Social Network – Come e perchè siamo intrappolati nella rete
9 febbraio 2017
Nuove Smart Card Camera di Commercio – Installazione ed uso
17 febbraio 2017
Mostra tutti

PoE Power over Ethernet – Come funziona ed a cosa serve

PoE Power over Ethernet  – Come funziona ed a cosa serve

Power over Ethernet o PoE (suo acronimo) è una tecnica che permette di alimentare apparecchiature utilizzando lo stesso cavo che le collega alla rete dati Ethernet.

È molto utile allorché vi siano difficoltà nel reperimento di fonti elettriche in prossimità della terminazione o anche per ridurre il numero di elementi e cavi; ad esempio, un telefono IP su una scrivania può essere alimentato direttamente dal cavo di rete ethernet in Power over Ethernet, eliminando l’alimentatore e il relativo cavo e rendendo l’installazione più semplice e pulita.

Per il momento, queste tecniche sono utilizzate soprattutto nell’alimentazione di apparecchiature che consumano poco, come telefoni VoIP, access point e webcam.

Se l’hardware di rete prevede apparecchiature di smistamento o concentrazione, l’alimentazione dovrà passare anche attraverso queste per alimentarle e/o per alimentare i terminali.

Lo IEEE ha definito le regole per PoE con la norma denominata IEEE 802.3af e, successivamente, 802.3at.

Principio di funzionamento del PoE

Il principio di funzionamento base è molto semplice, anche se le problematiche da affrontare per la trasmissione di alimentazione su una linea dati sono più di una: si tratta di adattare l’alimentazione secondo le specifiche del cavo utilizzato e lasciare all’apparecchiatura utilizzatrice il compito di riadattarle secondo le proprie necessità.

Le problematiche principali sono le seguenti:

  • una linea dati sicuramente non è congeniale alla trasmissione di forti correnti, anzi spesso, per la velocità, si sfrutta l’effetto pelle; per questo l’energia viene trasportata con tensioni elevate, senza superare però i limiti degli isolamenti;
  • in secondo luogo, anche se si preferisce non superare, per questo tipo di trasporto, il raggio di 100 m, sono sempre in agguato problemi come interferenze e cadute di tensione; per questo alla partenza spesso non si usano correnti continue e si dota ogni terminale di una elettronica che filtra, raddrizza, regola e stabilizza (secondo le proprie esigenze) l’alimentazione in arrivo.

IEEE 802.3af

Il PD è l’apparecchiatura collegata alla rete che fornisce un servizio finale: è detta anche terminale o utilizzatore; il PD necessita di una alimentazione per il funzionamento, che può essere fornita nei pressi dell’installazione tramite un alimentatore diretto, o in remoto, attraverso la stessa linea di trasmissione dati.

Il PSE o alimentatore è l’apparecchiatura che fornisce la corrente e la tensione adatte al funzionamento del PD. Spesso il PSE deve prendere decisioni, può quindi essere anche relativamente complicato e prevedere addirittura una logica a microprocessore. Il PSE può essere integrato nelle apparecchiature che distribuiscono le linee dati Collegamento Endpoint o può essere inserito nella linea stessa tramite un iniettore Collegamento Midspan.

Seguendo le indicazioni della IEEE 802.3, il PD in PoE può essere semplificato nello schema a blocchi qui sotto.

Secondo blocco 

Il PD deve inoltre lavorare agevolmente nel range di tensione da 21 V a 48 V e, nonostante questo, il sistema deve rimanere compatibile anche con le apparecchiature costruite per la sola alimentazione 24 V; cioè la fornitura “ad alta tensione” (48V) non deve essere applicata a chi non la sopporta. Esistono quindi due situazioni: la prima, in cui viene fornita un’alimentazione brutale di 24 V che per caduta di tensione sul cavo può scendere anche a 21 V; la seconda, in cui viene valutata tensione e corrente come descritto nel seguito.

