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WHITE PAPER

Um guia para a instalação bem sucedida de Power over Ethernet

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Visão geral

Anos atrás, alguém concebeu a ideia de fornecer energia de corrente contínua (CC) de baixa tensão e dados simultaneamente através de cabeamento de rede de par trançado, e nasceu o Power over Ethernet (PoE). Desde sua criação em 2003, a tecnologia PoE evoluiu para oferecer mais energia e suporte a uma gama cada vez maior de dispositivos baseados em IP alimentados pela rede, de telefones VoIP, câmeras de vigilância e pontos de acesso (APs) Wi-Fi a luzes LED, laptops e monitores digitais. A implementação bem-sucedida e a solução de problemas são cruciais para obter os benefícios desse método moderno de fornecimento de energia.

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Como funciona o PoE

Para dispositivos em rede, o PoE elimina a necessidade de circuitos e tomadas tradicionais de corrente alternada (CA). Ele utiliza baixa tensão eficiente de 43 a 57 VCC por cabeamento de rede de par trançado, como Categoria 6A, Categoria 6 e Categoria 5e. Isso significa que o PoE pode ser instalado sem risco à segurança e com menos requisitos rigorosos em comparação com dispositivos tradicionais alimentados por linha CA, como a necessidade de um eletricista certificado, conduíte e caixas elétricas, resultando em menores custos de mão de obra e material.

O que é um circuito de PoE?

Um circuito PoE é composto de três partes:

  1. Equipamento de fornecimento de energia (PSE) que injeta a energia elétrica no mesmo cabeamento dos sinais de dados. Geralmente, esse equipamento é um switch de rede habilitado para PoE, mas pode ser um injetor midspan usado nos casos em que o switch não é capaz de fornecer energia.

  2. Cabo de rede de par trançado, que transporta energia e sinais de dados. Os padrões IEEE para PoE especificam o fornecimento de energia em dois ou quatro pares de um sistema de cabeamento trançado de quatro pares.

  3. Dispositivo alimentado (PD) que consome a energia fornecida pelo PSE.

Figura 1. Projeto básico e nomenclatura de PoE.

Padrões atuais para PoE

Os padrões IEEE 802.3 definem como os PDs recebem energia do PSE. Em um sistema PoE, a energia é fornecida pelo PSE somente após o PD solicitá-la. Isso faz parte de um processo chamado negociação, que envolve o PSE descobrir se um dispositivo conectado é compatível com PoE e fornecer apenas a quantidade de energia que o dispositivo precisa para operar. Se o PD for desconectado, o PSE imediatamente removerá a alimentação, tornando o PoE consideravelmente mais seguro do que a alimentação CA típica, que está sempre presente na tomada.

O primeiro padrão de PoE, 802.3af, foi adotado em 2003 e fornecia até 15,4 watts (W) de potência através de dois pares. Depois, adotado em 2005, o IEEE 802.3at (também conhecido como PoE+) foi adotado em 2005. Ele suportava até 30 W. Dois anos depois, a Cisco desenvolveu seu Universal PoE (UPOE) usando todos os quatro pares, levando a potência máxima para 60 W. Em setembro de 2018, o IEEE aprovou o 802.3bt, permitindo até 60 W e 90 W de potência fornecida.

A Figura 2 mostra os padrões de PoE do IEEE definidos pelos oito níveis ou classes de potência, que podem ser fornecidas por meio de quatro configurações: Tipo 1 e Tipo 2, que usam dois pares, e Tipo 3 e Tipo 4, que usam quatro pares.

Figura 2: Classes, tipos e padrões de PoE.

 

Três etapas para uma implementação bem-sucedida de PoE

Uma implementação de PoE é um processo em três etapas:

  1. Seleção de equipamentos

  2. Certificação de cabos

  3. Instalação e resolução de problemas

Vamos ver o que é necessário em cada etapa.

