De voor- en nadelen van power over ethernet
Zou het niet fijn zijn als je maar é én kabel hoeft te trekken om een apparaat direct zowel van internet als van stroom te voorzien? Die optie bestaat al lange tijd en heet Power over Ethernet, dat gestaag over de jaren populair is geworden.
PoE is vooral handig voor apparaten die ver weg van een stopcontact zitten maar wel stroom nodig hebben. Om dan te voorkomen dat ook nog aparte stroomkabels gelegd moeten worden, is het handig om stroom en een internetverbinding in één kabel te kunnen leveren. Dat scheelt kosten en het is een stuk eenvoudiger om een ethernetkabel te trekken dan om de gehele stroomvoorziening uit te breiden. Een van de eerste toepassingen van Power over Ethernet was voor voip-telefoons. Zelfs als de stroom bij het stroombedrijf zou uitvallen, kon je nog het noodnummer bellen omdat het telefoonbedrijf de stroom levert aan de telefoon dankzij PoE.
Cisco ging ongeveer in 2000 met voip-telefoons en PoE aan de slag. Daarvoor deed al een aantal andere bedrijven dat. In die periode ging dat niet altijd even goed. Er werd dan bijvoorbeeld per ongeluk een apparaat aangesloten op een ethernetkabel met stroom die dat eigenlijk niet nodig had, waardoor zo’n apparaat beschadigd raakte.
In 2001 en 2002 werd de technologie steeds populairder en werd het uiteindelijk duidelijk dat een standaard nodig was. Dit leidde ertoe dat in 2003 door de IEEE 802.3af tot de standaard voor PoE uitgeroepen werd. Dat bleek een goed idee, want de standaard introduceerde een aantal belangrijke veiligheidsvoorzieningen zodat apparatuur niet langer beschadigd kon worden.
Hoe werkt power over ethernet?
Ethernetkabels bevatten binnenin acht aders, die geordend zijn in vier getwiste paren. Een getwist paar zijn twee aders die om elkaar heen zijn gedraaid. In 10 en 100BASE-ethernet worden twee paren gebruikt om informatie te versturen: dit zijn de zogenaamde data pairs.
Dan zijn er nog twee aderparen over, de zogenaamde spare-pairs, die gebruikt worden als back-up voor als een van de andere aders falen. PoE, of 802.3af gebruikt of de twee dataparen of de twee back-up-paren en gebruikt normaliter tussen de 44 en 57 volt. Door zo’n hoog voltage kan de stroom relatief efficiënt worden vervoerd over de kabel. Power over Ethernet werkt gewoon over bestaande cat 5-ethernetkabels, al wordt voor de nieuwste PoE-standaard wel minimaal cat 5e vereist.
In PoE spelen twee belangrijke onderdelen een rol: de bron en de bestemming. De bron wordt de power sourcing equipment (PSE) genoemd en levert de stroom. Vaak is dit een netwerkswitch. De bestemming, oftewel het powered device, kan slechts een bepaald wattage aan. Om die hoeveelheid wattage aan te geven worden types en klassen gebruikt.
Voor type 1 is het maximum 12,95 watt en voor type 2 is dat 25,5 watt. Type 3 is nu in ontwikkeling. Daarvoor moet de PSE, de bron, respectievelijk 15,4 of 30 watt leveren. Een PSE kan zich ook tussen een bestaande switch zonder PoE en de bron bevinden. In dat geval wordt dat apparaat een midspan genoemd.
©PXimport
Verschil 802.3af en 802.3at
Het risico van beschadigde apparaten vervalt door 802.3af doordat de PSE eerst bij de bestemming controleert of die wel echt stroom wil hebben. Als het bestemmingsapparaat geen antwoord geeft, wordt er geen stroom op de lijn gezet en kan er niets beschadigd raken. Dat proces heet het signature-detection process. Om de aanwezigheid van PoE te detecteren, wordt er gebruikgemaakt van een weerstand van 25 Kiloohm die dient als handtekening. Pas als die aanwezig is, wordt er stroom op de kabel gezet door de PSE.