Per questa valutazione è stato introdotto il secondo blocco, composto da due elementi: una resistenza di riferimento da 25 kΩ (130 mW@57 V) e un generatore di corrente costante che in questo caso prende il nome di circuito di classificazione. L’alimentatore compatibile 802.3af applica inizialmente (per questo valuta la sua stessa accensione ma anche il collegamento o lo scollegamento del cavo di uscita) una tensione compresa tra 2,7 V e 10,1 V e misura la resistenza da 25 kΩ che dovrebbe trovarsi al di là del cavo e al di là del raddrizzatore a ponte. Se la resistenza di riferimento non viene trovata fornisce un’alimentazione di 24 V (considera l’utilizzatore non compatibile 802.3af); se invece la lettura è positiva scatta la seconda fase in cui viene applicata una tensione tra 14,5 V e 20,5 V, nel PD entra in funzione il circuito di classificazione, l’alimentatore misura la corrente erogata ed in base a questa; classifica l’utilizzatore secondo la seguente tabella:

Classe Corrente misurata (mA) Range potenza utilizzatore (W) Note
0 da 0 a 4 da 0,44 a 12,95 standard
1 da 9 a 12 da 0,44 a 3,84 opzione1
2 da 17 a 20 da 3,84 a 6,49 opzione2
3 da 26 a 30 da 6,49 a 12,95 opzione3
4 da 36 a 44 riservato uso futuro

Terzo blocco

Il terzo blocco è stato introdotto per far operare l’utilizzatore solo a partire dai 35V, dopo la fase di classificazione l’alimentatore fornirà 48 V, l’utilizzatore funzionerà quindi correttamente anche con una caduta di tensione sul cavo di ben (48-35) V=13 V. Nelle specifiche 802.3af non è indicata una soglia invece per lo spegnimento che potrebbe avvenire tecnicamente anche con un’isteresi tra 30 V e 35 V innalzando ulteriormente la tolleranza alla caduta di tensione. Per completezza nei calcoli teorici la norma considera generalmente un valore di 20 ohm di resistenza equivalente somma del contributo del cavo e delle connessioni.

Quarto blocco

Infine il quarto blocco, a questo punto è ovvio, regola la tensione a seconda delle necessità dell’utilizzatore, infatti le tipiche alimentazioni sono 12 V, 5 V e oggi anche 3,3 V questo blocco dovrà regolare la tensione in uscita funzionando correttamente alla corrente massima prevista con un range di ingresso tra i 21 V e 57 V.

Per quanto riguarda la teoria, rimane un’ultima considerazione da fare sulla potenza finale, seguendo esattamente le 802.3af quindi avendo in linea 12,95 W (350 mA @ 37 V) e considerando un rendimento dell’80% del convertitore DC/DC non sarà possibile ottenere per l’utilizzatore una potenza superiore a 10,36 W, forse il futuro ci riserverà una 802.3af ad alta potenza con caratteristiche in linea di 15,4 W (350 mA @44V) visto che tecnicamente è implementabile.

Connessioni Power over Ethernet

Vediamo quindi come effettuare le connessioni – ossia quali sono le tecniche di iniezione per l’alimentazione PoE – rispettando le indicazioni delle norme IEEE 802.3af.

Ricordiamo che nella connessione Ethernet: il cavo generalmente utilizzato contiene quattro coppie che sono collegate al connettore RJ-45; nelle reti 10 Mbit e 100 Mbit sono utilizzate solo due delle coppie per la trasmissione dati, la prima collegata ai pin 1 e 2, la seconda ai pin 3 e 6; nelle reti 1 Gbit sono usate tutte le coppie per la trasmissione dati.

Nelle reti 10 Mbit e 100 Mbit sono quindi possibili tre tipi di connessione:

  • nel primo si utilizzano le coppie a disposizione, quelle non utilizzate per la trasmissione dati, vedi schemino come definito dalle 802.3 Midspan PSE, in questa alternativa l’alimentazione è fornita in una interruzione del cavo;
  • nel secondo si utilizzano sempre le coppie a disposizione, vedi schemino come definito dalle 802.3 Endpoint PSE – alternativa B, in questa alternativa è il dispositivo di distribuzione switch che fornisce l’alimentazione;
  • nel terzo si utilizzano le stesse linee dati, questo tipo di iniezione può essere effettuata esclusivamente dal dispositivo di distribuzione switch e deve essere opportunatamente predisposto poiché come si vede nello schemino come definito dalle 802.3 Endpoint PSE – alternativa A il collegamento avviene attraverso la presa centrale del trasformatore d’impulsi.

