ما هو PoE؟

تقنية PoE (تزويد الطاقة عبر الإيثرنت) يشير هذا المصطلح إلى تقنية قادرة، دون أي تعديلات على بنية كابلات إيثرنت Cat.5 الحالية، على نقل إشارات البيانات إلى أجهزة طرفية تعمل بتقنية IP، مثل هواتف IP ونقاط الوصول اللاسلكية (WLAN) وكاميرات الشبكة، مع توفير الطاقة الكهربائية لها في الوقت نفسه. تُعرف هذه التقنية أيضًا باسم PoE أو Power over LAN (POL) أو Active Ethernet، وهي أحدث المواصفات القياسية لنقل البيانات والطاقة الكهربائية باستخدام كابلات إيثرنت القياسية الحالية، مع الحفاظ على التوافق مع أنظمة إيثرنت الحالية ومستخدميها.

ميزة

تضمن تقنية PoE سلامة الكابلات الهيكلية وسلاسة تشغيل الشبكات الحالية، مع تقليل التكاليف بشكل فعال. ويستند معيار IEEE 802.3af إلى... قوة فوق إيثرنت (POE) ويُقدّم معيار IEEE 802.3 معايير لتزويد الطاقة مباشرةً عبر كابلات الإيثرنت. فهو لا يُوسّع معيار الإيثرنت الحالي فحسب، بل يُعدّ أيضاً المعيار الدولي الأول لتوزيع الطاقة.

المعايير

1- IEEE 802.3af

بدأ معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) بتطوير هذا المعيار عام ١٩٩٩، بمشاركة مبكرة من موردين مثل ثري كوم، وإنتل، وباور داين، ونورتل، وميتل، وناشونال سيميكوندكتور. إلا أن قيود هذا المعيار حدّت من انتشاره في السوق. ولم يُصدّق المعهد على معيار 802.3af إلا في يونيو ٢٠٠٣، حيث حدد بوضوح آلية كشف الطاقة والتحكم بها في الأنظمة البعيدة، وبيّن كيفية توصيل أجهزة التوجيه والمحولات والموزعات الطاقة إلى أجهزة مثل هواتف IP وأنظمة الأمان ونقاط الوصول اللاسلكية عبر كابلات الإيثرنت. وقد تضافرت جهود العديد من خبراء الصناعة في تطوير معيار IEEE 802.3af، مما ضمن اختبار المعيار بدقة في جميع جوانبه.

يتضمن نظام التغذية عبر الإيثرنت النموذجي وضع معدات محول الإيثرنت في خزانة التوزيع واستخدام موزع طاقة مركزي لتزويد كابلات الشبكة المحلية (LAN) المجدولة بالطاقة. وتقوم هذه الطاقة بدورها بتشغيل الهواتف ونقاط الوصول اللاسلكية والكاميرات وغيرها من الأجهزة المتصلة بنهاية الكابل. ولمنع انقطاع التيار الكهربائي، يمكن استخدام وحدة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS).

2- IEEE 802.3at

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

للامتثال لمعيار IEEE 802.3af، يقتصر استهلاك الطاقة لأجهزة الطاقة (PDs) على 12.95 واط، ما يلبي احتياجات هواتف IP التقليدية وتطبيقات كاميرات الويب. مع ذلك، ومع ظهور تطبيقات عالية الطاقة مثل الوصول ثنائي النطاق، ومكالمات الفيديو، وأنظمة مراقبة PTZ، يصبح مصدر طاقة بقدرة 13 واط غير كافٍ، ما يحد من نطاق استخدام كابلات الإيثرنت لتزويد الطاقة. وللتغلب على قيود ميزانية الطاقة لتقنية PoE وتوسيع نطاقها ليشمل تطبيقات جديدة، شكل معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) فريق عمل للبحث عن سبل لرفع حدود الطاقة لهذا المعيار الدولي. وقد أطلق فريق عمل IEEE 802.3 مجموعة أبحاث PoEPlus في نوفمبر 2004 لتقييم الجدوى التقنية والاقتصادية لمعيار IEEE 802.3at. وفي وقت لاحق، في يوليو 2005، تمت الموافقة على خطة تشكيل لجنة التحقيق الخاصة بمعيار IEEE 802.3at. يصنف المعيار الجديد، Power over Ethernet Plus (PoE+) IEEE 802.3at، الأجهزة التي تتطلب أكثر من 12.95 واط على أنها من الفئة 4، مما يسمح بتمديد مستويات الطاقة إلى 25 واط أو أعلى.