Na de signature-detection kan een optionele classificatie plaatsvinden. Met de classificatie kan de bestemming aangeven hoeveel stroom er precies nodig is. Er zijn drie vier klassen. Met klasse 1 is 3,8 watt beschikbaar, met klasse 2 6,49 watt, met klasse 3 12,95 watt en met klasse 4 is er 25,5 watt beschikbaar. Als een bestemming geen classificatie doorgeeft, dan is het klasse 0 (nul) en krijgt het 12,95 watt.
Zodra signature detection en eventueel classificatie zijn voltooid, begint de PSE aan het leveren van de stroom. De PSE houdt continu in de gaten hoeveel stroom er wordt geleverd: als de bestemming te veel of juist te weinig stroom trekt, wordt de stroomvoorziening afgesloten.
Er zijn vandaag de dag twee standaarden op de markt: het in 2003 geïntroduceerde 802.3af (type 1 genoemd) en de opvolger 802.3at (type 2 genoemd) uit 2009. Met 802.3at werd PoE Plus geïntroduceerd, een andere term voor de hierboven al even genoemde klasse 4 met een wattage van 25,5 watt.
Gigabit
Power over Ethernet werkt ook in combinatie met gigabit-ethernetkabels, maar moet dan wel op een andere manier werken. Waar in de kabels van 10 en 100BASE twee aderparen niet worden gebruikt, geldt dat niet voor gigabit-ethernetkabels: dan worden allevier de aders gebruikt voor het vervoeren van data.
In zulke kabels gebruikt Power over Ethernet simpelweg dezelfde aderparen als waar de data overheen gaat. Er wordt dan gebruikgemaakt van een techniek genaamd phantom power. Dat werkt doordat het datasignaal niet stoort met de stroom. De datazendingen zitten op een frequentie tussen de 10 en 100 miljoen Hertz, terwijl elektriciteit gebruikmaakt van een lage frequentie op 60 Hz. Door het grote verschil in frequenties hebben beide signalen geen last van elkaar.
Internet-of-things
Power over Ethernet krijgt veel aandacht, onder andere dankzij het internet of things, waar het erg nuttig voor kan zijn. Het is veel werk om al die kleine apparaten en sensoren van stroom te voorzien, maar met een PoE-ethernetkabel sla je dan meteen twee vliegen in één klap: stroom en internet. Power over Ethernet zou ook een rol kunnen gaan spelen in slimme auto’s. Moderne auto’s bevatten erg veel sensoren en apparatuur, helemaal in bijvoorbeeld een zelfrijdende auto. Het zou dan kosten kunnen schelen om in de interne bekabeling PoE te gebruiken, want dan heb je minder kabels nodig.
In 2014 nam het gebruik van PoE voor voip met zo’n tachtig procent toe. Bovendien bleek uit onderzoek van BSRIA in 2015 dat twintig procent van de wifi-accesspoints gebruikmaakt van PoE en tien procent van lampen wordt aangestuurd met PoE.
PoE biedt ook veel kansen voor licht. Slimme lampen zijn op dit moment vaak draadloos verbonden met een basisstation dat dan met het internet is verbonden. In de toekomst zou dat kunnen veranderen en zou je lampen kunnen kopen die verbonden zijn met een ethernet-aansluiting en dus direct verbinding maken met het internet. Vooral voor bedrijven is dat handig. Omdat elke lamp zijn eigen ip-adres krijgt, is alles goed te beheren en ook eenvoudiger te beheren, omdat maar een apparaat wordt gebruikt: namelijk de PoE-switch.
©PXimport
Nadelen van power over ethernet
PoE kan dus voor veel toepassingen heel handig zijn en het wordt dus ook al op grote schaal gebruikt. Toch heeft PoE een aantal nadelen. Het grootste nadeel is dat je slechts honderd meter kunt gebruiken voor ethernet met PoE, anders gaat te veel wattage verloren. Om daar omheen te werken, kan een media converter worden gebruikt. Die converter plaats je naast de stroombron en verbind je met de ethernetswitch. Deze converter injecteert dan de stroom over de ethernetkabel aan het uiteinde, maar nog net voor het apparaat zelf.
