Dispositivos de última geração trazem capacidade PoE aprimorada para dispositivos IoT

A tecnologia 5G de última geração, que oferece conectividade avançada à Internet móvel com velocidades mais rápidas, cria novas oportunidades de negócios ao habilitar uma variedade de aplicativos de IoT e Big Data. Essas aplicações estão gerando uma demanda sem precedentes para conectar tipos adicionais de dispositivos energizados (PDs) a redes Ethernet, incluindo câmeras de vigilância IP, pontos de acesso 802.11ac e 802.11ax, luminárias LED, small cells 5G e outros dispositivos IoT. A tecnologia Power-over-Ethernet (PoE) oferece inúmeras vantagens para alimentar esses dispositivos em implantações 5G e o IEEE ^® mais recente O padrão 802.3bt torna isso possível ao aumentar o limite de energia de Power Sourcing Equipment (PSE) e Powered Devices (PDs) para 90W e 71,3W, respectivamente.

O desafio é como implantar PDs que suportam esta última geração de tecnologia PoE para que possam trabalhar junto com os existentes pré-IEEE ^® 802.3bt PDs de 2 e 4 pares que suportam especificações PoE Universal (UPOE) e Power-over-HDBaseT (POH) pré-padrão anteriores. A indústria agora preencheu essa lacuna de interoperabilidade, garantindo que tanto o pré-padrão quanto o novo IEEE ^® Os PDs compatíveis com 802.3bt-2018 podem compartilhar a mesma infraestrutura Ethernet sem a necessidade de alterações nos switches ou cabeamento existentes.

O caminho para IEEE 802.3bt

Desde a ratificação do primeiro padrão PoE em 2003, o uso de PoE aumentou dramaticamente e avançou para novas aplicações. PoE oferece enormes benefícios em relação à facilidade de instalação, economizando custos de CAPEX e OPEX e fornecendo um padrão de energia unificado e seguro para uso em todo o mundo.

O principal fator limitante que afeta o uso de PoE em novas aplicações é a quantidade de energia disponível. Embora 15,4 W na fonte de alimentação sejam suficientes para a maioria dos telefones IP e pontos de acesso 802.11a / b / g, não são suficientes para telefones com vídeo IP, câmeras IP 802.11n e pan-tilt-zoom (PTZ). Por esse motivo, o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) lançou o IEEE 802.3 em 2009, especificando 30W na fonte PoE.

Hoje, há uma demanda por potência ainda maior para suportar dispositivos adicionais conectados à rede Ethernet, como câmeras de segurança PTZ, quiosques, terminais POS, thin client, pontos de acesso 802.11ac e 802.11ax, small cells e iluminação LED conectada, todos dos quais podem se beneficiar de PoE. Para atender a essa demanda, o novo padrão IEEE 802.3bt aumenta a potência PoE máxima disponível principalmente pela utilização de todos os quatro pares de fiação estruturada. O IEEE 802.3bt estende as informações de classificação de energia trocadas durante a negociação inicial para permitir uma capacidade significativa de gerenciamento de energia, permitindo o suporte de várias classes de PoE, ao mesmo tempo que é compatível com versões anteriores. Essas melhorias resolvem o desafio de sistemas de entrega PoE mais potentes e mais eficientes.

A atividade de Call for Interest (CFI) IEEE 802.3bt começou no início de 2013 e a ratificação da norma ocorreu em setembro de 2018. A nova norma atende às necessidades de mercado existentes e é considerada um importante catalisador para o crescimento do mercado PoE, pois facilita a expansão de casos de uso de PoE, empurrando o limite de energia de PSEs e PDs para 90W e 71,3W, respectivamente.

Antes dessa iniciativa IEEE 802.3bt, no entanto, havia esforços paralelos para aumentar o fornecimento de energia aos PDs. Tudo começou com o padrão IEEE 802.3af-2003 PoE que fornecia até 15,4 W de potência de saída para cada dispositivo em dois pares de cabos Categoria 5e (Cat5e). O padrão IEEE 802.3at-2009, também conhecido como PoE +, introduziu o PSE / PD “Tipo 2” capaz de suportar 30W de potência de saída e 25,5W de potência de carga. O último é principalmente uma extensão do primeiro padrão. Em seguida, a HDBaseT Alliance padronizou o protocolo HDBaseT, que permite estender links HDMI em até 100m em Cat5e ou cabos melhores. Em 2011, a HDBaseT Alliance criou o padrão Power over HDBaseT (PoH) que estende a potência máxima entregue para 95W em quatro pares.

