POE

Power over Ethernet (PoE) là công nghệ cung cấp cả nguồn điện và truyền dữ liệu qua cáp Ethernet tới các thiết bị như điện thoại IP, Access Points (APs), và camera IP.

Để tiêu chuẩn hóa và thúc đẩy sự phát triển của công nghệ PoE và đảm bảo tính tương thích qua một loạt các thiết bị nhận nguồn điện (PDs) và thiết bị cung cấp điện (PSE) từ các nhà cung cấp khác nhau, IEEE đã phát hành các tiêu chuẩn IEEE 802.3af, IEEE 802.3at và IEEE 802.3bt.

POE ĐÁP ỨNG NHU CẦU GÌ ?

Với sự phổ biến của điện thoại IP, giám sát video qua mạng và các thiết bị Ethernet không dây, nhu cầu cung cấp nguồn điện qua Ethernet đang tăng. Trong hầu hết các trường hợp, các thiết bị cần nguồn điện DC. Tuy nhiên, những thiết bị như vậy thường được lắp đặt ở ngoài trời hoặc trên trần cao xa đất và xa tầm với của hầu hết các ổ cắm điện. Ngay cả khi có một ổ cắm điện phù hợp, việc cài đặt bộ biến đổi AC/DC cần thiết bởi các thiết bị có thể gặp khó khăn. Các mạng LAN quy mô lớn thường bao gồm nhiều thiết bị, và việc cung cấp nguồn điện và quản lý đồng nhất mà chúng yêu cầu có thể khó khăn. Công nghệ PoE giải quyết vấn đề này.

PoE là một công nghệ Ethernet có dây và vận chuyển cả nguồn điện DC và dữ liệu qua một dây cáp duy nhất. Nó hiệu quả cung cấp nguồn điện tập trung cho các thiết bị như điện thoại IP, Access Point không dây, bộ sạc thiết bị di động, máy POS, máy ảnh, và bộ thu dữ liệu. PoE có các lợi ích sau:

• Đáng tin cậy: Nhiều PD được cung cấp nguồn bởi một PSE duy nhất, giúp sao lưu nguồn điện.

• Dễ triển khai: Các thiết bị có thể được cung cấp nguồn qua cáp Ethernet, mà không cần nguồn điện bên ngoài.

• Tiêu chuẩn: PoE tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế, và tất cả các thiết bị PoE sử dụng cổng nguồn RJ45 chuẩn và có thể kết nối với các thiết bị từ các nhà cung cấp khác nhau.

Làm thế nào PoE hoạt động?

Hệ thống cung cấp nguồn PoE bao gồm một PSE và các PD.

• PSE: Thiết bị PoE, ví dụ như một Switch PoE, cung cấp nguồn cho một PD thông qua cáp Ethernet. Nó cung cấp các chức năng như phát hiện, phân tích và quản lý nguồn điện thông minh.

• PD: Một thiết bị nhận nguồn, chẳng hạn như một AP, bộ sạc thiết bị di động, máy POS hoặc camera. PD được phân loại thành các PD tiêu chuẩn và không tiêu chuẩn tùy thuộc vào việc chúng tuân thủ các tiêu chuẩn IEEE hay không.

Chế độ cung cấp nguồn PoE

Theo các tiêu chuẩn IEEE, các PSE được phân loại thành midspan và endpoints. Midspan chỉ ra rằng mô-đun PoE được lắp đặt bên ngoài thiết bị, trong khi Endpoint chỉ ra rằng mô-đun PoE được tích hợp vào thiết bị. 

Các PSE endpoints có hai chế độ cung cấp nguồn: Alternative A (cặp dây 1/2 và 3/6) và Alternative B (cặp dây 4/5 và 7/8).

Trong chế độ Alternative A, một PSE cung cấp nguồn cho một PD qua các cặp dây dữ liệu 1/2 và 3/6. Cặp 1/2 hoạt động như cực âm, trong khi cặp 3/6 hoạt động như cực dương. Giao diện 10BASE-T và 100BASE-TX sử dụng các cặp dây 1/2 và 3/6 để truyền dữ liệu, và các giao diện 1000BASE-T sử dụng tất cả bốn cặp dây để truyền dữ liệu. Vì nguồn điện DC và tần số dữ liệu là độc lập với nhau, nguồn điện và dữ liệu có thể được truyền qua cùng một cặp dây.

Trong chế độ Alternative B, một PSE cung cấp nguồn cho một PD qua các cặp dây dự phòng 4/5 và 7/8. Cặp 4/5 hoạt động như cực dương, trong khi cặp 7/8 hoạt động như cực âm.

Theo các tiêu chuẩn IEEE, hai chế độ cung cấp nguồn không thể được sử dụng cùng nhau. Điều này có nghĩa là một PSE chỉ có thể hoạt động trong một chế độ. Tuy nhiên, các PD phải hỗ trợ cả hai chế độ.

Đàm phán cung cấp nguồn PoE

Sau khi một PSE được bật và kết nối với các PD, chúng bắt đầu đàm phán cung cấp nguồn.

