שילוט דיגיטלי אינטראקטיבי, מסכי וידאו בשדות תעופה, נקודות גישה אלחוטיות, מצלמות אבטחה וציוד AV מתקדם בחדרי ישיבות: לכולם דבר משותף – ביישומים אלה משתמשים בטכנולוגיה המאפשרת העברת הספק ונתונים באמצעות כבלי רשת.

תקן ה-POE היה כאן מזמן.. אך כניסתו של תקן ה- IEEE 802.3bt Power over Ethernet (PoH) החדש היכול לספק עד W90 ולהפעיל כמעט כל מכשיר באמצעות כבל רשת יחיד (CAT5E/6/7/7A/8), שינה את התמונה. ה IEEE 802.3bt Power over Ethernet (PoE) -מדבר על הספקים של 60W, מה שנקרא UPOE (4PPOE/PoE++) ואף 90W, מה שנקרא-  AV-POE/POH –  Power over HDBaseT שזה גם הספקי מתח גבוהים וגם מקצבים של עד 10Gbps נקי ללא דחיסה כלל, דהיינו – 4K 60Hz.

POE – יסודות

הגרסה הראשונה של ה-  PoE הסוויץ יכולה לספק עד W15.4 כשתכלס הצרכן יקבל עד W12.95. תקן זה שימש בעיקר לחיבור טלפוני, VoIP  נקודות גישה אלחוטיות ומצלמות IP. כשסטנדרט הרשת האלחוטית – IEEE802.11ac – הפך למציאות, צרכנים מסוג זה נזקקו ליותר הספק. תקן הרשת האלחוטית IEEE802.3at-2009 הגדיל את הספק הסוויץ ל -W30 בכדי לספק בפועל לצרכן עד 25.5 וואט על פני שני זוגות. תקן ה- PoE הבא בתור הוא ה- IEEE802.3bt, בו המתח יעבור על 4 זוגות הכבל, בו יש שתי רמות הספק חדשות של W60 לכל יציאת PoE מהסוויץ (עד W51 לכל צרכן בפועל) וכמעט W100 (עד W71.3 לכל צרכן בפועל).

Power over HDBaseT (PoH) – יסודות

ה- PoH, שיפר עוד יותר את טכנולוגיית ה- PoE. כדי שה- POE יתפקד נדרש שנקודות הקצה, הצרכנים – מצלמות, מסכים או נקודות גישה אלחוטיות, יקבלו תשתית כבילה גם לא באיכות הגבוה ביותר… עם PoH הסיפור שונה, צרכן המותאם לתקן ה- bt, יוכל למשוך הספק לפי הצורך (כל עוד הוא שומר על צריכת הספק הכוללת על 100 וואט או מתחת). PoH ייחודי לתקן HDBaseT בכדי להביא הספק רב יותר למכשירים הדורשים זאת, כגון מסכי לד ענקיים וצרכנים בעלי דרישת הספק גבוה נוספים. טכנולוגיית הוידאו HDBaseT מביאה לנו וידאו במקצבים של 10Gbps נקי ללא דחיסה כלל, דהיינו – 4K 60Hz 4:2:0, אודיו, IR, אותות 100BaseT Ethernet ו- USB על כבל רשת אחד. ה- POH משתמש בכל ארבעת הזוגות השזורים ע"מ לתמוך בהעברת הספק של עד 100W.

בעוד שתקן  ה- bt האחרון מוסיף תכונות חדשות מעבר לאספקת הספק חשמלי מוגבר, הוא גם מורכב יותר מהתקנים הקודמים. על פני השטח, PoH נשמע מורכב: העברת מתח DC של 48- 54V על כבל רשת שבו בזמן ועל אותם הגידים מעביר DATA (וידאו ממצלמה, קול מטלפון IP, או מידע מ- AP), אך מכיוון שהפיזיקה מאפשרת זאת, ניתן בו זמנית להעביר הספק DC מבלי לפגוע ב- DATA (וידאו, טלפוניה, תקשורת וכ..) המועבר על פני אותם הזוגות בו זמנית.

1. תקן IEEE 802.3af/at מעביר POE על פני 2 זוגות שזורים. תקן IEEE 802.3bt מעברים POE על פני 4 זוגות.

בתצורת ה- POE של שני זוגות, (802.3af, 802.3at) זוג שזור אחד משמש כפלוס והשני מינוס כאשר 2 הזוגות הנותרים מעבירים את ה- DATA.

