Power Over Ethernet (PoE) de quatro pares

Visão geral do Power Over Ethernet (PoE) de quatro pares

Há vários anos, você executa projetos de cabos compatíveis com o padrão Power over Ethernet (PoE) para diversos dispositivos como telefones VoIP e câmeras de segurança. Até agora, toda a potência que você precisava suportar era no máximo 30 Watts, mas com a infinidade de dispositivos capazes de aproveitar níveis mais elevados de PoE atualmente, como os mais recentes pontos de acesso Wi-Fi 802.11ac, monitores digitais e até mesmo computadores, os seus clientes começam a pedir PoE de quatro pares. Este artigo apresenta uma atualização de quatro tópicos relacionados ao PoE: padrões propostos, requisitos de cabeamento, certificação de cabeamento LP e plugues terminados no campo.

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Power Over Ethernet (PoE) de quatro pares e o seu projeto de cabeamento

Há vários anos, você executa projetos de cabos compatíveis com o padrão Power over Ethernet (PoE) para diversos dispositivos como telefones VoIP e câmeras de segurança. Até agora, toda a potência que você precisava suportar era no máximo 30 Watts, mas com a infinidade de dispositivos capazes de aproveitar níveis mais elevados de PoE atualmente, como os mais recentes pontos de acesso Wi-Fi 802.11ac, monitores digitais e até mesmo computadores, os seus clientes começam a pedir PoE de quatro pares. Este artigo apresenta uma atualização de quatro tópicos relacionados ao PoE: padrões propostos, requisitos de cabeamento, certificação de cabeamento LP e plugues terminados no campo.

Os padrões

Vamos começar pelas diferenças entre os tipos existentes de PoE. O PoE Tipo 1 oferece até 15.4 W, com 13 W disponíveis para o dispositivo, e o PoE Tipo 2 (às vezes chamado PoE Plus) oferece até 30 W, com 25.5 W disponíveis para o dispositivo. Os dois tipos fornecem potência através de 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. Na Alternativa B, a potência é fornecida pelos pares sobressalentes 1 -4 e 5-7. Embora a Alternativa A seja compatível com o uso de dois pares (por exemplo, 10/100BASE-T) e quatro pares (1000BASE-T), a Alternativa B é compatível apenas com sinais de dados que usam dois pares.

O padrão 802.3bt proposto para PoE em quatro pares inclui o Tipo 3 e Tipo 4, que atualmente fornecem potência e dados pelos quatro pares simultaneamente. PoE Tipo 3 oferece até 60 W, com 51 W disponíveis para o dispositivo, e o PoE Tipo 4 oferece até 90 W, com 71 W disponíveis para o dispositivo.

Programa de Certificação da Ethernet Alliance

Para aprimorar a interoperabilidade, a Ethernet Alliance, um consórcio de fabricantes que representa fornecedores de noventa e cinco por cento dos equipamentos de comutação PSE, anunciou um Programa de Certificação PoE. Esse programa apresenta uma metodologia para certificação de produtos visando a interoperabilidade com outras soluções PoE baseadas no IEEE-802.3, e também oferece rotulagem simples 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 processo rigoroso de certificação podem ser rotulados com 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 e Equipamentos de Fornecimento de Energia.
Selos da Ethernet Alliance para Dispositivos Alimentados (à esquerda) e Equipamentos de Fornecimento de Energia (à direita).

Requisitos do cabeamento

No PoE Tipo 1 e Tipo 2 que usam 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. Para que isso aconteça, a resistência de CC de cada condutor no par deve estar equilibrada (ser igual), e qualquer diferença é chamada de desequilíbrio de resistência de CC. Desequilíbrio demais pode distorcer os sinais de dados, causar erros de bits, retransmissões e mesmo links de dados que funcionam mal.

Como a Alternativa A de PoE Tipo 1 e Tipo 2, o PoE Tipo 3 e Tipo 4 de quatro pares também fornecem potência através de tensão de modo comum, portanto, o desequilíbrio de resistência de CC importa também. 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 má qualidade com variações no diâmetro e na concentricidade (arredondamento) do condutor são os maiores riscos do desequilíbrio de resistência de CC, terminações irregulares nas quais condutores individuais não estão correta e uniformemente acomodados nos IDCs também 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.

A DSX CableAnalyzer™ Series pode rápida e facilmente testar o desequilíbrio de resistência de CC em um par e entre pares, e você poderá ficar seguro de que o projeto de cabos que você executar funcionará em aplicações de PoE de dois e quatro pares.

