ما هي الطاقة عبر الإيثرنت (PoE)؟

POE (الطاقة عبر الإيثرنت) يشير إلى تقنية يمكنها، دون أي تعديلات على البنية التحتية الحالية لكابلات Ethernet Cat.5، نقل إشارات البيانات إلى المحطات الطرفية القائمة على IP مثل هواتف IP ونقاط الوصول إلى الشبكة المحلية اللاسلكية (APs) وكاميرات الشبكة وما إلى ذلك، مع توفير التيار المباشر أيضًا الطاقة لمثل هذه الأجهزة. POE، المعروف أيضًا باسم Power over LAN (POL) أو Active Ethernet، هو أحدث المواصفات القياسية لنقل البيانات والطاقة الكهربائية باستخدام كابلات نقل Ethernet القياسية الحالية مع الحفاظ على التوافق مع أنظمة ومستخدمي Ethernet الحاليين.

ميزة

تضمن تقنية POE سلامة الكابلات الهيكلية والتشغيل السلس للشبكات الحالية، مع تقليل التكاليف بشكل فعال. يقدم معيار IEEE 802.3af، المبني على الطاقة عبر الإيثرنت (POE) وIEEE 802.3، معايير لإمداد الطاقة المباشر عبر كابلات Ethernet. فهو لا يوسع معيار Ethernet الحالي فحسب، بل إنه أيضًا المعيار الدولي الافتتاحي لتوزيع الطاقة.

المعايير

1-معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات 802.3af

بدأت IEEE في تطوير هذا المعيار في عام 1999، بمشاركة مبكرة من الموردين بما في ذلك 3Com، وIntel، وPowerDsine، وNortel، وMitel، وNational Semiconductor. ومع ذلك، فإن القيود المفروضة على هذا المعيار كانت دائمًا تحد من توسع السوق. لم يكن الأمر كذلك حتى يونيو 2003 عندما صدقت IEEE على معيار 802.3af، الذي يوضح بوضوح اكتشاف الطاقة والتحكم فيها في الأنظمة البعيدة ويحدد كيفية قيام أجهزة التوجيه والمحولات والمحاور بتوصيل الطاقة إلى أجهزة مثل هواتف IP وأنظمة الأمان ونقاط الوصول إلى الشبكة المحلية اللاسلكية عبر كابلات إيثرنت. لقد دمج تطوير IEEE 802.3af جهود العديد من خبراء الصناعة، مما يضمن اختبار المعيار بدقة في جميع الجوانب.

يتضمن نظام الطاقة عبر الإيثرنت النموذجي الاحتفاظ بمعدات تبديل الإيثرنت في خزانة التوزيع واستخدام محور متوسط المدى مزود بالطاقة لتزويد الطاقة للكابلات المزدوجة الملتوية الخاصة بشبكة LAN. تعمل هذه الطاقة بعد ذلك على تشغيل الهواتف ونقاط الوصول اللاسلكية والكاميرات والأجهزة الأخرى الموجودة في نهاية الكابل. لمنع انقطاع التيار الكهربائي، يمكن نشر مصدر الطاقة غير المنقطعة (UPS).

2- آي إي إي 802.3at

تم تطوير IEEE802.3at (25.5W) لتلبية متطلبات المحطات عالية الطاقة، مما يوفر مصدر طاقة متزايدًا يتجاوز 802.3af لتلبية المتطلبات الجديدة.