Andere nadelen zitten in het feit dat de hoeveelheid geleverde stroom relatief laag is en dat er onderweg veel verlies optreedt. Daarnaast kunnen elektrische storingen ook storingen veroorzaken op het lokale netwerk zelf, wat voor problemen kan zorgen.
Een laatste nadeel is dat Power over Ethernet alleen werkt voor koperen utp-kabels: glasvezelkabels in combinatie met PoE gaat niet werken. Dat probleem kan echter ook verholpen worden met een media converter: door de switch en converter met glas te bekabelen en de converter en het apparaat met PoE-ethernet te verbinden.
Overweeg een PoE-splitter
Je kunt op twee manieren Power over Ethernet aan je netwerk toevoegen: door middel van een switch of door middel van een midspan. Met een switch verbind je simpelweg je apparaten daarmee en de switch zelf verbind je dan zoals normaal met de router. De switch zal dan automatisch de betreffende apparaten van stroom voorzien als ze daarom vragen. Je kunt al een PoE-switch met vier ethernetpoorten kopen voor nog geen zestig euro. Je kunt ook voor een midspan kiezen. Die is handig als je maar voor een apparaat PoE wilt, omdat het vaak een klein kastje is met twee ethernetaansluitingen: een In zonder PoE en een Out met PoE.
Heb je juist een apparaat dat geen PoE ondersteunt, maar zou je er wel graag gebruik van maken, dan kun je gebruikmaken van een PoE-splitter. Zo’n apparaatje zet juist een PoE-ethernetkabel om in een losse, normale ethernetaansluiting en een aparte voedingsaansluiting voor het apparaat dat dan geen PoE ondersteunt.
De toekomst: 802.3bt, High-Power PoE
802.3at en -af lopen eigenlijk achter op de markt. Er zijn al producten te koop die maar liefst 60 tot 95 Watt leveren aan apparaten, maar die voldoen dan niet aan een standaard zodat het niet universeel werkt. Nieuwe apparatuur vereist steeds meer stroom: denk dan bijvoorbeeld aan videobellen, aan wifi-access-points met ac of zelfs ad op 60 GHz, maar ook aan thermostaten, rookmelders en andere sensoren. Het probleem met de huidige standaard is dat het niet meer genoeg is.
De toekomst van Power over Ethernet is 802.3bt, oftewel High-Power PoE. De bt-standaard kan tot 90 Watt aan. De kabellengte blijft helaas wel beperkt tot 100 meter. Naar verwachting wordt 802.13bt nog dit jaar geratificeerd en daarmee dus officieel.
802.3bt voegt straks type 3 toe, maar over een aantal jaar komt er ook een type 4. Die standaard bevindt zich nog in een zeer vroeg stadium en de werkgroep van IEEE is nog aan het nadenken hoe die standaard eruit moet zien. Met type 4 zou 100 watt mogelijk moeten worden. Hoe de IEEE dat precies voor elkaar gaat krijgen, is nog niet helemaal duidelijk. Met 100 Watt ontstaan namelijk problemen in die ethernetkabels: die worden veel te warm. Daarnaast: als je zo’n kabel eruit trekt terwijl die 100 watt levert, zouden er weleens vonken vanaf kunnen schieten. Met 100 watt heeft een zestig inch-tv bijvoorbeeld geen voeding meer nodig.
HDBaseT, een verbindingsstandaard vanuit de markt, ondersteunt overigens wel al 100 watt over de kabel, in de vorm van Power over HDBaseT. Daarvoor worden cat 6a-kabels aanbevolen, die toekomstbestendig zijn en 10 Gbit/s ondersteunen. De IEEE loopt helaas dus nogal wat achter.
