Cấp nguồn qua Ethernet – PoE (Power Over Ethernet)
Giao thức TCP/IP trên nền Ethernet hết sức thông dụng trên thị trường truyền thông hiện nay. Sự thành công của các công nghệ trên nền Ethernet một phần là do sự hợp tác rất tích cực trong quá trình phát triển các chuẩn chung. Sự thành công này cũng sẽ tạo ra những sức mạnh mới trên những cơ sở hạ tầng sẵn có như hệ thống cáp, kiến trúc mạng, khuôn dạng gói tin và các trình điều khiển vốn đã được cài đặt trong các mạng Ethernet hiện có.
Sơ đồ mô hình hệ thống PoE camera Itech
Cuộc cách mạng trong công nghệ mạng?
Mạng Ethernet truyền tải dữ liệu với tốc độ hiện nay lên đến 1Gbit/s (1000BaseT) sử dụng cáp xoắn đôi UTP 5/6. Power over Ethernet (PoE), một kết nối Ethernet tự cấp nguồn, sử dụng khả năng sẵn có của kết nối bằng cáp đồng này để truyền cả dữ liệu và nguồn năng lượng từ điểm này đến điểm kia qua cáp UTP. Công nghệ này đang ngày càng được chấp nhận rộng rãi trên thị trường mạng.
Cung cấp nguồn qua cáp Ethernet UTP được bắt nguồn từ chức năng của hệ thống điện thoại truyền thống (POTS), trong đó các máy điện thoại tương tự được cấp nguồn từ phía tổng đài đầu xa (CO hoặc PBX) thông qua cáp UTP.
Các kết nối Ethernet có sẵn nguồn cung cấp đã hiện diện rất nhiều trong các thiết bị ở cả phía cơ sở hạ tầng mạng cũng như phía người sử dụng. Sử dụng cáp UTP để cung cấp cả dữ liệu và nguồn sẽ giúp giảm chi phí lắp đặt và triển khai các ứng dụng như các điểm truy nhập LAN không dây, camera an ninh điều khiển từ xa, điện thoại VoIP, các thiết bị an ninh và điều khiển truy nhập báo cháy.
Ứng dụng của IEEE 802.3af Power over Ethernet – Thế hệ nguồn mới
Chuẩn 802.3af nghe có vẻ như không hứa hẹn lắm nhưng đây là chuẩn quốc tế đầu tiên về một phạm trù cung cấp nguồn điện theo phương thức mới.
Đây chỉ là một ví dụ, các máy tính xách tay chỉ có thể duy trì được vài giờ nếu chỉ sử dụng pin dự phòng. Điều này có nghĩa bất cứ ai khi mang máy tính xách tay đi đâu đều cần đến bộ cáp cấp nguồn và một phích cắm phù hợp. Để duy trì hoạt đông của laptop, người ta sẽ phải tìm kiếm nguồn cung cấp để cắm nó vào trước khi kết nối máy tính vào mạng để trao đổi dữ liệu. Với chuẩn mới này, bạn chỉ cần kết nối máy tính vào mạng mà không còn phải lo đi tìm ổ cắm nguồn.
Nguồn cung cấp và Ethenet tạo nên một sự kết hợp hoàn hảo
Công nghệ này sẽ khơi nguồn cho sự ra đời của nhiều loại thiết bị và ứng dụng mới chẳng hạn như các “toà nhà thông minh” được kết nối mạng hoàn toàn.
Power over Ethernet có thể vượt qua một số hạn chế về vị trí. Chẳng hạn như trong việc tái định vị điểm truy nhập trong mạng LAN không dây mà không cần quan tâm đến vấn đề lắp mới một ổ cắm nguồn tại vị trí mới.
Power over Ethernet – Đã sẵn sàng?
Hiện nay, PoE có thể cung cấp nguồn 48VDC với công suất là 12,95W qua cáp Cat5 đối với các dịch vụ Ethernet 10/100/1000Mbit/s tiêu chuẩn. Để có thể phù hợp với chuẩn IEEE 802.3af PoE, các thiết bị cấp nguồn trên Ethernet phải được định nghĩa, phân loại, có khả năng điều khiển trong quá trình khởi động và đáp ứng các yêu cầu về cách ly giữa nguồn và dữ liệu.
Hình trên chỉ ra một hệ thống điển hình. Switch Ethernet được duy trì và thêm vào đó là một nguồn cung cấp “trung gian” để “tiêm” nguồn vào cáp LAN. ở đầu kia của cáp, nguồn được sử dụng để chạy điện thoại, điểm truy nhập LAN không dây, camera và các thiết bị khác. Một hệ thống thiết bị lưu điện (UPS) cũng sẽ hỗ trợ trong trường hợp mất nguồn chính.
Năng lượng được truyền như thế nào qua cáp mạng LAN?
Cáp Ethernet Cat5 tiêu chuẩn có 4 đôi cáp xoắn, nhưng chỉ có hai đôi được sử dụng để truyền dữ liệu theo chuẩn 10BaseT và 1000 BaseT. Điều này tạo ra hai khả năng sử dụng cáp để truyền năng lượng.
