Che cos'è poe e come funziona l'alimentazione tramite Ethernet

La connettività Internet è diventata necessaria al giorno d'oggi poiché quasi tutti i dispositivi elettronici necessitano di una connessione Internet attiva per funzionare correttamente. Sebbene la maggior parte dei dispositivi disponga di opzioni di connettività Wi-Fi, molti dispositivi e router di rete utilizzano ancora porte e cavi Ethernet per connettersi alla linea Internet cablata. In precedenza abbiamo appreso come trasferire i dati su linee elettriche nell'articolo Power Line Communication, oggi impareremo come trasferire l'alimentazione su linee dati che sono PoE (Power over Ethernet).

Cos'è PoE (Power over Ethernet)?

Come suggerisce il nome, la fornitura di energia elettrica tramite cavi Ethernet è chiamata PoE.

Sappiamo tutti che i cavi Ethernet vengono utilizzati per il trasferimento dati e la connettività di rete ma lo sai che il più delle volte non utilizziamo tutte le linee di collegamento presenti nel cavo Ethernet. Si consideri ad esempio il cavo Ethernet mostrato nella figura sotto, ha 8 linee ma tra queste solo quattro sono comunemente usate per lo scambio dati (Arancione, Arancio-bianco, Verde e Verde-bianco) mentre le restanti quattro linee rimangono inattive. Quindi lo scambio di dati è possibile anche dopo aver rimosso queste linee inattive su entrambe le estremità, motivo per cui nel cavo Ethernet di fascia bassa ci sono solo quattro linee invece di otto linee. Quindi le quattro linee inattive possono essere utilizzate per il trasferimento di potenza. Questa semplice configurazione dell'utilizzo di linee inattive per fornire alimentazione al carico è denominata Power over Ethernet.

Vediamo ora il semplice circuito per una migliore comprensione del PoE. In questo circuito, quattro fili vengono rimossi (blu, blu-bianco, marrone e marrone-bianco in particolare) dal jack su ciascuna estremità del cavo. Come detto in precedenza, questa coppia di cavi marrone e verde non viene utilizzata nelle applicazioni Ethernet a bassa velocità, quindi spelarli dal jack non causerà alcuna interruzione delle comunicazioni. Quindi un'estremità dovrebbe essere collegata all'alimentatore e l'altra al carico, quindi per fare un esempio stiamo usando una batteria come fonte di alimentazione e una telecamera come carico. Con sorgente e carico nel circuito chiuso, il circuito seguente è completato e la telecamera mostrerà la risposta. Poiché utilizzando questa semplice configurazione abbiamo fornito l'alimentazione a un semplice dispositivo tramite cavo Ethernet, possiamo dire che il PoE è stato ottenuto.

Come funziona Power over Ethernet e perché viene utilizzato

Il motivo principale per utilizzare PoE rispetto al sistema di alimentazione convenzionale è ridurre il costo di fornitura di alimentazione a ciascuna periferica che si collega alla rete. Ad esempio, se hai 10 telecamere spia distribuite in tutto l'edificio, in quel caso, sono necessari 10 alimentatori per fornire alimentazione a loro e questo non è il problema principale. Il problema principale è il cablaggio di 220 linee di alimentazione vicino a ciascuna periferica che non è pratico, quindi l'utilizzo di PoE è l'opzione migliore per collegare tutte le periferiche al sistema centrale.

Ora lo striping del cavo Ethernet, per il collegamento di ciascuna periferica al sistema centrale, è di per sé un compito noioso, quindi per questo vengono utilizzati iniettore PoE e splitter PoE.

Come mostrato nella figura, utilizzando PoE Injector e PoE Splitter possiamo saltare tutte le seccature di identificare i colori, spelare i fili, saldare e ravvivare le estremità libere. Vediamo ora la funzione di questi dispositivi e come possono essere utilizzati.

Iniettore PoE

Questo dispositivo ha due porte di ingresso e una porta di uscita. Il primo ingresso è per il collegamento del normale cavo Ethernet e un altro ingresso è per il collegamento dell'alimentazione CC, mentre l'uscita è utilizzata per il collegamento del cavo Ethernet PoE.

In ingresso abbiamo: normale connessione Ethernet + alimentazione DC

In uscita abbiamo: PoE Ethernet (che può essere utilizzato per il collegamento di dispositivi PoE)

Quindi la funzione dell'iniettore PoE fornisce PoE Ethernet prendendo la normale connessione Ethernet e l'alimentazione CC.

PoE Splitter

Questo dispositivo ha una porta di ingresso e due porte di uscita. L'ingresso serve per il collegamento del cavo Ethernet PoE mentre le porte di uscita forniscono normale alimentazione Ethernet e CC.

In ingresso abbiamo: PoE Ethernet

In uscita abbiamo: normale connessione Ethernet + alimentazione DC

Quindi la funzione dello splitter PoE è esattamente l'opposto dell'iniettore PoE che è quello di dividere la connessione Ethernet PoE in un normale Ethernet e alimentatore CC utilizzabile.