בתצורת POH של ארבעה זוגות (802.3bt), שני זוגות שזורים הם פלוס והשניים האחרים מינוס וזה ע"מ לספק הספקים גבוהים של   60W & 90W כאשר במקרה הזה – על אותם 4 זוגות  מועבר גם הספק DC (POH) וגם DATA!

ה- PSE הוא בעצם הסוויץ POE, והמכשיר המופעל (PD) הוא הצרכן (מצלמת IP, טלפון IP, Access Point וכו..) שמקבל את ההספק דרך כבל הרשת. בסופו של דבר, תקן ה- POE מאפשר לסוויץ להעביר את המתח על הזוגות השזורים בקוטביות שונה, לכן, בצד הצרכן, צריך שיהיה גשר דיודות שיישרו את הקוטביות מהמתח שמגיע.

גילוי והפעלה

אז בעצם סוויץ POE יכול פשוט להעביר הספק בכל פעם שמשהו מחובר, נכון? אז זהו.. שלא.. העברת POE למכשיר שאינו PoE עלולה להזיק לו. ה- POE מתחיל בשלב איתור בו הסוויץ קובע אם המכשיר המחובר הוא מוצר הדורש POE, הסוויץ מפעיל שני מתחים בין 2.7 ל 10.1 וולט על כבל הרשת וה-PD באם יציג התנגדות של 25 kΩ  יאותת לסוויץ שאכן מוצר דורש POE מחובר. כפי שניתן לראות באיור 2

1. סוויץ מזריק 2.7 ו- 10.7 וולט על כבל הרשת ומודד את הזרם, ע"מ לבדוק חתימה של 25 kΩ

2. סוויץ מזריק 2.7 ו- 10.7 וולט על כבל הרשת ומודד את הזרם, ע"מ לבדוק חתימה של 25 kΩ

שיוך – Classification

ברגע שצרכן POE זוהה ע"י הסוויץ' (ה-PD זוהה ע"י ה- PSE), הצרכן והסוויץ עושים לחיצת יד, handshake, מה שנקרא שיוך – Classification, ז"א – הצרכן יבקש הספק לפי CLASS ידוע והסוויץ מספק לו. בעולם ה-POE מדברים ב- Type & Class, כאשר ה- Type מציין איזה סוג של handshake יבוצע. ה- Class מציין מהו ההספק המקסימלי שהסוויץ מסוגל לשדר על הכבל ומהו ההספק המקסימלי שהצרכן מסוגל לקבל ע"ג הכבל. מכיוון ש- POE הוא סטנדרט שהולך עם תקינת האטרנט, הכבל יוכל להיות עד 100 מטרים, בכדי לעמוד בהפסדי ההספק שתוכננו בתקינה. דוגמא ל- Handshake הפשוטה ביותר בין הצרכן לסוויץ (Fig.3).  מסוג-Type 1  בשלב הראשון הסוויץ שם שני מתחים נמוכים של  2.7 ל 10.1 וולט ע"מ לקבל איתות של 25 kΩ  ולהבין שאכן מדובר בצרכן POE, לאחר מכן, הסוויץ שם בין 15.5-20.5 V על הכבל ומודד את הזרם שהולך לכיוון הצרכן. מכיוון שיש הפסד על הקו (כבל נחושת, הפסדי הספק), הכבל יראה 14.5-20.5 V מהסוויץ בזמן השיוך-קלסיפיקציה. בהתבסס על הזרם שנמשך אל הצרכן, הסוויץ קובע את ה-Class&Type  הנדרש לצרכן והאם להפעיל את הצרכן או לא, כך שאם נמשך זרם של 350mA מהצרכן, הסוויץ מבין שצריך לשייך ל-TYPE 1 ויספק 50V שיתורגמו ל 15W שזה Class 3 לפי הנוסחה P=IxR 0.35*48~ 15W.

3. צורת הגל המתקבלת והנראית ע"י הצרכן בזמן גילוי מסוג Type 1, קלסיפיקציה והפעלה.

