Teste do Power Over Ethernet (PoE)

O futuro exige mais energia

As fábricas de cabos oferecem Power over Ethernet (PoE) há mais de duas décadas. Embora as implantações iniciais de PoE só precisassem suportar até 30 Watts (W), mais dispositivos hoje exigem quatro pares de PoE capazes de fornecer níveis mais altos de energia, incluindo os mais recentes pontos de acesso 802.11 Wi-Fi (WAPs), monitores digitais, laptops, iluminação LED e muito mais. Este artigo é uma visão geral dos temas relacionados ao PoE.

 

Índice

• O que é Power over Ethernet?
• Para que PoE é usado?
• Como funciona o PoE?
• Qual é a potência de tensão do PoE?
• Quais são as vantagens do PoE?
• Quais são os padrões para PoE?
• Quais são as diferentes classes de PoE?
• Quais são os requisitos de cabeamento para PoE?
• Como testar PoE?
• Escolhendo o testador certo para resolução de problemas de PoE
• Continue aprendendo

 

O que é PoE?

Power over Ethernet (PoE) é um tipo de energia de corrente contínua (CC) de baixa tensão e classe 2, entregue pelo equipamento da fonte de alimentação (PSE), como um comutador de rede, sobre cabeamento de par trançado balanceado (como Categoria 6A, 6 e 5e). A energia PoE é entregue simultaneamente com dados e informações de controle para dispositivos energizados (PDs) baseados em IP em rede.

 

Para que PoE é usado?

A energia PoE é usada para operar diversos dispositivos em rede, incluindo relógios IP, telefones VoIP, câmeras de vigilância, painéis de controle de acesso, pontos de acesso sem fio (WAPs), máquinas de ponto de venda, laptops e monitores digitais.

 

Como funciona o PoE?

A operação de PoE envolve um “handshake” para garantir que o dispositivo seja realmente um compatível com PoE e para comunicar os requisitos máximos de energia do PD antes que de enviar a energia. No “handshake”, o PSE aplica tensão para verificar a presença e o valor de um resistor dentro do PD e, em seguida, entrega a quantidade de potência com base na resposta do PD. Essa funcionalidade ajuda a reduzir o consumo de energia de dispositivos que exigem menos energia.

 

Qual é a potência de tensão do PoE?

O PoE é considerado um circuito de energia de classe 2 pelo National Electric Code (NEC®). Os circuitos de classe 2 são definidos assim por entregar 44 a 57 volts (V) de potência CC. A tensão de saída dos comutadores PoE padrão é tipicamente 48 V CC. A energia de classe NEC 2 também pode ser entregue como alimentação não PoE por um transformador de classe 2 ou fonte de alimentação em condutores de cobre padrão.

 

Quais são as vantagens do PoE?

PoE traz três vantagens principais:

 

• • A principal vantagem do PoE é a economia de custos. Ao entregar energia pelos mesmos cabos de rede que transmitem dados, o PoE elimina a necessidade de instalação de um circuito de energia de corrente alternada (CA) e uma tomada caros por um eletricista certificado. Isso não apenas reduz significativamente os custos com mão de obra, mas também reduz a quantidade de material necessário; os cabos de rede são muito menores do que os cabos de alimentação CA e não precisam ser colocados no conduíte.


• • O PoE é considerado uma tecnologia segura de tensão extrabaixa, o que significa que fornece segurança contra incêndio e proteção aceitável contra choque elétrico. Os técnicos de baixa tensão podem, portanto, implantar PoE sem risco para sua segurança. Além disso, como o PSE deve fazer o “handshake” com o PD antes de entregar energia; a energia não sai de um circuito não utilizado. Isso é bem diferente daa tomada de alimentação CA padrão, que entrega energia constantemente, independentemente de um dispositivo estar conectado.


• • O PoE oferece eficiência energética. A maioria dos componentes eletrônicos nos edifícios comerciais de hoje, desde equipamentos de TI e audiovisuais até iluminação LED, opera com energia CC. Entregar energia CC para esses dispositivos requer transformar a energia CA, o que cria perdas de até 30 %. Na verdade, especialistas estimam que mais de 70 % da energia CA gerada no mundo é convertida em energia CC para dispositivos e sistemas eletrônicos. Como o PoE elimina a necessidade de energia CA para dispositivos e entrega diretamente energia CC à sua operação, grande parte da perda associada à transformação de CA em CC em um edifício é eliminada. Além disso, como tecnologia de TI digital, PoE é apoiado por fontes centralizadas de alimentação ininterruptas (UPS), elevando a disponibilidade e a confiabilidade.

 

Quais são os padrões para PoE?