Sử dụng các đôi cáp dự phòng. Hình 2 chỉ ra đôi cáp ở chân số 4 và chân số 5 được kết nối với nhau để tạo nên cực dương nguồn; đôi cáp ở chân số 7 và chân số 8 được kết nối với nhau và tạo nên cực âm của nguồn. (Trên thực tế, những thay đổi cuối cùng trong chuẩn không bắt buộc cực nào là cực dương hay âm của nguồn).
Sử dụng các đôi cáp dữ liệu. Do các đôi cáp Ethernet được biến áp cảm ứng (transformer coupled) tại mỗi đầu do đó có thể cấp nguồn cho vị trí giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp (center tap) mà không ảnh hưởng gì đến việc trao đổi dữ liệu. Trong chế độ hoạt động này, đôi cáp ở chân số 3 và chân số 6 và đôi cáp ở chân số 1 và chân số 2 sẽ là các cực của nguồn cung cấp.
Cần nhớ rằng tiêu chuẩn chỉ cho phép chọn một trong hai phương án trên (không được sử dụng cả hai phương án cùng lúc). Thiết bị được cấp nguồn (Powered Device) phải có khả năng chấp nhận cả hai lựa chọn trên.
Trong hình đầu tiên, Hub “trung gian” là một thiết bị cấp nguồn (Power Sourcing Equipment), điện thoại VoIP, điểm truy nhập vô tuyến, camera là các thiết bị được cấp nguồn. Các Switch Ethernet mới hơn có thể đã bao gồm cả chức năng này, và do đó Hub “trung gian” có thể không cần thiết. Điện áp danh định là 48V DC và công suất khoảng 13W là phù hợp đối với các thiết bị được cấp nguồn. Một bộ chuyển đổi DC-DC riêng biệt để biến điện áp 48V xuống cấp điện áp thấp hơn sẽ phù hợp hơn với các mạch điện tử trong các thiết bị được cấp nguồn, trong khi vẫn duy trì được độ cách điện ở mức 1500V vì những lý do an toàn. Theo ông Amir Lehr, phó chủ tịch của PowerDsine, nhà phát triển hàng đầu về công nghệ này, những vấn đề lớn nhất đó là sự suy hao năng lượng qua các giá đấu nối và chiều dài của cáp. Vì thế, chuẩn 802.3af chỉ quy định mức công suất 15,4W cho mỗi cổng, khi đến thiết bị được cấp nguồn thì công mức công suất này chỉ còn ở mức 13W. Mức công suất này cũng đủ cho phần lớn các loại điện thoại IP (từ 3W đến 5,5W), cho các Web camera và các điểm truy nhập WLAN (từ 6W đến 10W). Thậm chí đối với các máy tính xách tay đơn giản nhất cần khoảng 20W, người sử dụng cũng có thể tăng cường thời gian của pin dự phòng lên khoảng gấp đôi.
Có một yêu cầu trong tiêu chuẩn để ngăn chặn các tác hại cho thiết bị mạng hiện có. Một “chu trình phát hiện”, chạy từ thiết bị cấp nguồn (PSE), sẽ kiểm tra các cáp Ethernet, tìm kiếm các thiết bị tương thích với chuẩn. Nó thực hiện việc này nhờ cấp một điện áp thấp với dòng hạn chế vào cáp và kiểm tra xem có sự hiện diện của một điện trở 25 k( ở thiết bị đầu xa không. Chỉ khi phát hiện thấy điện trở này, nó mới cấp nguồn 48V nhưng với một cường độ dòng hạn chế để tránh các tác hại có thể gây ra cho cáp và thiết bị trong những điều kiện xảy ra lỗi.
Thiết bị được cấp nguồn (PD) phải tiếp tục được duy trì một dòng điện tối thiểu. Nếu không (chẳng hạn khi thiết bị được rút ra khỏi mạng) thiết bị cấp nguồn (PSE) sẽ thôi cấp nguồn và chu trình phát hiện lại bắt đầu.
Để tăng cường cho chu trình phát hiện, thiết bị được cấp nguồn (PD) có thể chỉ thị cho thiết bị cấp nguồn (PSE) biết rằng nó cần nguồn tối đa.
Thiết bị cấp nguồn cũng có thể cung cấp một mức quản lý hệ thống sử dụng giao thức SNMP. Điều này cho phép quản lý các hoạt động như tắt nguồn vào đêm hoặc reset từ xa.
Giá cả
Sự chênh lệch về giá cả thiết bị có sử dụng công nghệ này so với các thiết bị cùng loại thông thường không đáng kể. Chi phí thực sự đó là các khối cung cấp nguồn được bổ sung vào mạng theo mô hình các thiết bị chuyển mạch thông thường với một thành phần cung cấp nguồn bổ sung. Hiện nay chi phí cho hạng mục này đắt hơn khoảng 50%. Con số này có thể sẽ giảm xuống còn 20% trong thời gian không xa.