Etapa 1: Seleção de equipamentos

Embora o PoE ofereça benefícios significativos, a padronização é essencial. O termo PoE em si não é uma marca comercial. Qualquer fornecedor pode alegar recursos de PoE. Além disso, os fornecedores adotaram termos adicionais, como "PoE+" e "PoE++", bem como o Universal PoE (UPOE) da Cisco.

Embora todas essas abordagens se encaixem nos três padrões do IEEE, os fornecedores criam mais confusão com outras implementações de PoE fora dos padrões. Por exemplo, implementações de PoE "passivas" fornecem potência "sempre ligada", que não é negociado entre o PSE e o PD. Outras implementações negociam os níveis de potência em camadas mais altas do que o protocolo Link Layer Discovery Protocol (LLDP), que é usado por equipamentos e dispositivos para anunciar suas capacidades.

Os técnicos de campo, e até mesmo os engenheiros, podem ficar confusos sobre o que vai funcionar em conjunto. Não é surpresa que um estudo recente com mais de 800 instaladores, integradores e usuários finais descobriu que quatro em cada cinco entrevistados tiveram dificuldades na integração de sistemas PoE.

Programa de Certificação da Ethernet Alliance

Para eliminar essa confusão e aumentar a interoperabilidade, a Ethernet Alliance, um consórcio de fabricantes de equipamentos de comutação de PSE, PDS e soluções de teses, anunciou um Programa de Certificação em PoE. Esse programa apresenta uma metodologia para fabricantes certificarem seus produtos, visando a interoperabilidade com outras soluções PoE baseadas no IEEE 802.3, e oferece rotulagem simples de tais produtos.

A certificação dos produtos é definida por um plano de teste com 300 páginas, usando equipamento aprovado. Os testes de certificação podem ser conduzidos por fabricantes ou terceiros, como o Laboratório de Interoperabilidade da Universidade de New Hampshire (UNH-IOL). Ambos os equipamentos PSE e PD devem ser certificados. Os equipamentos aprovados no rigoroso processo de certificação podem usar o selo de aprovação da EA, como mostrado abaixo.

Os projetistas e instaladores de equipamentos PoE podem simplesmente comparar os selos do PSE e do PD para determinar a compatibilidade. Se a classificação do PSE for igual ou maior do que os requisitos do PD, a funcionalidade está garantida.
 

Figura 3. Selos da Ethernet Alliance para Dispositivos Alimentados (à esquerda) e Equipamentos de Fornecimento de Energia (à direita).

Etapa 2: Certificação do cabo

O PoE é projetado para passar em cabeamento padrão de par traçado Categoria 6A, 6 e 5e. Todavia, adicionar energia CC a um cabo que transmite dados em alta velocidade gera requisitos adicionais para o cabeamento.

  1. A resistência geral do cabo deve ser baixa. Se for muito elevada, a potência será dissipada entre o PSE e o PD, e o PD não receberá energia suficiente.

  2. A PoE é transmitida pela aplicação de uma tensão de modo comum em dois ou quatro pares, ou seja, a corrente é dividida igualmente entre os dois ou os quatro condutores. Para que isso aconteça, a resistência de CC de cada condutor no par deve estar equilibrada (igual), e qualquer diferença é chamada de desequilíbrio de resistência de CC. O excesso de desequilíbrio de resistência de CC pode distorcer os sinais de dados, causar erros em bits, retransmissões e mesmo links de dados não funcionais.

  3. Em Tipos 3 e 4, implementações de PoE que fornecem energia em todos os quatro pares de um cabo de categoria, você não precisa se preocupar apenas com o desequilíbrio de resistência CC em cada par. O desequilíbrio excessivo da resistência de CC entre vários pares também pode danificar a transmissão de dados ou causar o mal funcionamento do PoE.

