Pripojenie na internet je v dnešnej dobe nevyhnutné, pretože takmer každé elektronické zariadenie komunikujúce s perifériami potrebuje na správne fungovanie aktívne pripojenie na internet. Aj keď väčšina zariadení má možnosti pripojenia pomocou Wi-Fi, tak aj napriek tomu mnoho zariadení a sieťových smerovačov stále používa ethernetové porty a káble na pripojenie ku káblovej internetovej linke. Dnes sa preto pozrieme na to, ako je možné prenášať napájacie napätie cez dátové vedenia, ktoré sú PoE (Power over Ethernet).

Čo je to PoE (Power over Ethernet)?

Ako už názov napovedá, napájanie zariadenia  prostredníctvom ethernetových káblov sa nazýva PoE.

Všetci vieme, že ethernetové káble sa používajú na prenos dát a pripojenie k sieti, viete však, že väčšinou nepoužívame všetky spojovacie vedenia obsiahnuté v ethernetovom kábli. Zvážte napríklad ethernetový kábel zobrazený na obrázku nižšie, ktorý má 8 liniek, ale z nich sa na výmenu dát bežne používajú iba štyri linky (oranžová, oranžovo-biela, zelená a zeleno-biela), zatiaľ čo zvyšné štyri linky zostávajú nečinné. Takže výmena dát je možná aj potom, čo tieto nečinné linky na oboch koncoch odizolujeme, a preto sú v low-end ethernetovom kábli iba štyri linky namiesto ôsmich. Na prenos energie možno teda použiť voľnobežné štyri linky. Toto jednoduché využitie nečinných liniek na napájanie zariadenia sa nazýva Power over Ethernet.

Teraz sa pozrime na jednoduché zapojenie, aby sme lepšie pochopili PoE. V tomto obvode sú odpojené štyri vodiče (konkrétne modrý, modrobiely, hnedý a hnedo-biely) z konektora na každom konci kábla. Ako už bolo povedané, tento pár hnedého a zeleného vodiča sa nepoužíva v aplikáciách s nízkou rýchlosťou ethernetu, takže ich odpojenie z konektora nespôsobí prerušenie komunikácie. Jeden koniec by teda mal byť pripojený k zdroju napájania a druhý k záťaži, aby sme šli príkladom, používame ako zdroj energie batériu a ako záťaž malú kameru. Keď je zdroj a záťaž v uzavretej slučke, obvod nižšie je uzavretý a kamera zobrazí odozvu. Pretože sme pomocou tohto jednoduchého zapojenia dodávali energiu jednoduchému zariadeniu pomocou ethernetového kábla, dá sa povedať, že je dosiahnutá podmienka pre PoE.

Ako funguje napájanie cez ethernet a prečo sa používa

Hlavným dôvodom použitia PoE nad konvenčným systémom napájania je zníženie nákladov na napájanie každej periférie, ktorá sa pripája k sieti. Napríklad ak máte 10 zabezpečovacích kamier rozmiestnených po celej budove, v takom prípade potrebuje na napájanie 10 napájacích zdrojov, čo nie je až takým problémom. Hlavným problémom je osadenie 240V elektrickej zásuvky v blízkosti každej periférie, čo však nie je praktické, takže použitie PoE je najlepšou voľbou na pripojenie všetkých periférií k centrálnemu systému.

Samotné odizolovanie ethernetového kábla pre pripojenie každej periférie k centrálnemu systému je samo o sebe zdĺhavou úlohou, takže sa používa injektor PoE a rozdeľovač PoE.

Ako je znázornené na obrázku, pomocou aplikácie PoE Injektor-a a PoE Rozdeľovač-a sa môžme vyhnúť mnohým komplikáciám s identifikáciou farieb, odizolovaním, spájkovaním a oznašovaním voľných koncov. Teraz sa pozrime na funkciu týchto zariadení a na to, ako sa dajú použiť.

Existujú dva základné typy PoE:

1. pasívne PoE - nespĺňa normy IEEE 802.3af a IEEE 802.3at čo znamená, že zariadenie je napájané pôvodným adaptérom napr.12V a vzdialenosť, ktorú je možné napájať je cca 30-40m. Štandardná sieť 10/100 Mbit/s využíva pre komunikáciu iba 4 vodiče a zvyšné 4ks vodičov sa používajú na napájanie. Tu sa dá pasívne PoE rozdeliť ešte na také, ktoré:

• zariadenie nepodporuje pasívne PoE - zariadenie, ktoré nemá podporu PoE sa pripája pomocou dvoch redukcií, t.j. napájací modul (injector) na strane pri el.zásuvke, ktorý spojí napájanie a dáta do jedného ethernetového kábla a rozdeľovacím modulom (splitter), ktorý rozdelí napájanie a dáta opäť do dvoch samostatných vodičov, t.j. zvlášť vodič s napájaním a zvlášť dátový vodič.
• zariadenie podporuje pasívne PoE - zariadenie označené s podporou pasívneho PoE (PoE passive) majú iba jeden napájací modul / redukcia (injector), ktorý sa zapája na stranu pri el.zásuvku a na druhom konci pri zariadení nie je nič, t.j. stačí ethernetový kábel pripojiť do ethernetového konektora na zariadení, príp. ak je konektorov na zariadení viacej tak treba kábel pripojiť do takého, ktorý by mal byť označený ako PoE. Nemýliť si so zariadeniami ako sú napr.switche, ktoré majú PoE ako výstup ! t.j. slúžia pre napájanie zariadení ako WiFi routre, IP kamery, VOIP telefóny a pod. V našom prípade sa jedná o PoE ako vstup !

Pasívnym PoE switchom alebo injectorom nedokážete napájať koncové zariadenie s podporou aktívneho PoE, pretože medzi oboma zariadeniami neprebehne komunikácia, ktorá je vyžadovaná v aktívnom PoE. Avšak, ak pustíte do zariadenia, ktoré nepodporuje žiadne PoE napätie z pasívneho PoE zariadenia (switch, injector atp.) tak môžete takéto zariadenia poškodiť alebo úplne znefunkčniť ich porty.

2. aktívne PoE - spĺňa normy IEEE 802.3af (do 15.4W) a IEEE 802.3at (do 25.5W) čo znamená, že zariadenie je napájané špeciálnym adaptérom (injectorom) alebo switchom, ktorý cez ethernetové vedenie posiela presne definované napätie (min.44V) na základe požiadavky od koncového zariadenia, ktoré si požadované napätie vyžiada. Takže PoE injector alebo switch pošle do koncového zariadenia len také napätie ako vyžadujé dané koncové zariadenie. Druhou výhodou je väčšia vzdialenosť ako je u pasívneho PoE, konkrétne je možné napájať až do 100m. V prípade, že do switchu alebo do injectora s aktívnym PoE pripojíš zariadenie, ktoré nepodporuje PoE (notebook, WiFi router atp.) sa nič nestane, pretože koncové zariadenie (notebook, WiFi router atp.) si neposlalo požiadavku na napájanie a preto PoE switch alebo PoE injector do koncových zariadení nepošle žiadne napätie, iba ak tak dáta.

PoE Injektor

Toto zariadenie má dva vstupné porty a jeden výstupný port. Prvý vstup je na pripojenie bežného ethernetového kábla a ďalší vstup je na pripojenie jednosmerného napájacieho zdroja, zatiaľ čo výstup slúži na pripojenie PoE ethernetového kábla.

Na vstupe máme: Normálne ethernetové pripojenie + jednosmerné napájanie

Na výstupe máme: PoE Ethernet (ktorý je možné použiť na pripojenie zariadení PoE)

Funkcia PoE injector poskytuje PoE Ethernet tým, že prijíma bežné ethernetové pripojenie a jednosmerné napájanie.

PoE Rozdeľovač

Toto zariadenie má jeden vstupný port a dva výstupné porty. Vstup je určený na pripojenie kábla PoE Ethernet, zatiaľ čo výstupné porty poskytujú normálne napájanie Ethernet a DC.

Na vstupe máme: PoE Ethernet

Na výstupe máme: Normálne ethernetové pripojenie + jednosmerné napájanie

Funkcia PoE splittera je teda úplne opačná ako PoE Injektor, ktorý spočíva v rozdelení ethernetového pripojenia PoE na normálny Ethernet a použiteľné jednosmerné napájanie.

PoE Extender

PoE Extender sa používa vtedy, keď je sieťové rozpätie na veľké vzdialenosti, ako sú nákupné centrá, hotely, reštaurácie, kancelárske budovy, podniky, akademické areály a športové zariadenia. Na týchto miestach nie je možné použiť bežné 100-metrové ethernetové pripojenie, a práve vtedy prichádza na rad PoE Extender. Toto zariadenie možno použiť na rozšírenie sieťových zariadení Ethernet nad základný limit 100 metrov, čo z neho robí v mnohých prípadoch životaschopnú voľbu.

Dnešné periférne zariadenia podporujú PoE Ethernet, takže môžeme vynechať rozdeľovač a priamo pripojiť kábel k zariadeniu, ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Teraz bude toto zapojenie fungovať, ak sú k dispozícii jedno alebo dve zariadenia, ale ak existuje viac zariadení, nákup PoE Injektora pre každé zariadenie nie je najlepším riešením. Pre takéto konkrétne prípady máme PoE Hub, ktorý dokáže nahradiť viac PoE Injektorov.