Estensore PoE

Un estensore PoE viene utilizzato quando è presente una copertura di rete su grandi distanze come centri commerciali, hotel, ristoranti, edifici per uffici, aziende, campus accademici e impianti sportivi. In quei luoghi non è possibile utilizzare normali connessioni Ethernet a 100 metri e questo è il momento in cui entra in gioco PoE Extender. Questo dispositivo può essere utilizzato per estendere i dispositivi di rete Ethernet oltre il limite di distanza di 100 m, rendendolo un'opzione praticabile in molti casi.

I dispositivi periferici di questi giorni supportano PoE Ethernet, quindi possiamo saltare lo splitter e collegare direttamente il cavo al dispositivo come mostrato nella figura.

Ora, questa configurazione funzionerà se ci sono uno o due dispositivi, ma se ci sono più dispositivi, l'acquisto di un iniettore PoE per ogni dispositivo non è la soluzione migliore. Per questi casi specifici, abbiamo PoE Hub che può sostituire più PoE Injectors.

Hub PoE

Il funzionamento dell'hub PoE è simile all'iniettore PoE tranne per il fatto che accetta molte connessioni Ethernet fornendo allo stesso tempo molte uscite Ethernet PoE. L'hub viene utilizzato al meglio se si hanno molti dispositivi PoE da un lato e una normale connettività Ethernet che fornisce un server dall'altro. Il funzionamento del mozzo può essere facilmente compreso dallo schema a blocchi sottostante.

Fino ad ora abbiamo ipotizzato che ci fossero linee libere disponibili nel cavo Ethernet che possono essere utilizzate per PoE senza troppe difficoltà.

Ora potresti chiederti, che dire dei casi in cui vengono utilizzate tutte le linee nei cavi Ethernet ? Bene, questo caso non è raro in quanto i sistemi di trasferimento dati e Internet ad alta velocità utilizzano tutte le linee dati. Anche in quei casi, PoE è ancora realizzabile ma diventa complesso rispetto alla configurazione precedente.

Nel caso di un sistema di trasmissione ad alta velocità, sia i dati che l'alimentazione vengono inviati attraverso le stesse linee, ma per questo vengono utilizzati dispositivi speciali. Questa unità speciale è uno switch PoE che aumenta i costi a differenza di prima, dove possiamo semplicemente rimuovere le linee inutilizzate ad entrambe le estremità e usarle per nostra comodità.

Switch PoE

Uno switch PoE è uno switch di rete in grado di fornire alimentazione tramite Ethernet da ciascuna interfaccia pur essendo in grado di inoltrare frame. In poche parole, funziona come una porta per collegare più dispositivi PoE a un singolo PC.

Nello schema a blocchi è possibile vedere come più dispositivi PoE sono collegati allo switch PoE con cavi Ethernet e il PC comunica con questi dispositivi tramite lo switch PoE. Uno switch PoE richiede un uplink a una rete esistente per espandere e aumentare ulteriormente le porte.

Standard PoE

I dispositivi PoE seguono determinati standard per la comunicazione dei dati e la fornitura di energia. Quindi questi standard vengono seguiti durante la progettazione di questi dispositivi. Di solito, ci sono quattro tipi di standard seguiti durante la progettazione di questi dispositivi e sono suddivisi in base alla loro capacità di gestione della potenza.

Estensione IEEE	genere	Capacità di potenza
IEEE802.3af	Tipo 1	15,4Watt
IEEE802.3at / PoE +	Tipo 2	30,8 Watt
IEEE802.3bt / UPoE	Tipo 3	60Watt
IEEE802.3bt	Tipo 4	90Watt

È possibile esaminare questa tabella e scegliere lo switch, l'iniettore o il router PoE appropriato per i dispositivi PoE.

Applicazioni PoE

• Sistema di illuminazione intelligente: il sistema di illuminazione può essere controllato tramite un server o un PC remoto che tornerà utile.
• Casa intelligente: PoE semplifica la progettazione di una casa intelligente perché nella rete domestica intelligente la connettività è stabilita in ogni angolo dello spazio abitativo mentre ogni apparecchio condivide i dati tra loro e questo può essere ottenuto più facilmente utilizzando PoE.
• Sistema di sicurezza: Office e Institutes possono aumentare la loro produttività installando dispositivi PoE per la sicurezza.
• PoE utilizzato anche per RFID e sistemi di allarme.

Limitazioni di PoE

Anche se tutto sembra verde qui, ma non è così. Ci sono molti svantaggi per PoE e un paio di questi sono discussi di seguito.

• Costo: come al solito, qualsiasi installazione tecnologica si riduce ai soldi. Sebbene installando PoE possiamo risparmiare denaro, si applica solo se ci sono più di quattro o cinque dispositivi nell'area. Questo perché l'installazione di PoE ti costerà migliaia ma puoi portare a termine il lavoro con poche centinaia se ci sono solo uno o due dispositivi PoE. Quindi l'installazione PoE non è adatta per le case in cui i dispositivi PoE sono limitati a uno o due. In tal caso, l'acquisto di un cavo di prolunga o di un adattatore porterà a termine il lavoro invece di spendere una quantità enorme per la configurazione PoE.
• Complessità: l' installazione della configurazione PoE aggiungerà complessità a chiunque è inutile dirlo. Come se dovessi capire i nuovi termini su PoE e preoccuparti di acquistare sistemi di corrispondenza ogni volta che desideri installare un nuovo dispositivo PoE a casa o in ufficio.