Questa ultima alternativa è ovviamente l’unica possibile per le reti 1 Gbit che utilizzano tutte le coppie per la trasmissione dei dati.

Precisiamo che dove – per semplificazione – nello schemino sembra che entrambi i conduttori della coppia siano cortocircuitati, invece e comunque in tutti i casi citati in precedenza, nel PSE ogni conduttore è collegato ad un mini alimentatore parallelabile (parallelato nel PD) – cioè la corrente totale viene distribuita (divisa in parti uguali) in ogni conduttore o in ogni coppia nel caso di iniezione sulla linea dati.

A cosa serve Power over Ethernet

Il PoE ci permette di poter alimentare remotamente delle periferiche che si collegano alla rete lan utilizzando il cavo di UTP. Perché dovremmo fare ciò ? Quali periferiche possono necessitare di questa tecnologia ? La ragione è molto semplice: il desiderio o l’impossibilità di alimentare in locale una periferica. Questo, come detto, può essere una scelta progettuale o una necessità. Pensate ad esempio ad una telecamera IP che deve essere installata su un palo esterno. Un conto è arrivare alla telecamera con un cavo di rete, un altro è doverci arrivare con la rete lan e la tensione insieme. Potrete controbattere: “una volta che porto il cavo di rete posso portare anche la corrente”. Questo non è sempre vero, potrebbero esserci condizioni di sicurezza, di opportunità etc.. in cui non è possibile fare ciò. In secondo luogo, se anche fosse possibile farlo, potrebbe non essere conveniente; ad esempio considerate il costo di un doppio cablaggio, di doversi allacciare alla rete primaria etc… Questa cosa ovviamente non vale solo per la telecamera posta a 10 metri di altezza su un palo, ma anche per quella montata sul muro perimetrale di un capannone, all’interno di un magazzino in vari punti in cui la corrente non è disponibile etc… Ipotizzate che il problema non sia una telecamera ma dieci, venti o più. Da qui potete immaginare l’enorme vantaggio a non dover portare anche la tensione con un cablaggio ad hoc.

Potrebbe altresì essere una ragione di sicurezza. Restando sempre nel campo delle telecamere pensate a quanti sistemi di videosorveglianza avete visto installati in negozi, capannoni, in cui la telecamera ha li vicino l’alimentatore per alimentarla. E’ come dire al criminale “staccami” e smetterò di funzionare.

Remotizzare a monte l’alimentazione ci permette inoltre di poter assicurare una tensione costante alle nostre telecamere. Ad esempio aggiungendo un gruppo di continuità e ponendo tutto sotto di esso. In questo caso le nostre telecamere non saranno più soggette a sbalzi e soprattutto ad assenze di corrente.

Power over Ethernet, PoE,

Adottare una soluzione PoE potrebbe essere una scelta di praticità. Pensate ai centralini VOIP. I telefoni abbinati ai centralini si collegano alla rete lan. Utilizzare telefoni PoE significa evitare che ogni telefono sia alimentato singolarmente con poco pratici alimentatori singoli. Inoltre ci permetterebbe di garantire l’alimentazione alla nostra rete telefonica aziendale proteggendola da assenze di corrente. Poter quindi telefonare sempre ed in ogni condizione.

Sul PoE esiste spesso molta confusione e forse poca chiarezza anche da parte delle aziende che realizzano i prodotti. La maggior parte indica senza specifiche ulteriori il termine PoE, anche se ne esistono varie forme e versioni ognuna delle quali offre soluzioni e prestazioni abissalmente differenti dalle altre.