1. Phát hiện PD: PSE định kỳ phát một điện áp thấp với dòng hiện hạn chế qua các giao diện của mình để phát hiện các PD. Nếu PSE phát hiện một điện trở trong khoảng từ 19 kΩ đến 26,5 kΩ, các PD tuân theo IEEE 802.3af hoặc 802.3at được kết nối với PSE. Các điện áp thấp để phát hiện phạm vi điện trở này thường từ 2,7 V đến 10,1 V, và khoảng thời gian phát hiện là 2 giây.

2. Đàm phán khả năng cung cấp nguồn: PSE xác định loại PD và đàm phán nguồn cung cấp bằng cách phân tích điện trở đã được phát hiện hoặc trao đổi thông điệp Link Layer Discovery Protocol (LLDP).

3. Bắt đầu cung cấp nguồn: PSE bắt đầu cung cấp một điện áp thấp cho các PD trong thời gian ít hơn 15 μs, sau đó được nâng lên đến 48 V DC đầy đủ.

4. Cung cấp nguồn điện bình thường: Sau khi điện áp đạt đến 48 V, PSE cung cấp nguồn điện ổn định và đáng tin cậy 48 V DC cho các PD. Công suất nguồn PoE đối với tất cả các PD không vượt quá công suất tối đa của PSE.

5. Ngắt kết nối cung cấp nguồn: PSE tiếp tục phát hiện dòng điện đầu vào của các PD trong khi cung cấp nguồn. Khi phát hiện rằng dòng điện của một PD giảm dưới giá trị tối thiểu hoặc tăng đột ngột, PSE ngừng cung cấp nguồn cho PD này và quay lại quy trình phát hiện PD. Tình huống này xảy ra khi một PD bị ngắt kết nối từ PSE, gặp phải quá tải nguồn hoặc ngắn mạch, hoặc nhu cầu tiêu thụ nguồn điện vượt quá công suất cung cấp của PSE.

Đàm phán khả năng cung cấp nguồn PoE qua LLDP

IEEE 802.3 xác định một loại trường không bắt buộc (TLV) — Power via Media Dependent Interface (MDI) TLV. TLV này được đóng gói vào các gói LLDP để khám phá và quảng bá khả năng cung cấp nguồn MDI. Khi PSE phát hiện một PD, họ định kỳ trao đổi các LLDPDU mang theo Power via MDI TLV để đàm phán các thông số cung cấp nguồn điện.

Các tiêu chuẩn PoE là gì?

Như đã đề cập ở trên, IEEE đã phát hành các tiêu chuẩn cung cấp nguồn IEEE 802.3af, IEEE 802.3at và IEEE 802.3bt để tiêu chuẩn hóa PoE để đảm bảo tính tương thích qua một loạt các PD và PSE từ các nhà sản xuất khác nhau. Sự khác biệt giữa ba tiêu chuẩn này là gì?

Tiêu chuẩn đầu tiên trong số các tiêu chuẩn này, IEEE 802.3af, còn được gọi là PoE, đã được thông qua vào tháng 6 năm 2003. Là một phần mở rộng của tiêu chuẩn Ethernet, tiêu chuẩn IEEE 802.3af xác định nguồn cung cấp PoE cho các thiết bị, cũng như công suất mà một PSE có thể cung cấp và công suất mà một PD có thể nhận. Theo tiêu chuẩn IEEE 802.3af, một PSE có thể cung cấp tối đa 15,4 W nguồn DC trên mỗi cổng.

Vì một số công suất bị phân tán trong cáp, chỉ có 12,95 W được đảm bảo có sẵn cho các PD. Vào tháng 10 năm 2009, tiêu chuẩn IEEE 802.3at, cũng được gọi là PoE+, đã được thông qua, và nó tương thích ngược với IEEE 802.3af. Nó tăng công suất nguồn PoE tối đa lên đến 25,5 W để đáp ứng nhu cầu về nguồn điện cho nhiều loại thiết bị hơn.

Vào tháng 9 năm 2018, tiêu chuẩn IEEE 802.3bt được phát hành để mở rộng khả năng cung cấp nguồn. Nó còn được biết đến với tên gọi PoE++ hoặc 4PPoE. Tiêu chuẩn này giới thiệu hai loại nguồn điện bổ sung: tối đa 51 W công suất cung cấp (Loại 3) và tối đa 71,3 W công suất cung cấp (Loại 4). Ngoài ra, hỗ trợ cho 2.5GBASE-T, 5GBASE-T và 10GBASE-T được bao gồm. Sự phát triển này mở rộng việc sử dụng các ứng dụng như các điểm truy cập không dây hiệu suất cao và camera giám sát.

So sánh ba tiêu chuẩn

Các thông số kỹ thuật của các tiêu chuẩn PoE:

• IEEE 802.3af (PoE): Tối đa 15,4 W.

• IEEE 802.3at (PoE+): Tối đa 25,5 W.

• IEEE 802.3bt (PoE++): Loại 3: Tối đa 51 W, Loại 4: Tối đa 71,3 W.