للالتزام بمعيار IEEE 802.3af، يقتصر استهلاك الطاقة بواسطة أجهزة الطاقة (PDs) على 12.95 وات، مما يلبي احتياجات هواتف IP التقليدية وتطبيقات كاميرا الويب. ومع ذلك، مع ظهور تطبيقات عالية الطاقة مثل الوصول ثنائي النطاق، والاتصال الهاتفي بالفيديو، وأنظمة المراقبة PTZ، يصبح مصدر الطاقة بقدرة 13 وات غير كافٍ، مما يؤدي إلى تضييق نطاق تطبيق مصدر طاقة كابل Ethernet. للتغلب على قيود ميزانية الطاقة الخاصة بـ PoE وتوسيع نطاقها ليشمل تطبيقات جديدة، شكل IEEE فريق عمل للبحث عن طرق لرفع حدود الطاقة لهذا المعيار الدولي. بدأت مجموعة العمل IEEE802.3 مجموعة أبحاث PoEPlus في نوفمبر 2004 لتقييم الجدوى الفنية والاقتصادية لـ IEEE802.3at. وبعد ذلك، في يوليو 2005، تمت الموافقة على خطة تشكيل لجنة التحقيق IEEE 802.3at. يصنف المعيار الجديد، Power over Ethernet Plus (PoE+) IEEE 802.3at، الأجهزة التي تتطلب أكثر من 12.95 واط ضمن الفئة 4، مما يسمح بتوسيع مستويات الطاقة إلى 25 واط أو أعلى.

تكوين نظام POE

بنية POE: يشتمل نظام POE الكامل على معدات مصادر الطاقة (PSE) والجهاز الذي يعمل بالطاقة (PD). توفر PSEs الطاقة لعملاء Ethernet وتشرف على عملية POE بأكملها. تشتمل أجهزة PDs، أو الأجهزة العميلة لنظام POE، على هواتف IP، وكاميرات أمان الشبكة، ونقاط الوصول (APs)، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة (PDAs)، وشواحن الهواتف المحمولة، والعديد من أجهزة Ethernet الأخرى (في الواقع، يمكن لأي جهاز أقل من 13 واط أن يستهلك الطاقة من منافذ RJ45). استنادًا إلى معيار IEEE 802.3af، فإنها تتبادل المعلومات حول اتصال PD ونوع الجهاز ومستوى الطاقة، مما يمكّن PSEs من توصيل الطاقة عبر Ethernet.

ما هي الأجهزة التي يمكن تشغيلها بواسطة PSE？

قبل اختيار حل PoE، من المهم تحديد متطلبات الطاقة للأجهزة التي تعمل بالطاقة (PDs). يتم تصنيف أجهزة PSE حسب المعايير التي تدعمها، مثل IEEE 802.3af أو 802.3at أو 802.3bt، والتي تتوافق مع مستويات الطاقة المختلفة. من خلال معرفة مقدار الطاقة التي تحتاجها أجهزة PD الخاصة بك، يمكنك اختيار معيار PoE المناسب لضمان التوافق والكفاءة. يساعد هذا الفهم في اختيار حل PoE المناسب والمصمم خصيصًا لاحتياجات عملك وتجنب المعدات التي تعاني من ضعف القوة أو عدم التطابق.

المعلمات المميزة

1、 معلمات إمدادات الطاقة

2 、 عملية إمدادات الطاقة

كشف: في البداية، يقوم جهاز POE بإخراج الحد الأدنى من الجهد الكهربي في المنفذ حتى يكتشف أن طرف الكابل متصل بجهاز يعمل بالطاقة متوافق مع معيار IEEE802.3af.

تصنيف أجهزة PD: عند اكتشاف جهاز يعمل بالطاقة (PD)، قد يقوم جهاز POE بتصنيف PD وتقييم استهلاك الطاقة المطلوب.

بدء التشغيل: خلال وقت بدء تشغيل قابل للتكوين (عادةً أقل من 15 ميكروثانية)، يبدأ جهاز PSE في إمداد الطاقة إلى PD من جهد منخفض، ويبلغ ذروته بإمداد تيار مستمر بجهد 48 فولت.

مزود الطاقة: يوفر طاقة ثابتة وموثوقة 48 فولت تيار مستمر إلى PD.

اغلاق الطاقة: إذا تم فصل PD عن الشبكة، يتوقف PSE سريعًا (عادةً خلال 300-400 مللي ثانية) عن تشغيل PD ويكرر عملية الكشف للتأكد مما إذا كان طرف الكابل لا يزال متصلاً بجهاز PD.