Aumento de calor e energia limitada no cabeamento

Infelizmente, o desequilíbrio de resistência de CC não é a única coisa com que você precisa se preocupar. Quando PoE é fornecido através de cabeamento de cobre de par trançado, o aumento da temperatura no cabo pode aumentar a perda de inserção. Isso pode levar um canal a não ser aprovado 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 maior a potência, maior o calor. O National Electric Code especifica o número de cabos permitidos em um feixe de acordo com a dimensão do condutor e a temperatura nominal no PoE de 60 W ou superior. A TIA também desenvolve diretrizes para limitar o aumento da temperatura no feixe.

Depois de um estudo de investigação de fatos dos efeitos de níveis superiores de PoE aplicado nos cabos em feixe, a Underwriters Laboratories (UL) apresentou a certificação de potência limitada (LP) para ajudar a simplificar a escolha de cabos em usos de PoE. A certificação de LP indica que o cabo foi testado para conduzir PoE nas piores situações de instalação sem exceder a temperatura nominal do cabo. A certificação leva em consideração grandes dimensões de feixes, altas temperaturas no ambiente e outros efeitos do ambiente como espaços fechados ou conduítes.

É importante compreender que LP é uma certificação, não uma lista ou classificação. Por isso, diferentemente de outras listas ou classificações plenum ou riser, exigidas pelo National Electric Code® NFPA 70, o cabo certificado como LP é uma opção, não é uma exigência. E por falar no NEC®, a edição 2017 apresenta novos requisitos que abordam também a questão do aumento de calor, mas apenas quando a potência é superior a 60 W (Tipo 3). Nesses casos, o NEC inclui tabelas de ampacidade que especificam a ampacidade máxima permitida para determinada dimensão de feixe, bitola de condutor e temperatura nominal em cabo instalado em temperatura ambiente de 30° C (86° F). Como o NEC® é lei, seguir essas tabelas de ampacidade é obrigatório. No entanto, o NEC permite o uso de cabo com certificação LP como alternativa para seguir a tabela de ampacidade.

A boa notícia é que você só precisará se preocupar com essa questão, se pretender operar com PoE acima de 60 W, e a maioria dos dispositivos ativados por PoE, inclusive luzes de LED, exige potência inferior. A má notícia é que você nunca sabe realmente quanta potência pode vir a ser fornecida eventualmente pelo cabo, por isso, seguir tabelas de ampacidade ou usar cabo com certificação LP é um bom método para garantir o futuro. Outras opções são: usar cabos com condutores de diâmetro maior, temperatura nominal mais elevada ou estrutura blindada e, simplesmente, optar por não usar feixes de cabos.

Embora o desequilíbrio de 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.

Links terminados com plugue modular

Caso de uso do espaço de teto para link terminado de plugue modularCom a Internet das coisas (IoT) e o desenvolvimento da tecnologia de sensores, cada vez mais dispositivos se tornam habilitados por IP e se conectam à infraestrutura de cabeamento horizontal de cobre. A maioria desses dispositivos, como luzes de LED, câmeras de segurança, controles de automação de edifícios e pontos de acesso de Wi-Fi, inclui uma porta RJ45 integrada para a conexão com a rede.

Pode haver cenários em que um canal comum com quatro conectores não seja usado ao conectar esses tipos de dispositivos, especialmente aqueles instalados no teto, onde é impraticável instalar um painel frontal. Em vez disso, há apenas um cabo de conexão na sala de telecomunicações, e o link permanente é terminado na outra extremidade com um plugue para que este possa ser conectado diretamente ao dispositivo, eliminando na prática o cabo do equipamento. Isso cria o que é conhecido atualmente como link terminado com plugue modular, ou MPTL e, como esse uso se torna mais comum e aparece em padrões do setor, é bom ter entendimento da forma de testá-lo hoje em dia.

Entre as vantagens de usar um link terminado com plugue estão segurança e estética melhores por evitar chicotes expostos que podem ser desconectados inadvertidamente ou deliberadamente (pense em uma câmera de segurança) e a capacidade de seguir o requisito do código de apenas usar produtos com classificação plenum em espaços de ventilação (nem todos os chicotes têm classificação plenum).

