De volgende generatie apparaten bieden verbeterde PoE-mogelijkheden voor IoT-apparaten

De volgende generatie 5G-technologie die geavanceerde mobiele internetconnectiviteit met hogere snelheden biedt, creëert nieuwe zakelijke kansen door een verscheidenheid aan IoT- en Big Data-toepassingen mogelijk te maken. Deze toepassingen zorgen voor een ongekende vraag naar het aansluiten van extra soorten aangedreven apparaten (PD's) op Ethernet-netwerken, waaronder IP-bewakingscamera's, 802.11ac- en 802.11ax-toegangspunten, LED-armaturen, 5G-kleine cellen en andere IoT-apparaten. Power-over-Ethernet (PoE)-technologie biedt tal van voordelen voor het voeden van deze apparaten in 5G-implementaties en de nieuwste IEEE ^® De 802.3bt-standaard maakt dit mogelijk door de vermogenslimiet van Power Sourcing Equipment (PSE) en Powered Devices (PD's) te verhogen naar respectievelijk 90 W en 71,3 W.

De uitdaging is om PD's te implementeren die deze nieuwste generatie PoE-technologie ondersteunen, zodat ze naast bestaande pre-IEEE ^® kunnen werken. 802.3bt 2-paar en 4-paar PD's die eerdere pre-standaard Universal PoE (UPOE) en Power-over-HDBaseT (POH) specificaties ondersteunen. De industrie heeft deze interoperabiliteitskloof nu overbrugd en ervoor gezorgd dat zowel pre-standaard als nieuwe IEEE ^® 802.3bt-2018-compatibele PD's kunnen dezelfde Ethernet-infrastructuur delen zonder dat wijzigingen aan bestaande switches of bekabeling nodig zijn.

De weg naar IEEE 802.3bt

Sinds de ratificatie van de eerste PoE-standaard in 2003 is het gebruik van PoE enorm toegenomen en heeft het vooruitgang geboekt met nieuwe toepassingen. PoE biedt enorme voordelen met betrekking tot installatiegemak, bespaart CAPEX- en OPEX-kosten en biedt een uniforme en veilige stroomstandaard voor wereldwijd gebruik.

De belangrijkste beperkende factor die het gebruik van PoE in nieuwe toepassingen beïnvloedt, is de hoeveelheid beschikbaar vermogen. Hoewel 15,4 W bij de stroombron voldoende is voor de meeste IP-telefoons en 802.11a/b/g-toegangspunten, is dit niet genoeg voor IP-videotelefoons, 802.11n en pan-tilt-zoom (PTZ) IP-camera's. Om deze reden heeft het Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) IEEE 802.3at-in 2009 uitgebracht, waarbij 30W wordt gespecificeerd bij de PoE-bron.

Tegenwoordig is er een vraag naar een nog hoger vermogen om extra apparaten te ondersteunen die op het Ethernet-netwerk zijn aangesloten, zoals PTZ-beveiligingscamera's, kiosken, POS-terminals, thin client, 802.11ac en 802.11ax-toegangspunten, kleine cellen en aangesloten LED-verlichting, allemaal waarvan kan profiteren van PoE. Om aan deze vraag te voldoen, verhoogt de nieuwe IEEE 802.3bt-standaard het maximale beschikbare PoE-vermogen, voornamelijk door gebruik te maken van alle vier de paren van de gestructureerde bedrading. IEEE 802.3bt breidt de stroomclassificatie-informatie uit die tijdens de eerste onderhandelingen wordt uitgewisseld om zinvolle energiebeheermogelijkheden mogelijk te maken, ondersteuning van meerdere PoE-klassen mogelijk te maken, terwijl het ook achterwaarts compatibel is. Deze verbeteringen lossen de uitdaging op van een hoger vermogen en efficiëntere PoE-leveringssystemen.

De IEEE 802.3bt Call for Interest (CFI)-activiteit begon begin 2013 en de ratificatie van de standaard vond plaats in september 2018. De nieuwe standaard komt tegemoet aan de bestaande marktbehoeften en wordt beschouwd als een belangrijke katalysator voor PoE-marktgroei omdat het de uitbreiding vergemakkelijkt van PoE-gebruikscasussen door de vermogenslimiet van PSE's en PD's te verhogen naar respectievelijk 90W en 71,3W.

Voorafgaand aan dit IEEE 802.3bt-initiatief waren er echter parallelle inspanningen om de stroomtoevoer naar PD's te vergroten. Het begon met de IEEE 802.3af-2003 PoE-standaard die tot 15,4 W uitgangsvermogen aan elk apparaat leverde via twee paar categorie 5e (Cat5e) kabels. De IEEE 802.3at-2009-standaard, ook bekend als PoE+, introduceerde de "Type 2" PSE/PD die 30 W uitgangsvermogen en 25,5 W laadvermogen kan ondersteunen. Dit laatste is vooral een uitbreiding van de eerste standaard. Vervolgens heeft de HDBaseT Alliance het HDBaseT-protocol gestandaardiseerd, waarmee HDMI-links tot 100 m via Cat5e- of betere kabels kunnen worden verlengd. In 2011 creëerde de HDBaseT Alliance de Power over HDBaseT (PoH)-standaard die het maximaal leverbare vermogen uitbreidt tot 95 W over vier paar.

De volgende tabel 1 vat de pre-IEEE 802.3bt-standaarden samen:

Tabel 1:Dankzij de uitgebreide vermogenscapaciteit kan het PD-ingangsvermogen oplopen tot 95 W als de kanaallengte bekend is.