مبدأ إمدادات الطاقة

يتكون كابل Ethernet القياسي من الفئة 5 من أربعة أزواج من الأسلاك الملتوية، ولكن يتم استخدام زوجين فقط في شبكات 10M BASE-T و100M BASE-T. يسمح معيار IEEE 802.3af بتكوينين. في أحدهما، يتم استخدام الأزواج غير المستخدمة (الجهات 4 و 5 للموجب، والمسامير 7 و 8 للسالب) للطاقة. وفي الآخر، تتم إضافة الطاقة إلى أطراف البيانات (الأطراف 1 و2 و3 و6) عبر النقطة الوسطى لمحول النقل دون التأثير على تدفق البيانات. ومع ذلك، يجب أن يختار جهاز مصدر الطاقة (PSE) إحدى هذه الطرق، بينما يجب أن يستوعب الجهاز الذي يعمل بالطاقة (PD) كليهما.

طريقة إمداد الطاقة

يحدد معيار POE طريقتين لنقل طاقة التيار المستمر إلى الأجهزة المتوافقة مع POE باستخدام كابلات نقل Ethernet:

طريقة التجسير الأوسط

تستخدم طريقة تسمى "Mid Span" أجهزة مستقلة تعمل بتقنية PoE للربط بين المحولات والأجهزة الطرفية التي تدعم PoE، وعادةً ما تستخدم أزواج خاملة غير مستخدمة في كابلات Ethernet لنقل طاقة التيار المستمر. Midspan PSE هو جهاز متخصص لإدارة الطاقة يتم وضعه عادةً مع المفاتيح. وهو يتوافق مع مقبسي RJ45 لكل منفذ، أحدهما متصل بمفتاح (يشير إلى المفاتيح التقليدية بدون وظيفة PoE) بسلك قصير، والآخر متصل بالأجهزة البعيدة.

طريقة تجسير النهاية

هناك طريقة أخرى وهي طريقة "End Span"، والتي تدمج معدات إمداد الطاقة في مخرج الإشارة الخاص بالمفتاح. يوفر هذا النوع من الاتصال المتكامل عمومًا وظيفة إمداد الطاقة "المزدوجة" لأزواج الخطوط الخاملة وأزواج خطوط البيانات. يعتمد زوج خط البيانات محولات عزل الإشارة ويستخدم الصنابير المركزية لتحقيق مصدر طاقة التيار المستمر. يمكن توقع أن يتم تعزيز End Span بسرعة، حيث تستخدم بيانات Ethernet ونقلها خطوطًا مشتركة، مما يلغي الحاجة إلى خطوط مخصصة للإرسال المستقل. وهذا مهم بشكل خاص للكابلات ذات 8 مراكز فقط ومقابس RJ-45 القياسية المطابقة.

آخر التطورات

تمت الموافقة على معيار IEEE 802.3bt من قبل لجنة معايير IEEE-SA في 27 سبتمبر 2018، مما يتيح زيادة نقل الطاقة عبر روابط Ethernet.

استخدم معيار PoE السابق أربعة فقط من الأسلاك الثمانية الموجودة في كابلات Ethernet لنقل التيار المستمر، بينما اختار فريق عمل IEEE استخدام جميع الأسلاك الثمانية لـ 802.3bt. ينص التعديل 2 على IEEE Std 802.3bt-2018 على ما يلي: "يستخدم هذا التعديل جميع الأزواج الأربعة في البنية التحتية للكابلات المنظمة لتعزيز نقل الطاقة، وبالتالي توفير طاقة أعلى للأجهزة الطرفية. كما يقلل التعديل أيضًا من استهلاك الطاقة الاحتياطية في الأجهزة الطرفية ويقدم آلية لإدارة ميزانية الطاقة المتاحة بشكل أفضل."

الهدف من لجنة معايير IEEE هو تعزيز نقل الطاقة من معدات مصادر الطاقة (PSE) إلى الأجهزة التي تعمل بالطاقة (PDs). تمت زيادة تصنيفات الطاقة لأجهزة PDs إلى 71.3 واط و90 واط من PSE.

ما هي فوائد PoE؟