O PoE foi introduzido em 2003, com o padrão IEEE 802.3af original (agora chamado PoE Tipo 1), fornecendo até 15.4 W, com 13 W disponíveis para o dispositivo. Depois veio o PoE Tipo 2 (IEEE 802.3at), às vezes chamado de PoE Plus, entregando até 30 W, com 25.5 W disponível para o dispositivo. Os PoE tipo 1 e tipo 2 entregam energia em dois pares, usando um dos dois métodos: Alternativa A e Alternativa B.

Na Alternativa A, a potência é fornecida simultaneamente com dados pelos pares 1-2 e 3-6.

^{Os PoE Tipo 1 e Tipo 2 usando Alternativa A entregam energia nos pares 1-2 e 3-6 juntamente com dados, para aplicações de dois e quatro pares.}

Na Alternativa B, a potência é entregue pelos pares sobressalentes 4-5 e 7-8.

^{Os PoE Tipo 1 e Tipo 2 usando Alternativa B entregam energia nos pares 4–5 e 7-8 juntamente com dados, para aplicações de dois pares.}

Embora a Alternativa A seja compatível com aplicações de dois pares, como, 10/100BASE-T e de quatro pares, como 1000BASE-T, a Alternativa B é compatível apenas com sinais de dados que usam dois pares.

O mais recente padrão 802.3bt para PoE inclui os tipos 3 e 4, que atualmente entregam potência e dados pelos quatro pares simultaneamente, como exibido abaixo. Referido como PoE de quatro pares ou 4PPoE, o PoE Tipo 3 entrega até 60 W, com 51 W disponíveis para o dispositivo. O tipo 4 entrega até 90 W, com 71 W disponíveis para o dispositivo.

^{Os PoE de quatro pares Tipo 3 e Tipo 4 entregam energia pelos quatro pares juntamente com dados, para aplicações de dois e quatro pares.}

 

Quais são as diferentes classes de PoE?

Como os PDs têm diferentes requisitos de energia, os padrões e tipos de PoE IEEE 802.3 são categorizados em oito classes, conforme mostrado na tabela abaixo.

^{Classes PoE por tipo e padrão aplicável.}

Para aprimorar a interoperabilidade, a Ethernet Alliance, um consórcio de fabricantes que representa provedores de equipamentos de comutação PSE, desenvolveu um Programa de Certificação PoE. Esse programa apresenta uma metodologia para fabricantes certificarem seus produtos, visando a interoperabilidade com outras soluções PoE baseadas no IEEE-802.3, e também simplifica a rotulagem de tais produtos.

A certificação dos produtos é definida por um plano de teste com 300 páginas, usando equipamento aprovado. Isso pode ser realizado 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 que passarem pelo rigoroso processo de certificação podem usar o selo de aprovação da EA, como mostrado. 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.

^{Selos da Ethernet Alliance para Dispositivos Alimentados (à esquerda) e Equipamentos de Fornecimento de Energia (à direita).}

 

Quais são os requisitos de cabeamento para PoE?

Nos PoE Tipo 1 e Tipo 2, usando a Alternativa A, a potência é transmitida com a aplicação de tensão de modo comum nos dois pares, ou seja, a corrente é dividida igualmente entre os dois condutores, como exibido abaixo.

^{Os PoE tipos 1 e 2 usando a alternativa A dividem a energia igualmente em cada condutor de um par.}

Para alcançar o modo comum, a resistência CC de cada condutor no par deve ser equilibrada (igual). Qualquer diferença é chamada de desequilíbrio de resistência CC. O excesso de desequilíbrio pode distorcer os sinais de dados, causar erros em bits, retransmissões e mesmo links de dados não funcionais.

Como os PoE dos tipos 1 e 2 usando a Alternativa A, os PoE dos tipos 3 e 4 de quatro pares também entregam energia pela tensão de modo comum, portanto, o desequilíbrio de resistência de CC também é importante. No entanto, no Tipo 3 e Tipo 4, não é apenas com o desequilíbrio de resistência de CC em cada par que você precisa se preocupar. O desequilíbrio de resistência de CC excessivo entre vários pares também pode danificar a transmissão de dados e interromper a operação do PoE.

Embora cabos de qualidade inferior, com variações no diâmetro e na concentricidade (arredondamento) do condutor, sejam os maiores riscos do desequilíbrio de resistência de CC, terminações irregulares, em que condutores individuais não estão correta e uniformemente acomodados nos IDCs, também podem causar desequilíbrio de resistência de CC. Assim, embora você possa ver a especificação do desequilíbrio da resistência de CC no cabo de um fornecedor, testes de campo são realmente a única maneira de garantir o desempenho do desequilíbrio de resistência de CC depois da instalação. O teste do desequilíbrio da resistência de CC em um par e entre pares tornou-se crítico, já que mais empresas implantam dispositivos que combinam PoE e transmissão Gigabit Ethernet múltipla, como WAPs 802.11.