 

כמות הזרמים הנמשכים ע"י הצרכן במהלך השיוך (קלסיפיקציה) נחשבת כחתימת שיוך, או זרם שיוך. ה- 802.3bt מגדיר 5 חתימות קלסיפיקציה שהצרכן יכול למשוך בזמן תהליך השיוך. Type 2 בנוי על Type 1 ע"י הוספת פולס קלסיפיקציה נוסף (Fig. 4). בזמן תהליך השיוך, הצרכן מושך 40mA מה שנקרא classification signature 4, ע"מ לאותת לסוויץ Class 4. סוויץ POE מסוג 1 רואה את הבקשה הזו כהספק מסוג 3 (Class 3) וממשיך להפעלת הצרכן. סוויץ POE+ מסוג Type 2, מגיב לזרם הגבוה יותר שהחזיר הצרכן (600mA) ע"י הורדת מתח השיוך (Classification Voltage) "למתח סימון" ע"מ לייצר פולס. תהליך זה נעשה פעמיים ע"מ לייצר 2 פולסים ואז להפעיל את הצרכן.

הערה חשובה:

בפועל, ישנם שלושה Class-ים איתם עובדים כיום והם היחידים המעניינים – Class3 – 15W, Class4- 30W, Class 6- 60W והאחרון הוא POH שזה כבר 100W, כאשר התקן מדבר על 100M  כבל (90M + 2 מגשרים של 5M בכל צד):

כאשר ב Class3 ניתן להעביר זרם של עד 350 מילי על 2 זוגות יחד

ב Class4 ניתן להעביר זרם של עד 600 מילי על 2 זוגות יחד

ב Class6 ניתן להעביר 600 מילי על כל זוג, דהיינו 1200 מילי

וב- POH ניתן להעביר 960 מילי על כל זוג, דהיינו 2 אמפר על כל הזוגות כשבמכפלה של 50V זה בעצם 100W..

4. צורת הגל המתקבלת והנראית ע"י הצרכן בזמן גילוי מסוג Type 4, קלסיפיקציה והפעלה.

כאן מתכנן הצרכן נכנס.. הצרכן יכול לבקש class 4 ולא לקבל את זה מהסוויץ, אלא לקבל פחות!.. בהמשך הנקודה הזו תורחב.

802.3bt Type 3 classification (Fig. 5) – בדומה ל- Type 1 ול Type 2-, Type 3  עובד באותה השיטה, רק עם יותר קלסיפיקציות בדרך.. Type 3  כבר דורש 4 פולסי שיוך ו- POE מסוג type 4 דורש 5 פולסי שיוך

5. יותר פולסי שיוך ב- Type 3 802.3bt

כאשר צרכן מבקש הספק מ Type2 או 3, הוא מושך בשני הפולסים הראשונים 40mA (classification signature 4) ואז מקטין את משיכת הזרם לחתימת שיוך (classification signature) ברמת 3, 2, 1, או אפילו 0 בפולסים העוקבים. הזרם הנמוך אומר לסוויץ מהו ההספק שהצרכן מבקש. למעשה, כבר אחרי הפולס השלישי, הסוויץ קובע מהו ההספק שאותו הצרכן דורש, וכל הפולסים הבאים אח"כ פשוט אומרים לצרכן כמה הספק סופק לו בפועל ע"י הסוויץ

אם הסוויץ סיפק 4 פולסי שיוך, אז הצרכן ביקש הספק מסוג Type 3, חמישה פילסי שיוך והצרכן ביקש Type 4. במילים אחרות – מה שהצרכן מבקש, זה מה שהוא יקבל.. ולא מה שהסוויץ יודע לתת, כך שאם הצרכן אינו צרכן POE, דהיינו מבקש 0, הסוויץ לא יספק לו POE וכך לא יפגע בצרכן

הורדת הספק הדרגתית – power demotion

לרוב סוויצ'י ה- POE אין קיבולת הספק מספיקה לספק את ההספק לכל פורט, בטח ובטח כשמדובר ב 90W.. תקן ה- POE מאפשר בצורה פשוטה לסוויץ להמשיך לספק מתח לצרכן, אבל בפחות הספק משהוא ביקש. – קוראים לזה "הורדת הספק הדרגתית", או בלעז – power .demotion הסוויץ מספק Type פחות ממה שהצרכן ביקש. מכיוון שהסוויץ מקצה הספק (Type) לפי בקשת הצרכן, כאשר הצרכן מוריד בבקשת ה- Type זה מיד בצורה אוטומטית מקצה את ההספק המקסימלי שבאותו ה-Type. נראה 2 דוגמאות.