مكونات نظام PoE

بنية تقنية PoE: يتألف نظام PoE المتكامل من معدات تزويد الطاقة (PSE) والأجهزة المُزوَّدة بالطاقة (PD). تُزوِّد معدات تزويد الطاقة عملاء الإيثرنت بالطاقة وتُشرف على عملية PoE بأكملها. تشمل الأجهزة المُزوَّدة بالطاقة، أو أجهزة عملاء نظام PoE، هواتف IP، وكاميرات مراقبة الشبكة، ونقاط الوصول (APs)، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة (PDAs)، وشواحن الهواتف المحمولة، والعديد من أجهزة الإيثرنت الأخرى (في الواقع، يمكن لأي جهاز أقل من 13 واط سحب الطاقة من منافذ RJ45). استنادًا إلى معيار IEEE 802.3af، تتبادل هذه المعدات معلومات حول اتصال الجهاز المُزوَّد بالطاقة ونوعه ومستوى طاقته، مما يُمكِّن معدات تزويد الطاقة من توصيل الطاقة عبر الإيثرنت.

ما هي الأجهزة التي يمكن تشغيلها بواسطة PSE؟

قبل اختيار حل PoE، من الضروري تحديد متطلبات الطاقة للأجهزة التي تعمل بالطاقة (PDs). تُصنّف أجهزة PoE وفقًا للمعايير التي تدعمها، مثل IEEE 802.3af و802.3at و802.3bt، والتي تُقابل مستويات طاقة مختلفة. بمعرفة مقدار الطاقة التي تحتاجها أجهزتك، يمكنك اختيار معيار PoE المناسب لضمان التوافق والكفاءة. يُساعد هذا الفهم في اختيار حل PoE الأمثل المُصمّم خصيصًا لاحتياجات عملك، وتجنّب استخدام أجهزة ذات طاقة غير كافية أو غير متوافقة.

المعلمات المميزة

1、 معلمات مصدر الطاقة

2- عملية تزويد الطاقة

كشف: في البداية، مفتاح إيثرنت مُدار ذو 16 منفذ جيجابت من الشركة المصنعة الأصلية يُخرج جهدًا ضئيلاً عند المنفذ حتى يكتشف أن طرف الكابل متصل بجهاز مزود بالطاقة متوافق مع معيار IEEE802.3af.

تصنيف أجهزة غسيل الكلى البريتوني: عند اكتشاف جهاز مزود بالطاقة (PD)، قد يقوم جهاز POE بتصنيف الجهاز وتقييم استهلاكه للطاقة المطلوبة.

بدء التشغيل: في غضون وقت بدء تشغيل قابل للتكوين (عادة أقل من 15 ميكروثانية)، يبدأ جهاز PSE في تزويد PD بالطاقة من جهد منخفض، وينتهي بمصدر تيار مستمر 48 فولت.

مزود الطاقة: يوفر طاقة تيار مستمر 48 فولت مستقرة وموثوقة لجهاز PD.

انقطاع التيار الكهربائي: إذا تم فصل جهاز PD عن الشبكة، فإن وحدة تزويد الطاقة (PSE) تتوقف بسرعة (عادة في غضون 300-400 مللي ثانية) عن تزويد جهاز PD بالطاقة وتكرر عملية الكشف للتأكد مما إذا كان طرف الكابل لا يزال متصلاً بجهاز PD.