O IEEE reconheceu a importância destas medições de resistência e incluiu, no padrão 802.3, requisitos para resistência do circuito CC e desequilíbrio de resistência CC dentro de um par. A Telecommunications Industry Association (TIA) também especificou esses parâmetros nos padrões de cabeamento ANSI/TIA-568.2 para canais de cabeamento de Categoria 5e, 6 e 6A.

Infelizmente, a maioria das instalações é certificada usando o padrão de teste de campo TIA-1152-A, que inclui essas medições apenas como opcionais. Terminações inferiores, em que condutores individuais não são instalados de modo correto e uniforme nos IDCs, podem causar desequilíbrio de resistência de CC. Então, embora você possa ver a especificação de desequilíbrio de resistência de CC no cabo de um fornecedor, testes de campo são realmente a única maneira de garantir o desempenho de desequilíbrio de resistência de CC depois da instalação.

Usar um testador de certificação de cabeamento que inclua essas medições de resistência (como a série DSX CableAnalyzer™ da Fluke Networks) permite testar com rapidez e facilidade o desequilíbrio de resistência de CC em um par e entre pares, para que você possa ficar seguro de que a planta de cabos implantada funcionará em aplicações de PoE de dois e quatro pares. Os testes de certificação também são normalmente necessários para adquirir uma garantia da planta de cabos e isso facilita a resolução de problemas no futuro. O DSX CableAnalyzer Certifier permite que você armazene e gerencie resultados, e gere relatórios por meio do software de gerenciamento LinkWare™ PC ou do serviço baseado em nuvem LinkWare Live, que permite carregar resultados no local de trabalho.

Figura 4. Exibição do Versiv dos resultados de desequilíbrio de resistência par a par.

Etapa 3: Instalação e Resolução de problemas

Conhecer a capacidade do PSE e os requisitos do PD simplificam muito instalação e a resolução de problemas.

Infelizmente, no mundo real, os técnicos que fazem a manutenção de dispositivos alimentados por PoE frequentemente não têm acesso a essas informações. Eles podem verificar com facilidade os requisitos de um PD certificado pela EA, mas na maioria dos casos, os técnicos trabalham a uma distância considerável do PSE, enfrentando assim uma longa caminhada de volta ao gabinete de telecomunicações ou ao data center para identificar os recursos do switch. Eles também muitas vezes enfrentam o desafio de identificar qual cabo se conecta ao PD. Em alguns casos, eles podem não ter acesso ao PSE e precisariam entrar em contato com a equipe de TI para determinar a capacidade. Um técnico poderia perder a metade do dia rastreando o cabo e avaliando o comutador.

Ferramentas projetadas para resolver problemas de PoE

A Fluke Networks desenvolveu duas ferramentas para resolver esses problemas e poupar aos técnicos horas de frustração: o LinkIQ™ Cable+Wi-Fi+Network Tester e o MicroScanner™ Cable Verifier. Basta conectar uma das duas ferramentas ao cabo e, se ele estiver conectado a um PSE, exibirá a potência e a classe (0-8) de energia disponível no link, e indicará quais pares estão conduzindo energia. O técnico poderá então comparar o resultado aos requisitos do PD e saber se a potência suficiente estará disponível. Os dois produtos concluíram com sucesso o plano de teste do programa de certificação Ethernet Alliance Gen2 PoE, fornecendo confiança de que funcionarão com todos os dispositivos compatíveis com IEEE. O testador também foi projetado para funcionar com uma ampla variedade de tecnologias que não estão em conformidade com IEEE.

Figura 5. O MicroScanner Cable Verifier certificado pela Ethernet Alliance PoE exibe a potência e a classe (0-8) de potência disponível no link e indica quais pares estão transportando energia.