דוגמא: הצרכן דורש הספק ברמת Class 8 (73.3W), אבל הסוויץ מסוגל לתת מקסימום Class 6 (51W). במקרה כזה, הסוויץ מוריד את הצרכן לרמת Type 3 והצרכן יקבל הספק ברמת Class 6 (51W) שזה המקסימום שהסוויץ מסוגל לספק, כמובן שכנראה שהצרכן לא יעבוד או לא יפעל כראוי.

אם הסוויץ סיפק 4 פולסי שיוך, אז הצרכן ביקש הספק מסוג Type 3, חמישה פילסי שיוך והצרכן ביקש Type 4. במילים אחרות – מה שהצרכן מבקש, זה מה שהוא יקבל.. ולא מה שהסוויץ יודע לתת, כך שאם הצרכן אינו צרכן POE, דהיינו מבקש 0, הסוויץ לא יספק לו POE וכך לא יפגע בצרכן

הורדת הספק הדרגתית – power demotion

לרוב סוויצ'י ה- POE אין קיבולת הספק מספיקה לספק את ההספק לכל פורט, בטח ובטח כשמדובר ב 90W.. תקן ה- POE מאפשר בצורה פשוטה לסוויץ להמשיך לספק מתח לצרכן, אבל בפחות הספק משהוא ביקש. – קוראים לזה "הורדת הספק הדרגתית", או בלעז – power .demotion הסוויץ מספק Type פחות ממה שהצרכן ביקש. מכיוון שהסוויץ מקצה הספק (Type) לפי בקשת הצרכן, כאשר הצרכן מוריד בבקשת ה- Type זה מיד בצורה אוטומטית מקצה את ההספק המקסימלי שבאותו ה-Type. נראה 2 דוגמאות.

דוגמא: הצרכן דורש הספק ברמת Class 8 (73.3W), אבל הסוויץ מסוגל לתת מקסימום Class 6 (51W). במקרה כזה, הסוויץ מוריד את הצרכן לרמת Type 3 והצרכן יקבל הספק ברמת Class 6 (51W) שזה המקסימום שהסוויץ מסוגל לספק, כמובן שכנראה שהצרכן לא יעבוד או לא יפעל כראוי.

דוגמא: סוויץ Class 6 מוריד את בקשת צרכן Class 8 ל- Type 3 מה שגורם לצרכן לקבל את המקסימום שהסוויץ מסוגל שזה Class6

כמתכנן מערכת, אתה מבין שמה חשוב כאן הוא להכיר באפשרויות הורדת ההספק השונות העומדות לרשות הסוויץ בהתבסס על ה- Class אותה מבקש הצרכן. צרכן Class 8 עשוי לרדת ולקבל POE ברמות Class 6, 4 ואפילו class 3 כפי שראינו בדוגמאות מעלה.  כדי להבטיח תאימות מלאה, מערכת הצרכנים צריכה לדעת לעבוד בכל ארבע רמות ההספק, אחרת הסוויץ יכבה את הצרכן מכיוון שמשך הספק גבוה מידי. מרבית הצרכנים הקיימים בשוק כוללים שיטות מסוימות לתקשורת דו כיוונית כגון פורט סריאלי (COM PORT) או 2 פינים דיגיטליים ע"מ לקבל נתונים מהצרכן וללמוד את התנהגותו.

הפעלה – Power On

ההפעלה היא השלב האחרון של ההספק המתקבל ע"י הצרכן. תקן ה- IEEE PoE כולל את זרם ההפעלה שהצרכן עשוי למשוך במהלך ההפעלה. רוב הצרכנים המודרניים כוללים הגבלת זרם הפעלה מובנה.

תחזוקת חתימת הספק – Maintain Power Signature

תקני ה- PoE הקודמים כוללים את קונספט ה- Maintain Power Signature (MPS). אם הצרכן דורש פחות מ -10mA, הסוויץ מנתק את הצרכן. תכונת ה- MPS מאפשרת לצרכן למשוך פולסים קצרים של זרם כדי לשמור עדיין על החיבור לסוויץ כאשר הצרכן במצב הספק נמוך (Low Power State).

התקן החדש, 802.3bt, הציג יכולת משיכת פולסים קצרים יותר ולצרוך פחות הספק. רוב הצרכנים שתוכננו לפי תקן ה- 802.3bt החדש, נכנסים למצב צריכה נמוכה כבר כשהם מזהים שהסוויץ גם עומד בתקן זה וכך הם צורכים פחות הספק ומבזבזים הרבה פחות חשמל.