O uso de link terminado com plugue e que elimina o cabo do equipamento foi primeiramente citado na norma de segurança e proteção eletrônica BICSI 005 e aparece novamente nas Práticas de projeto e implantação da tecnologia de comunicação de informações BICSI 033 para instalações e edifícios inteligentes que devem ser publicadas ainda este ano. A norma de automação em edifícios TIA-862 também reconhece a necessidade de eliminar o cabo de equipamentos quando considerado inviável ou inseguro e, especificamente, quando permitir o uso de um link terminado com plugue. O uso era originalmente conhecido como "conexão de ligação direta", mas devido à confusão com conexões de ligação direta usadas em aplicações de switch para servidor em data centers, a terminologia evoluiu.

Embora reconhecido pelos padrões do setor como uma aplicação, anteriormente, não havia requisitos de testes específicos para links terminados com plugue especificados pela TIA. Portanto, conforme recomendado pelo BICSI, originalmente essas conexões eram testadas usando testes de link permanente de conector único modificado. Para realizar os testes, a unidade principal de testes era conectada ao painel com um adaptador de link permanente, a unidade remota era conectada à extremidade com um adaptador de canal e "Mod 1-Conn Perm. Link" era escolhido no testador. O problema de usar um adaptador de canal na extremidade é que a conexão acoplada na extremidade era excluída do teste.

Com a proliferação de plugues terminados em campo e com a possibilidade de uma terminação insatisfatória, organismos de normalização reconheceram a necessidade de um procedimento de teste que incluísse a conexão com plugue na extremidade. A minuta atual da norma ANSI-TIA568.2-D inclui a configuração MPTL, e o teste já está integrado à DSX CableAnalyzer Series.

Ferramentas de instalação

Testador PoE MicroScanner da Fluke NetworksMesmo com uma planta de cabos adequadamente certificada, os técnicos de instalação de PoE enfrentam problemas.  Talvez o cabo tenha sido rotulado incorretamente, talvez esteja quebrado, conectado à porta errada ou totalmente desconectado. Ou talvez o comutador pode não ter sido configurado para fornecer energia suficiente. Resolver esses problemas pode levar horas se o técnico não puder examinar o estado do fio.  Assim, eles precisam rastrear o fio para ver se está tudo bem e verificar onde ele está conectado.  E mesmo se conseguirem fazer isso, eles não podem dizer, somente inspecionando o comutador, se a potência está configurada corretamente.  Por isso, eles precisarão contatar o pessoal de TI para saber o que está acontecendo.

A Fluke Networks desenvolveu duas ferramentas para resolver estes problemas e poupar as horas de frustração técnica: O testador de Cabo + Rede LinkIQ e o MicroScanner™ PoE. Basta conectar qualquer uma das ferramentas ao cabo e, se ele estiver conectado a um PSE, ele exibirá a classe (0-8) de potência disponível no link. O técnico poderá então comparar o resultado aos requisitos do PD e saber se a potência suficiente estará disponível. O LinkIQ realiza um teste adicional colocando uma carga no PSE para determinar se o switch e o link de cabeamento são capazes de fornecer a potência anunciada. O MicroScanner™ PoE concluiu com sucesso o plano de teste do programa de certificação Ethernet Alliance Gen2 PoE, fornecendo confiança de que funcionará corretamente com todos os dispositivos compatíveis com IEEE. O testador também foi projetado para funcionar com uma ampla variedade de tecnologias não compatíveis com a IEEE, mas como não há programa de certificação para isso, você terá que acreditar em nossa palavra.

Esses testadores são inestimáveis para o técnico de muitas outras maneiras. Eles identificarão a velocidade da porta até 10 Gbps. Uma porta lenta pode limitar o desempenho de um ponto de acesso ou de uma câmera. Se o cabo foi danificado, eles exibem o comprimento de cada par, rupturas potenciais ou outras falhas. Os cabos também podem estar desconectados ou ter sido roteados incorretamente – então os testadores podem agir como uma fonte de tom para rastreamento do cabo. Os identificadores podem ser conectados a cabos remotos para determinar onde eles vão. O LinkIQ oferece recursos adicionais: caracterizar o desempenho do cabeamento até 10 Gb/s, exibindo o nome, a porta e o número de VLAN de um switch conectado. Finalmente, o LinkIQ pode gerar relatórios para o cabeamento ou o switch e armazená-los ou imprimi-los usando o popular software LinkWare™ PC.

Selecione o equipamento certo, certifique a capacidade dos cabos e assegure que seus técnicos possam verificar e resolver problemas de instalação, e seus projetos de PoE serão bem-sucedidos.

Testador de Cabo+Rede LinkIQ

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