مبدأ إمداد الطاقة

يتكون كابل إيثرنت من الفئة 5 القياسي من أربعة أزواج من الأسلاك المجدولة، ولكن يُستخدم زوجان فقط في شبكات 10M BASE-T و100M BASE-T. يسمح معيار IEEE 802.3af بتكوينين. في أحدهما، تُستخدم الأزواج غير المستخدمة (الدبابيس 4 و5 للموجب، والدبابيس 7 و8 للسالب) لتزويد الطاقة. أما في الآخر، فتُضاف الطاقة إلى دبابيس البيانات (الدبابيس 1 و2 و3 و6) عبر نقطة المنتصف لمحول الإرسال دون التأثير على تدفق البيانات. مع ذلك، يجب على جهاز مصدر الطاقة (PSE) اختيار إحدى هاتين الطريقتين، بينما يجب على الجهاز المُزوَّد بالطاقة (PD) استيعاب كلتيهما.

طريقة تزويد الطاقة

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

طريقة الربط الأوسط

تستخدم طريقة تُسمى "الوصلة الوسطى" أجهزة مستقلة تعمل بتقنية PoE لربط المحولات والأجهزة الطرفية التي تدعم هذه التقنية، وذلك عادةً باستخدام أزواج الأسلاك غير المستخدمة في كابلات الإيثرنت لنقل طاقة التيار المستمر. وحدة إدارة الطاقة "الوصلة الوسطى" (Midspan PSE) هي جهاز متخصص لإدارة الطاقة، يُوضع عادةً مع المحولات. وهي تُقابل منفذي RJ45 لكل منفذ، أحدهما متصل بالمحول (في إشارة إلى المحولات التقليدية التي لا تدعم تقنية PoE) بسلك قصير، والآخر متصل بالأجهزة البعيدة.

طريقة الربط النهائي

هناك طريقة أخرى تُعرف باسم "الوصلة الطرفية"، حيث يتم دمج معدات تزويد الطاقة في مخرج الإشارة الخاص بالمحول. يوفر هذا النوع من التوصيلات المتكاملة عادةً وظيفة تزويد طاقة "مزدوجة" لأزواج الخطوط الخاملة وأزواج خطوط البيانات. يعتمد زوج خطوط البيانات على محولات عزل الإشارة ويستخدم نقاط توصيل مركزية لتوفير طاقة التيار المستمر. من المتوقع أن تنتشر الوصلة الطرفية بسرعة، حيث تستخدم بيانات الإيثرنت وخطوط نقلها خطوطًا مشتركة، مما يلغي الحاجة إلى خطوط مخصصة للإرسال المستقل. يُعد هذا الأمر بالغ الأهمية للكابلات ذات 8 أسلاك فقط والمتوافقة مع مقابس RJ-45 القياسية.

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 الإيثرنت.

كان معيار PoE السابق يستخدم أربعة أسلاك فقط من أصل ثمانية في كابلات الإيثرنت لنقل التيار المستمر، بينما اختارت فرقة عمل IEEE استخدام جميع الأسلاك الثمانية في معيار 802.3bt. وينص التعديل الثاني لمعيار IEEE 802.3bt-2018 على ما يلي: "يستخدم هذا التعديل جميع الأزواج الأربعة في بنية الكابلات المنظمة لتحسين نقل الطاقة، وبالتالي توفير طاقة أعلى للأجهزة الطرفية. كما يقلل التعديل من استهلاك الطاقة في وضع الاستعداد في الأجهزة الطرفية، ويُدخل آلية لإدارة ميزانية الطاقة المتاحة بشكل أفضل."

تهدف لجنة معايير معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) إلى تحسين نقل الطاقة من معدات تزويد الطاقة (PSE) إلى الأجهزة التي تعمل بالطاقة (PDs). وقد تم رفع معدلات الطاقة للأجهزة التي تعمل بالطاقة إلى 71.3 واط، و90 واط من معدات تزويد الطاقة.

ما هي فوائد تقنية PoE؟