Autoclass, LLDP, and Closing Thoughts

פיצ'ר חדש נוסף בתקן 802.3bt, נקרא autoclass. עם autoclass, הצרכן מושך את מקסימום ההספק שהוא באמת צריך מיד בהפעלה הראשונה למשך זמן קצר מאוד. הפונקציה הזו מאפשרת לסוויץ לשמור בזיכרון את ההספק המקסימלי האמיתי שהצרכן יבקש. כי אמנם יתכן שהצרכן מוגדר כ- Class 8 (90W), אך בפועל הסוויץ זיהה באמצעות autoclass שהצרכן יצרוך מקס  80W, זה ישאיר לסוויץ 10W נוספים לחלק בפורטים.

LLDP  

פיצ'ר POE מתקדם נוסף מגיע מכיוון ה- LLDP  המוכר לנו מעולם ה- NETWORKING, Link Layer Discovery Protocol. שבו השתמשנו ב- LLDP לגלות נתונים שונים על שכבת הרשת שלנו. תקן ה- POE מרחיב את ה- LLDP ברמת המשא ומתן בין הסוויץ לצרכן ברמת עליית עשירית הוואט, כך שיותר הספק ישוחרר מספקי הכח של הסוויץ לטובת צרכנים אחרים.

לסיכום, תקן ה- 802.3bt מביא איתו הספקים חדשים וגבוהים, לצד פיצ'רים חדשים ומתקדמים כגון: MPS, autoclass וכן LLDP המגדילים את הגמישות והחיסכון בהספק לצד ניהול נכון יותר של ההספק. ככל הנראה, יותר ויותר סוגי צרכנים יתממשקו וידרשו לעבוד בתצורת POE וכמובן POH בעתיד הקרוב.

חברת RBS-Telecom, נציגת Msolutions בישראל, החברה הישראלית המפתחת ומייצרת Made In Israel  ליין מוצרים שלם בעולמות ה- AV ברמת Premium, בתאימות מלאה לתקן ה- HDBaseT מרחיקים, מטריצות וציוד הבדיקה היחיד בעולם הבודק את כבל הרשת לפי תקני ה- HDBaseT ותקני כבלי ה- LAN, עם התחברות לענן ושליטה מלאה על המרחיקים מרחוק

RBS-Telecom מפיצת Boost Link, מותג הסוויצ'ים המצוין, מציעה את סדרת הסוויצ'ים POE Entry Level cost Effective עם יכולות משופרות הבאות:

1. הספקים של עד 30W לפורט (IEEE 802.3bt- POE).
2. עמידה מלאה בתקני ה IEEE 802.3af/at
3. שמירה על הצרכנים המחוברים (מצלמות, טלפונים נקודות גישה וכו..) ואספקת מתח לפי ה- Class התקני המותאם לצרכן, גם אם הסוויץ מסוגל לספק יותר ובכך לא לשרוף את הצרכן.
4. 1G Uplink ports נחושת
5. פורט אופטי 5G להעברת מקצבים גבוהים למרחקים ארוכים במיוחד
6. V-LAN Mode -הפרדת רשתות מכאנית, בידוד מוחלט בין ה- UL-PORTS ל- DL-PORTS
7. אפשרות E-xtended Mode המאפשר העברת POE ורשת עד 250M (ע"י שימוש ב- DIP SWITCH, יש לשים לב שהפורט יורד למקצב של 10Mbps מקסימלי).
8. Watchdog function G-eniuos– ברגע שהסוויץ מרגיש ניתוק POE או ניתוק סטרים מהצרכן (לדוגמא מצלמה), הוא מבצע RESET אוטומטי לאותו הפורט! ומעלה את המצלמה מחדש מבלי צורך לגשת לסוויץ ולעשות זאת ידנית, פונקציה זו חוסכת המון זמן בהגעה ללקוח, מציאת בעיה והחלת הפתרון. (הסוויץ יבצע תהליך איפוס שכזה 5 פעמים ואז יפסיק).
9. Power display – נוריות חיווי המעידות על הספק ה- POE הנשאר בסוויץ
10. Port Lightning Protection 6KV – הגנה בפני ברקים.