna drygt 15 watt, och efter förluster i kablarna ska 12,95 watt vara tillgängliga vid mottagaren. Spänningen vid densamma ska vara mellan 37 och 57 volt och den maximala strömmen ska vara 350 milliampere. Detta är då vid 37 volt, då effekten 12,95 delat med strömmen 0,35 ampere ger en spänning på 37 volt.

2009 kom en uppdaterad version kallad 802.3at (PoE+). Denna standard tillåter nästan dubbelt så hög effekt (30 watt) och använder ungefär samma spänningsintervall. Den maximala strömmen blir i detta fall 600 milliampere. Båda dessa standarder stöder två metoder för att implementera PoE, Mode A respektive Mode B. I den nya standarden 802.3bt finns ytterligare två ”modes”, mer om detta senare.

Tekniken under höljet

I en nätverkskabel finns åtta ledare. Det är relativt tunna trådar som har tvinnats parvis, en lösning som ger minskad känslighet för störningar vid dataöverföringar. Med ett 10/100-nätverk (10BASE-T och 100BASE-TX) används bara två av paren för dataöverföring, de andra två paren är reserver. Med PoE Mode B används dessa reservtrådar för strömöverföringen, i Mode A används istället samma par som står för dataöverföringen. Här används då en teknik för att överlagra signalerna på strömmatningen.

”Ett stort problem med PoE är att de kablar som används för Ethernet är relativt klena, något som ger spänningsfall och värmeutveckling.”

I gigabitnätverk (1000BASE-T) används alla par för dataöverföring, så här går det bara att använda Mode A där datasignalerna överlagras på drivspänningen. I båda dessa fall används ett kabelpar för plusmatningen och ett annat par för ”jord”. En strömförsörjning behöver ju alltid två ledare i någon form, en som brukar kallas plus och en minus (jord) så att det bildas en sluten slinga för elektronerna.

Ett stort problem med PoE är att de kablar som används för Ethernet är relativt klena, något som ger spänningsfall och värmeutveckling. För att lösa detta används en relativt hög spänning, vilket gör systemet mindre känsligt för spänningsfall.

Två nya ”modes” i Power over Ethernet

Som nämndes ovan är ledarna i en nätverkskabel relativt tunna, vilket leder till spänningsfall och värmeutveckling. Den vanliga lösningen på dessa problem är att öka kabelarean, att göra kabeln tjockare. Detta är dock inte möjligt i detta fall, då de lösningar som tas fram i mesta möjliga mån ska vara bakåtkompatibla, de ska gå att använda med befintliga CAT5-, CAT5e-, CAT6- och CAT6A-kablar. Lösningen är istället att använda alla fyra kabelparen för att överföra ström. Detta kallas 4-pair mode, där samtliga ledare utnyttjas för strömöverföring. Den totala kabelarean blir större och det är därmed möjligt att överföra mer effekt.

I 802.3bt definieras två varianter av detta. Den första kallas Type 3 och ger möjlighet att överföra mellan 50 och 60 watt, närmare bestämt ska PSE:n kunna lämna 60 watt och det ska finnas 51 watt tillgängligt vid PD:n. Precis som med 802.3at kan 600 milliampere överföras i två kabelpar, med fyra kabelpar kan den dubbla strömmen överföras. Type 3 stöder även Mode A och Mode B, vilket Type 4 inte gör. Denna variant av 802.3bt kan enbart användas med fyra par, men kan å andra sidan överföra ännu mera ström. Här specificeras nämligen maximal ström till 960 milliampere per par och effekten hos PSE:n i det närmaste fördubblas till 100 watt. Spänningsfall och värmeutveckling blir dock mer märkbart, så den tillgängliga effekten vid förbrukaren behöver inte vara högre än 71 watt.

Strömmen som går genom en kabel blir generellt inte högre än vad förbrukaren kräver, och med PoE finns dessutom teknik där enheterna kommunicerar och bestämmer en effektnivå att använda. Dessa kallas även klasser, och den lägsta är 0 som är förvald och ger upp till 15,4 watt. Den högsta klassen är 8+ som ska ge 99,9 watt vid förbrukaren.

Nya funktioner

Den nya standarden innebär inte bara möjlighet att använda mer strömkrävande PD:er, utan det finns även en funktion för att automatiskt välja vilken klass som ska användas för att den tillgängliga effekten ska kunna utnyttjas maximalt. Detta gäller till exempel switchar med flera PoE-portar, switchens totala strömkapacitet kan fördelas mellan de olika portarna så att alla PD:er får det de behöver. Detta görs genom att PSE:n under en kort tid mäter strömmen som PD:n använder, samtidigt som PD:n ser till att dra så mycket ström som möjligt. PSE:n bestämmer sedan vilken klass som ska användas baserat på mätningen plus en viss marginal. Systemet gör det också möjligt att minska strömförbrukningen i standby-läge.

Nytt är även att 802.3bt har stöd för 10G-BASE-T, Ethernet med en hastighet på upp till tio gigabit per sekund. Även tidigare Ethernet-standarder stöds och 802.3bt-produkter är även bakåtkompatibla med de tidigare PoE-standarderna. Det kan dock uppstå problem om man ansluter en strömkrävande PD till en äldre PSE. PD:n kan då dra mer ström än vad PSE:n klarar att lämna. Den sistnämnda kommer då att starta om när den överbelastas, ge ström, starta om, överbelastas och så vidare. För att undvika dylika problem ska alla förbrukare acceptera att PSE:n inte kan lämna så mycket ström och försöka minska strömförbrukningen, men tyvärr är denna del av standarden inte alltid
implementerad i produkterna.

Ger fler möjligheter än någonsin

Den nya PoE-standarden ger en hel del intressanta möjligheter. I och med att betydligt mer ström kan levereras kan också fler produkttyper än tidigare drivas via PoE. Den tillgängliga effekten kan till exempel räcka för en informationsskärm, ett datorkort och annat som till exempel LED-belysningar. Spännande onekligen, och det ger många intressanta möjligheter.

Läs också:

Test: Netgear WAC540 – enkel men kraftfull
Test: Netgear Orbi Pro Ceiling Satellite (SRC60
PoE-inriktning i nya företagsswitchar