 

Aumento de calor e energia limitada no cabeamento

Infelizmente, o desequilíbrio da resistência de CC não é sua única preocupação. Se PoE for fornecido por cabeamento de cobre de par trançado, o aumento da temperatura no cabo pode elevar a perda da inserção. Isso pode fazer com que um canal seja reprovado em testes de perda de inserção ou exigir que o comprimento do cabo seja reduzido.

O calor gerado pelo PoE é um problema ainda maior quando vários cabos que fornecem PoE estão juntos em um feixe apertado; quanto mais energia, mais calor. A NEC especifica o número de cabos permitidos em um pacote, com base no tamanho do condutor e na classificação de temperatura para o PoE Tipo 3 (60 W) ou superior. Nesses casos, a NEC inclui tabelas de amperagem que especificam a amperagem máxima permitida para determinada dimensão de feixe, bitola de condutor e temperatura nominal em cabo instalado em temperatura ambiente de 30°C (86°F). A Associação do Setor de Telecomunicações (Telecommunications Industry Association, TIA) também fornece diretrizes para limitar o aumento da temperatura em um pacote, dentro dos padrões de infraestrutura de cabeamento ANSI/TIA-568.

Depois de um estudo de investigação de fatos dos efeitos de níveis superiores de PoE aplicado a cabos em feixe, a Underwriters Laboratories (UL) apresentou a certificação de potência limitada (Limited Power, LP) para ajudar a simplificar a escolha de cabos em usos de PoE. A certificação LP indica que o cabo foi testado para conduzir PoE nas piores situações de instalação, sem exceder a temperatura nominal do cabo. A certificação considera feixes de grandes dimensões, alta temperatura ambiente e outros efeitos ambientais, como espaços fechados ou conduítes.

É importante compreender que LP é uma certificação, não uma lista ou classificação. Diferentemente de outras listas ou classificações plenum ou riser, exigidas pela NEC, o cabo certificado como LP é uma opção, não um requisito. Como o NEC é lei, é necessário cumprir as tabelas de amperagem; no entanto, a NEC permite o uso de um cabo certificado como LP como alternativa ao acompanhamento das tabelas de amperagem.

A boa notícia é que você só precisa se preocupar com problemas de aumento de calor se estiver planejando executar PoE acima de 60 W (Tipo 3). Muitos dispositivos habilitados para PoE, incluindo câmeras de vigilância, exigem menos do que isso. A má notícia é que você nunca sabe realmente quanta energia pode ser entregue pelo cabo para suportar dispositivos futuros. Seguir as tabelas de amperagem ou usar um cabo certificado como LP é um bom método para preparar seu sistema para o futuro. Outras opções são usar cabos com condutores de diâmetro maior, temperatura nominal mais elevada ou estrutura blindada, além de simplesmente não usar feixes de cabos.

Embora o desequilíbrio da resistência de CC não seja normalmente um problema nos cabos de qualidade superior, com temperatura nominal mais elevada ou certificação LP, a mão de obra ineficiente ainda pode causar desequilíbrio de resistência excessivo. Portanto, ainda é recomendável que o cabeamento LP seja testado quanto à resistência de CC.

 

Como testar PoE?

Como mencionado anteriormente, testar o desequilíbrio da resistência de CC dentro de um par e entre pares pode garantir que uma planta de cabos funcione em aplicações PoE de dois e quatro pares.

A série de certificadores de cabo de cobre DSX CableAnalyzer™, da Fluke Networks, pode testar rápida e facilmente o desequilíbrio da resistência de CC dentro de um par e entre pares. Isso é feito ao escolher um limite de teste com sufixo +PoE, que é a opção na parte inferior da tela Test Limits (Limites de teste) do DSX CableAnalyzer. Selecionar +PoE adiciona medições para desequilíbrio da resistência de CC dentro de um par, desequilíbrio da resistência de CC entre pares e resistência de malha CC aos parâmetros de teste necessários para certificar um link permanente nos padrões do setor (por exemplo, perda de inserção, NEXT, PSNEXT, ACR-N, PSACR-N, ACR-F, PSACR-F e perda de retorno).

Como mostrado abaixo, o DSX CableAnalyzer mede a resistência da malha CC como a soma da resistência de dois condutores em um par, enquanto o desequilíbrio da resistência de CC é a medida da diferença da resistência entre os dois condutores. Conforme necessário para o PoE dos tipos 3 e 4, ele também mede o desequilíbrio da resistência de CC entre os pares. O gráfico a seguir mostra que o desequilíbrio da resistência de CC de condutor para condutor falhou para o par 1-2, mas foi aprovado para o desequilíbrio da resistência de CC de par para par.