Il VERO PoE – Power over Ethernet

Come abbiamo detto precedentemente, con il PoE trasportiamo la tensione (corrente), quindi potenza, attraverso i cavi ethernet. Ma di quanta potenza abbiamo bisogno ? Avremo bisogno di tanta potenza quanta ne richiede il nostro dispositivo. Semplice quanto banale. Vediamo cosa avviene. Il dispositivo può appartenere a quattro tipi di classi; ad ogni tipo di classe corrisponde una quantità di potenza assorbita. Quando colleghiamo il nostro dispositivo PoE (ad esempio una telecamera) alla rete questo si “presenta” al dispositivo PoE che eroga la tensione, uno switch PoE o un injector ad esempio, per semplicità ipotizziamo uno switch . Al momento della presentazione la telecamera comunica allo switch la propria classe di appartenenza. Lo switch riconosce la classe ed eroga la potenza corretta per alimentare l’oggetto. In questo modo si garantisce che lo switch eroghi la potenza corretta alla telecamera e si evita che il dispositivo, se non PoE, venga bruciato. Il PoE vero è in grado di coprire tutte le quattro classi di potenza e di erogare fino ad massimo di 15,5W per canale. Il PoE vero, inoltre, è in grado di erogare la tensione, fino a 100mt di distanza, limite fisico del cavo UTP.

La modalità che abbiamo analizzato si chiama: FULL PoE Attivo.

Una cosa che non molti sanno sul Full PoE è che esistono due modalità: Il mode-A ed il mode-B. vediamo le differenze.

Il PoE mode-A permette di alimentare e controllare un dispositivo con solo 4 degli 8 fili presenti in un cavo UTP. Questo significa che essendoci 8 fili in un cavo UTP (cat-5E/6) possiamo alimentare e controllare due dispositivi, ad esempio 2 telecamere, con un unico filo. Pensate il grande vantaggio laddove dobbiate installare 2 telecamere a poca distanza l’una dall’altra (esempio una telecamera che guarda a destra ed una a sinistra). Utilizzando periferiche e switch mode-A potrete usare un solo cavo lan per entrambe mentre negli altri casi dovreste utilizzare due cavi e raddoppiare il cablaggio. O meglio con il mode-A dimezzate il cablaggio necessario.

Il PoE mode-B è in grado di erogare sempre 15,5W per canale ma a differenza del mode- A necessita di 8 fili per alimentare e controllare la telecamera.

Come brevemente accennato sopra desideriamo sottolineare che è necessario che il dispositivo erogante e ricevente (switch/telecamera) siano appartenenti allo stesso standard A o B, altrimenti i due potrebbero non dialogare in maniera corretta.

Il Falso PoE (lasciatecelo chiamare così). Esiste una escamotage che ci permette di “SIMULARE” il PoE. Questo viene denominato PoE Passivo. In cosa si differenzia da quello attivo ? L’alimentazione non è erogata direttamente da un dispositivo quale switch, NVR, injector ma è necessario utilizzare l’alimentatore del dispositivo medesimo, la nostra telecamera ad esempio, unitamente ad un adattatore (simile al Balun dei sistemi analogici) che va collegato al cavo lan da entrambe le estremità.

La distanza massima alla quale può essere installato il dispositivo è di 30mt dall’alimentazione.

Il PoE passivo è un prodotto assolutamente legittimo di cui ci sentiamo di consigliarne l’utilizzo badando però a farlo con cognizione di causa.

Ci spieghiamo meglio. Il PoE passivo NON è una alternativa alla soluzione PoE attivo. E’ un’altra cosa, destinata ad altri usi.

Se dobbiamo costruire una infrastruttura di rete che sia sicura, alimentata remotamente, alimentare dei dispositivi posizionati in situazioni di difficile raggiungibilità, se ci vogliamo assicurare di non avere problemi di alimentazione, non desideriamo avvalerci di svariati alimentatori singoli allora la nostra scelta deve ricadere su una infrastruttura PoE-Attivo.

Se invece ci trovassimo a dover installare una telecamera IP NON PoE in una infrastruttura esistente NON PoE e volessimo o dovessimo remotizzare l’alimentazione della nostra telecamera, oppure se dovessimo installare una telecamera particolare NON PoE (ad esempio una PTZ) in una infrastruttura PoE ci dovremmo avvalere di una soluzione PoE passivo.

Credits: 

Valutazione Media
Last Reviewer
Reviewed Item
PoE Power over Ethernet - Come funziona ed a cosa serve
Rating
51star1star1star1star1star
Rocco Balzamà

Rocco Balzamà

Admin & CEO Rocco Balzamà Studio & Agency at ErreBi Group S.r.l.
Ethical Hacker | Blogger | Developer | Graphic & Web Designer | Consulente d'Immagine | Social Media Marketing Manager | Copywriter | SEO Specialist | Digital Influencer
Scarica APP