IEEE 802.3bt voegt een aantal mogelijkheden toe. Naast de introductie van Type 3 en Type 4 PSE's/PD's en het werken over vier paren, ondersteunt het ook zowel de single- als dual-signature PD-constructies en voegt het klasse 5 tot 8 toe als onderdeel van een verbeterd wederzijds identificatieproces. Automatische klassefunctionaliteit is toegevoegd en de vermogenscapaciteit is uitgebreid zolang de kanaallengte bekend is. Ten slotte bevat het ondersteuning voor een laag stand-byvermogen en ondersteunt het 10G-BASE-T met PoE. De onderstaande tabel 2 toont de PoE-mogelijkheden die beschikbaar waren bij de ratificatie van de IEEE 802.3bt-standaard.

Tabel 2:Dankzij de uitgebreide vermogenscapaciteit kan het PD-ingangsvermogen oplopen tot 60 W voor Type 3 en tot 90 W voor Type 4 als de kanaallengte bekend is.

Een van de doelstellingen van de IEEE 802.3bt-standaard is om te voldoen aan de vereisten voor beperkte stroombronnen en extra lage veiligheidsspanning (SELV), zoals gedefinieerd in ISO/IEC 60950. Deze naleving betekent echter dat het vermogen niet hoger mag zijn dan 100 W per poort. Ondanks dit stroomplafond is 100 W per poort nog steeds voldoende voor toepassingen die voorheen niet konden worden ondersteund volgens de eerdere IEEE-normen, waardoor het potentiële aantal PoE-poorten wordt uitgebreid.

Interoperabiliteit garanderen

De IEEE 802.3bt-specificaties zorgen ervoor dat het IEEE 802.3bt-systeem automatisch werkt met oudere Type 1- en Type 2-apparaten, zolang de PSE in staat is (in termen van vermogen) de PD te ondersteunen en beide standaardconform zijn. Mocht de PD een hoger vermogen nodig hebben (IEEE 802.3bt PD) en de PSE kan dit niet ondersteunen (IEEE 802.3af/at PSE), dan blijft de PD ofwel uitgeschakeld of wordt ingeschakeld en verbruikt alleen de stroom die beschikbaar is van de PSE.

Een van de eerste voorbeelden van oplossingen die deze interoperabiliteit bieden, is een PSE-chipset van Microchip waarmee pre-standaard switches kunnen samenwerken met nieuwe IEEE 802.3bt-2018-compatibele producten. De chipset volgde op een eerdere PSE-chipset van Microchip voor het implementeren van de algemeen aanvaarde PoH-vierparige voedingsstandaard voor 95 W PD's en vormt ook de kern van een aanbod van IEEE 802.3bt-2018-compatibele PoE-injectoren en midspans die de interoperabiliteitskloof overbruggen voor gebruikers.

IEEE 802.3bt-2018-compatibele PoE-injectoren en midspans worden geïnstalleerd tussen PD's en een bestaande switch, waardoor gebruikers elke combinatie van pre-standaard en IEEE 802.3bt-2018-compatibele PD's kunnen voeden. Dankzij de beschikbaarheid van opties met één en meerdere poorten kunnen nieuwe IEEE 802.3bt-compatibele switches pre-standaard PD's van stroom voorzien.

Voor systeemontwikkelaars bieden IEEE 802.3af/at/bt PoE-chipsets de schaalbaarheid om in een enkel bordontwerp de twee- en vierpaarsystemen op te nemen die nodig zijn voor de ondersteuning van pre-standaard en IEEE 802.3bt-2018-compatibele PoE . Deze chipsets moeten de thermische dissipatie gelijkmatig over het systeem kunnen verdelen en moeten alle vereiste manager- en controllerfunctionaliteit bevatten voor het bouwen van PSE-apparatuur die 90 tot 99,9 watt vermogen per poort kan leveren, terwijl ze tot 48 poorten ondersteunen voor IEEE 802.3bt Type 3 (klassen 1-6) en type 4 (klassen 7-8) toepassingen. Een extra overweging is de mogelijkheid om systemen op basis van deze chipsets te upgraden van eerdere standaarden naar IEEE 802.3bt via software-update zonder hardwarewijzigingen.

Een laatste zorg voor ontwikkelaars is of ze PD's kunnen beschermen tegen omgekeerde polariteitsverbindingen en energieruimte en de kosten van het leveren van IEEE 802.3bt Type 4 Class 8-stroom kunnen besparen. Ook dit is opgelost met de nieuwste IEEE 802.3bt-oplossingen, door de beschikbaarheid van full-bridge gelijkrichters die worden gebruikt aan de aangedreven kant van de PoE-verbinding.

De nieuwe IEEE 802.3bt-standaard maakt levering van 90W mogelijk via vier paar Cat5e-kabels en hoger. Dit PoE-niveau is naar verwachting het maximaal gedefinieerde niveau, omdat hogere niveaus mogelijk niet veilig zijn voor de bestaande bekabeling en connectoren die in de huidige infrastructuren worden ingezet. De standaard vervangt alle bestaande pre-standaard oplossingen die tegenwoordig 60W/75W/95W leveren, zoals UPOE of 4PPoE. Leveranciers van PoE-systemen en apparaten bieden een stappenplan om deze nieuwe standaarden te implementeren, terwijl ze ook eerdere pre-standaardimplementaties ondersteunen, inclusief die welke UPOE- en POH-specificaties ondersteunen. Correct geïmplementeerd, pre-standaard en nieuwe IEEE ^® 802.3bt-2018-compatibele PD's kunnen dezelfde Ethernet-infrastructuur delen zonder dat wijzigingen aan bestaande switches of bekabeling nodig zijn.