O testador LinkIQ leva o teste de PoE ainda mais longe, exibindo a classe de PoE negociada real e a potência disponível no PSE nos níveis de hardware e software, garantindo que os PDs possam receber energia do switch e negociar eficientemente a alocação dinâmica de energia. O testador LinkIQ realiza um teste adicional aplicando uma carga na conexão e medindo a tensão por porta em tempo real para verificar se o switch e o link do cabo são capazes de fornecer a energia anunciada. Isso é ideal para testar redes PoE ativas, onde switches habilitados para PoE alocam energia para cada porta com base nos requisitos de seus dispositivos conectados. Se vários dispositivos estiverem alimentados, seu switch pode não ter energia suficiente disponível para um novo PD.

Figura 6. O testador LinkIQ certificado para PoE pela Ethernet Alliance exibe a classe de PoE negociada e a potência do PSE nos níveis de hardware e software, e realiza testes de carga de PoE para medir a tensão fornecida pela porta para verificar a operação adequada.

Os testadores LinkIQ e MicroScanner também são valiosos para os técnicos de outras maneiras. Eles identificam a velocidade da porta até 10 Gbps, que é uma informação útil, pois uma porta lenta pode limitar o desempenho de um AP Wi-Fi, câmera ou outro dispositivo de alta velocidade. Se o cabo estiver danificado, os testadores exibem o comprimento de cada par, possíveis rupturas ou outras falhas. Os testadores LinkIQ e MicroScanner podem até mesmo servir como uma fonte de tom para rastrear cabos com o IntelliTone™ 200 Pro Probe da Fluke Networks, que ajuda a localizar cabos em paredes, em chicotes ou em switches, painéis de conexão ou tomadas de parede.

O testador LinkIQ fornece recursos adicionais para auxiliar na resolução de problemas da rede. Ele exibe o nome do switch, sua velocidade anunciada, o número de porta específico e a LAN virtual (VLAN) atribuída a um link. Você pode até mesmo identificar a porta do switch conectada usando o recurso Blonk Port Light do testador LinkIQ Duo e realizar um teste de ping de IP para confirmar se os links podem alcançar um endereço de destino específico e determinar a latência.

Figura 7. O testador LinkIQ exibe o nome do switch, sua velocidade anunciada, o número da porta específica e a LAN virtual (VLAN) atribuída a um link, e executa um teste de ping de IP.

 

 

Figura 8. O testador LinkIQ Duo mostra detalhes do ponto de acesso sem fio, incluindo nome, suportes de redes, banda usada, tecnologias e força do sinal.

 

O testador LinkIQ também está disponível como o modelo LinkIQ Duo, que adiciona análise de Wi-Fi ao Wi-Fi 6E. A maioria dos APs Wi-Fi é habilitada para PoE, e o testador LinkIQ Duo permite solucionar problemas de PoE e Wi-Fi com uma única ferramenta. Ele facilita a análise do seu ambiente Wi-Fi executando um conjunto completo de testes e exibindo os resultados da maneira que você deseja visualizá-los — por redes, canais ou pontos de acesso. O testador LinkIQ pode gerar relatórios para o cabeamento e armazená-los ou imprimi-los usando o popular software LinkWare™ PC.

 

MicroScanner PoE

LinkIQ / LinkIQ Duo

DSX CableAnalyzer

Resolução de problemas para cabos

X

X

X

Testes de desempenho do cabo

 

10 Mb/s até 10 Gb/s

Certificação para TIA, ISO e normas internacionais

Medições de resistência para PoE

 

 

X

Identificação da velocidade da porta do switch

X

X

 

Testes do switch (nome, porta, VLAN)

 

X

 

Teste de porta PoE

X

X

 

Teste de porta PoE carregada

 

 

 

Análise e testes de Wi-Fi

 

X
(Apenas LinkIQ Duo)

 

Relatório

 

LinkWare PC

LinkWare PC, LinkWare Live

 

Figura 8. Comparação dos testes da Fluke Networks para dispositivos PoE e cabeamento.

Faça com que seus projetos de PoE funcionem sem problemas selecionando o equipamento certo, certificando o cabo e garantindo que seus técnicos tenham os testadores corretos para verificar e solucionar problemas na instalação com facilidade.

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