 

Escolhendo o testador certo para resolução de problemas de PoE

Os sistemas PoE podem ter problemas mesmo com uma planta de cabeamento devidamente certificada. Talvez o cabo tenha sido rotulado incorretamente, esteja quebrado, conectado à porta errada ou totalmente desconectado. Ou talvez o comutador PoE não esteja configurado para fornecer energia suficiente. Resolver esses problemas pode levar horas, se o técnico não puder examinar o estado do fio. Assim, você precisa rastrear o fio para ver se está tudo bem e verificar onde está conectado. E, mesmo se descobrir isso, você não pode saber, ao olhar para o comutador, se a energia está configurada corretamente, portanto será necessário entrar em contato com TI para descobrir o que está acontecendo. Escolher o testador PoE correto pode facilitar em muito o processo de resolução de problemas.

A Fluke Networks desenvolveu duas ferramentas para resolver estes problemas e economizar horas de frustração: o LinkIQ™ Cable+Network Tester e o MicroScanner™ Cable Verifier. Basta conectar uma das duas ferramentas ao cabo e, se estiver conectado a um PSE, a classe (0-8) de potência disponível no link será exibida. Você poderá então comparar o resultado aos requisitos do PD e saber se energia suficiente estará disponível.

Esses testadores são inestimáveis de muitas outras maneiras.

• • Eles testarão a velocidade da porta em até 10 Gbps. Uma porta lenta pode limitar o desempenho de um WAP ou de uma câmera.


• • Se o cabo estiver danificado, os testadores exibem o comprimento de cada par, possíveis rupturas ou outras falhas.


• • Esses testadores podem funcionar como fonte de tom para rastrear o cabo. Os identificadores podem ser conectados a cabos remotos para determinar o destino dos cabos, o que é ideal quando os cabos são desconectados ou roteados incorretamente.

Ambos os testadores são certificados pelo programa de certificação Gen2 PoE da Ethernet Alliance, para que você tenha certeza de que funcionará corretamente com todos os dispositivos compatíveis com IEEE. E também foram projetados para funcionar com diversas tecnologias não compatíveis com a IEEE, mas como não há programa de certificação para isso, você terá que acreditar em nossa palavra.

^{O MicroScanner Cable Verifier da Fluke Networks tem certificação Ethernet Alliance Gen2 PoE.}

O LinkIQ sobe o nível da resolução de problemas ao colocar uma carga no PSE para determinar se o comutador e o link de cabeamento podem entregar a energia anunciada. Para testar a carga de PoE, o LinkIQ pode receber pacotes de protocolo de descoberta — como o protocolo de descoberta de camada de link (LLDP) baseado em padrões ou o protocolo de descoberta (CPD) da Cisco — de um comutador, permitindo que os comutadores descubram dispositivos conectados e anunciem seus recursos.

Como um testador de carga PoE, o LinkIQ mostra quais pares transportam energia, a classe de energia negociada (0-8) e a energia carregada, em watts, pelo PSE no dispositivo. Ele também mostra a quantidade mínima de volts necessária que o dispositivo precisa atender sob carga e os volts reais, medidos sob carga, para garantir que atenda a esse requisito. A negociação de energia entre o PSE e o PD ocorre no hardware e no software, para garantir que o dispositivo possa se conectar à rede e permitir a alocação dinâmica pelo comutador do PoE. O LinkIQ mostra informações para as classes de hardware e software.

^{O LinkIQ permite o teste de carga de PoE com base na classe de energia negociada e na carga real para hardware e software.}

O LinkIQ oferece recursos úteis adicionais. Ele caracteriza o desempenho do cabeamento até 10 Gb/s, exibindo o nome, a porta e o número de VLAN do comutador conectado. E pode gerar relatórios para o cabeamento ou comutador, e armazená-los ou imprimi-los usando o popular software LinkWare™ PC.

Com o equipamento de teste e a estratégia de teste PoE corretos, você pode certificar que suas estações de cabos podem suportar PoE, bem como verificar e solucionar problemas de sistemas PoE, garantindo que todos os seus projetos PoE funcionem sem problemas.

 

Continue aprendendo

• • O que você precisa saber para escolher um testador PoE
• • Teste de carga PoE: Resolução de problemas avançada para seus sistemas PoE
• • Como testar se seus cabos Ethernet são compatíveis com PoE
• • O que é (+Todos) e quando devo escolher?
• • Agrupar em pacote ou não?
• • White Paper: Teste de Desequilíbrio de resistência DC Seguro fácil e accessível para seus sistemas PoE