Peter Doggart, Giám đốc sản phẩm thị trường Anh quốc của công ty hàng đầu trong lĩnh vực này, 3COM, đã khẳng định các switch có khả năng cấp nguồn sẽ đắt hơn từ 20 đến 40% mặc dù một ví dụ thực tế hiện nay switch có khả năng cấp nguồn giá 2500 USD trong khi giá của switch thông thường cùng loại là 1600 USD.
Tuy nhiên, với các chi phí cho phần hệ thống điện cao, phần chi phí phát sinh trên hoàn toàn chấp nhận được, đặc biệt khi công nghệ này được đưa vào khai thác thương mại trong vài năm tới. Không nghi ngờ rằng công nghệ mới này đang làm thay đổi cách cung cấp điện cho các thiết bị điện tử hiện nay.
Một số ứng dụng của công nghệ
Các thiết bị sử dụng công nghệ này hiện đã có mặt trên thị trường. Chưa có hạn chế nào đôí với các thiết bị Hub “trung gian” PSE. Những ứng dụng chủ yếu đã sử dụng công nghệ này:
Điện thoại VoIP
– Các điểm truy nhập LAN không dây IEEE 802.3af
– Các điểm truy nhập Bluetooth
– Các IP camera
Và cho các ứng dụng sắp có:
– Smart signs/web signs.
– Máy thu ngân.
– Máy trò chơi.
– Audio/video juke boxes.
– Điểm bán lẻ của các hệ thống thông tin.
– Xây dựng các hệ thống điều khiển truy nhập.
– Bộ nắn nạp cho các thiết bị điện thoại di động và PDA
– Các nhạc cụ điện tử
PoE hoạt động như thế nào ?
PD – Powered Devices: PDs là thiết bị cuối có thể chấp nhận tín hiệu điện từ Ethernet Cat-5 cable.
PSE – Power Source Equipment: PSEs tăng cường nguồn trên cable .
Midspan device: đồng bộ giữ các thiết bị Switch và thiết bị cuối
Endspan devices (PoE Switches): Đây là bộ chuyển mạch Ethernet Switches đến cables
Cat5 ethernet cable có 4 cặp cáp xoắn :
2 cặp để data transfer,
2 cặp để trống .
Có 2 cách để có thể truyền điện trên cables ethernet
Cách 1: Dùng 2 cặp cùng được sử dụng để truyền dữ liệu, được dùng để thực hiện dẫn điện . PSE được kích điện cho 2 cặp dữ liệu trên (pin 1,2 và pin 3,6) thông qua trung tâm chuyển mạch biến điện mà không ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu.
Cách 2 :
Dùng 2 cặp phụ tùng không được sử dụng truyền dữ liệu , được sử dụng để thực hiện việc truyền dẫn điện .
It applies +ve voltage to pins 4 and 5 of ethernet cable.
Nó sẻ được cấp 1đầu điện cực + ởchân 4 và 5 của cáp ethernet. và cực – ở chân 7 và 8.
HỎI – ĐÁP
Chuẩn POE-100/100S dùng một cáp mạng cho cả tín hiệu dữ liệu và điện,Liệu hai tín hiệu này có làm nhiễu lẫn nhau không?
Có 8 dây trong một cáp mạng chuẩn. Tín hiệu mạng truyền thống dùng 4 dây (chân 1,2,3,6) để truyền. PoE dùng các dây còn trống (chân 4,5,7,8) để truyền tín hiệu điện. Do vậy sẽ không có xung đột giữa chúng.
Các sản phẩm của PoE chống sốc nguồn điện như thế nào?
Khi sốc nguồn xảy ra, điện áp và cường độ dòng điện ra của biến áp sẽ tăng hoặc giảm đột ngột và sẽ đốt cháy thiết bị hoặc làm tắt nó. Cả 2 trường hợp đều không tốt cho thiết bị. Với PoE, nguồn điện cấp cho thiết bị ở xa được điều khiển bởi POE-100S do đó kể cả khi có sốc nguồn, chỉ POE-100 bị ảnh hưởng thôi. Qua POE-100S, thiết bị ở xa vẫn có được nguồn điện ổn định.
Nguồn ra của mỗi cổng POE 802.af là bao nhiêu?
Mỗi cổng POE hỗ trợ nguồn 48VDC, 350mA, và công suất ra tối đa 15,4 Watt. Dò tìm và cấp nguồn cho chuẩn IEEE 802.3af.
Tôi có thể dùng POE-151 hoạt động cùng POE-152S-5V và 12V được không? Ngược lại , tôi có thể dùng POE-152 hoạt động cùng POE-151S-5V/9V/12V được không?
Được, Cả hai dòng POE-151 và POE-152 đều tương thích với chuẩn POE IEEE 802.3af và những thiết bị này có thể hoạt động cùng nhau. Tuy nhiên, như trong thiết kế, Nếu có thiết bị Gigabit Ethernet nào, như POE-152 hay POE-152S thì có thể hỗ trợ 1000Base-T cho băng thông 1000Mbps. Các thiết bị đầu cuối POE-151 hay POE-151S hay bất kỳ một sản phẩm nào của PLANET như POE-400 chỉ hỗ trợ 10/100Base-TX cho tốc độ 10 hoặc 100Mbps.