PoE Hub

Fungovanie PoE hubu je principiálne podobné ako PoE injektora, až na to, že pojme viac ethernetových pripojení a zároveň poskytuje toľko ethernetových výstupov PoE. Rozbočovač - HUB sa najlepšie používa, ak máte na jednom konci veľa zariadení PoE a na druhej strane bežné ethernetové pripojenie, ktoré poskytuje server. Fungovanie HUBu je ľahko pochopiteľné z nasledujúcej blokovej schémy.

Doteraz sme predpokladali, že v ethernetovom kábli sú k dispozícii voľné linky, ktoré je možné bez väčších problémov použiť pre PoE.

Teraz sa možno pýtate, čo s prípadmi, keď sa používajú všetky vodiče v ethernetových kábloch? Tento prípad nie je ojedinelý, pretože vysokorýchlostný internet a systémy na prenos dát využívajú všetky dátové linky. Aj v týchto prípadoch je PoE stále dosiahnuteľné, ale v porovnaní s predchádzajúcou konfiguráciou sa stáva zložitým.

V prípade vysokorýchlostného prenosového systému sa dáta aj napájanie posielajú rovnakými linkami, na to sa však používajú špeciálne zariadenia. Táto špeciálna jednotka je PoE Switch - prepínač, ktorý síce zvyšuje náklady na rozdiel od predošlých zariadení, ale môžeme jednoducho odizolovať nepoužívané vedenia na oboch koncoch a použiť ich pre naše pohodlie.

PoE Switch

PoE Switch je sieťový prepínač, ktorý umožňuje napájanie z ethernetu z každého rozhrania a zároveň umožňuje preposielať snímky. Jednoducho povedané, funguje ako port na pripojenie viacerých zariadení PoE k jedinému počítaču.

V blokovej schéme vidíte, ako je k PoE prepínaču pripojených pomocou ethernetových káblov viac PoE zariadení a počítač s týmito zariadeniami komunikuje prostredníctvom PoE prepínača. Pre ďalšie rozšírenie a zvýšenie portov vyžaduje PoE prepínač jeden Uplink do existujúcej siete.

PoE štandardy

Zariadenia PoE dodržiavajú určité štandardy pre dátovú komunikáciu a dodávku energie. Pri navrhovaní týchto zariadení sa teda tieto štandardy dodržiavajú. Pri navrhovaní týchto zariadení sa zvyčajne postupuje podľa štyroch typov štandardov, ktoré sa rozdeľujú podľa kapacity napájania.

Táto tabuľka vám pomôže pri voľbe vhodného PoE prepínača, injektora alebo smerovača pre vaše PoE zariadenia.

Aplikácie PoE

• Inteligentný systém osvetlenia: Systém osvetlenia je možné ovládať prostredníctvom servera alebo vzdialeného počítača.
• Inteligentná domácnosť: Vďaka technológii PoE je dizajn inteligentnej domácnosti ľahký, pretože v inteligentnej domácej sieti je pripojenie k sieti zavedené v každej časti obytného priestoru, zatiaľ čo každé zariadenie navzájom zdieľa údaje, čo je možné ľahšie dosiahnuť použitím technológie PoE.
• Bezpečnostný systém: Kancelárie a inštitúcie môžu zvýšiť svoju produktivitu inštaláciou bezpečnostných zariadení PoE.
• PoE sa používa aj pre RFID a poplašné systémy.

Obmedzenia PoE

Aj keď všetko vyzerá veľmi pekne,  nie je tomu tak. Existuje mnoho nevýhod pre PoE a niekoľko z nich je popísaných nižšie.

• Cena: Ako obvykle, akákoľvek inštalácia technológie ide do peňazí. Inštaláciou PoE síce môžeme ušetriť peniaze, ale to platí iba v prípade, že sa v oblasti nachádza viac ako štyri až päť zariadení. Je to preto, že inštalácia PoE vás bude stáť tisíce, ale je zbytočné investovať do takéhoto systému, ak sú iba jedno alebo dve zariadenia PoE. Inštalácia PoE teda nie je vhodná pre domácnosti, kde sú PoE zariadenia obmedzené na jedno alebo dve zariadenia. V takom prípade si pred kúpou PoE systému alebo adaptéra zvážte, či by nebolo vhodnejšie zvoliť alternatívu v podobe bežnejšieho typu zariadenia.
• Zložitosť: Inštalácia nastavenia PoE prinesie všetkým zbytočné komplikácie. Rovnako ako musíte porozumieť novým pojmom v súvislosti s technológiou PoE a trápiť sa s nákupom zodpovedajúcich systémov, kedykoľvek chcete inštalovať nové zariadenie PoE do domácnosti alebo do kancelárie.