A seguinte tabela 1 resume os padrões pré-IEEE 802.3bt:

Tabela 1:A capacidade de potência estendida permite que a potência de entrada do PD alcance até 95 W se o comprimento do canal for conhecido.

O IEEE 802.3bt adiciona vários recursos. Além de introduzir PSEs / PDs de Tipo 3 e Tipo 4 e trabalhar em quatro pares, ele também suporta as construções de PD de assinatura única e dupla e adiciona classes 5 a 8 como parte de um processo de identificação mútua aprimorado. A funcionalidade de classe automática foi adicionada e a capacidade de alimentação foi estendida, desde que o comprimento do canal seja conhecido. Por fim, inclui suporte para baixo consumo de energia em espera e suporta 10G-BASE-T com PoE. A tabela 2 abaixo mostra os recursos PoE que estavam disponíveis após a ratificação do padrão IEEE 802.3bt.

Tabela 2:A capacidade de potência estendida permite que a potência de entrada do PD alcance até 60 W para o Tipo 3 e até 90 W para o Tipo 4 se o comprimento do canal for conhecido.

Um dos objetivos do padrão IEEE 802.3bt é cumprir os requisitos de fonte de alimentação limitada e de voltagem extra baixa de segurança (SELV), conforme definido na ISO / IEC 60950. No entanto, essa conformidade significa que a energia não pode exceder 100 W por porta. Apesar desse limite de energia, 100 W por porta ainda é suficiente para aplicativos anteriormente incompatíveis com os padrões IEEE anteriores, expandindo o número potencial de implementações de portas PoE.

Garantindo a interoperabilidade

As especificações IEEE 802.3bt garantem que o sistema IEEE 802.3bt funcionará automaticamente com dispositivos legados Tipo 1 e Tipo 2, contanto que o PSE seja capaz (em termos de potência) de suportar o PD e ambos sejam compatíveis com o padrão. Se o PD exigir energia superior (IEEE 802.3bt PD) e o PSE não puder suportá-lo (IEEE 802.3af / em PSE), o PD permanecerá desligado ou será ligado e consumirá apenas a energia disponível do PSE.

Um dos primeiros exemplos de soluções que oferecem essa interoperabilidade é um chipset PSE da Microchip que permite que switches pré-padrão interoperem com novos produtos compatíveis com IEEE 802.3bt-2018. O chipset seguiu um chipset PSE anterior da Microchip para implementar o padrão de energia de quatro pares PoH amplamente adotado para 95 W PDs e também está no centro de uma oferta de injetores PoE compatíveis com IEEE 802.3bt-2018 e midspans que preenchem a lacuna de interoperabilidade para usuários.

Injetores e midspans compatíveis com IEEE 802.3bt-2018 PoE são instalados entre os PDs e um switch existente, permitindo aos usuários alimentar qualquer combinação de PDs pré-padrão e compatíveis com IEEE 802.3bt-2018. A disponibilidade de opções de porta única e múltipla permite que novos switches compatíveis com IEEE 802.3bt alimentem PDs pré-padrão.

Para desenvolvedores de sistema, os chipsets IEEE 802.3af / at / bt PoE fornecem a escalabilidade para incorporar, em um design de placa única, os sistemas de dois e quatro pares que são necessários para oferecer suporte a PoE pré-padrão e compatível com IEEE 802.3bt-2018 . Esses chipsets devem ser capazes de equilibrar a dissipação térmica de maneira uniforme em todo o sistema e devem incluir todas as funcionalidades de gerenciador e controlador necessárias para a construção de equipamentos PSE que podem fornecer 90 a 99,9 watts de energia por porta, ao mesmo tempo que suportam até 48 portas para IEEE 802.3bt Tipo 3 (Classes 1-6) e aplicativos do Tipo 4 (Classes 7-8). Uma consideração adicional é a capacidade dos sistemas baseados nesses chipsets de serem atualizados dos padrões anteriores para IEEE 802.3bt por meio da atualização do software sem alterações de hardware.

Uma última preocupação para os desenvolvedores é se eles podem proteger os PDs contra conexões de polaridade reversa e reduzir o espaço de energia e os custos de fornecer energia IEEE 802.3bt Tipo 4 Classe 8. Isso também foi resolvido com as soluções IEEE 802.3bt mais recentes, por meio da disponibilidade de dispositivos retificadores de ponte completa que são usados ​​no lado energizado da conexão PoE.

O novo padrão IEEE 802.3bt permite a entrega de 90W em quatro pares de cabos Cat5e e acima. Espera-se que este nível de PoE seja o nível máximo definido, pois níveis mais altos podem não ser seguros para o cabeamento existente e conectores implantados nas infraestruturas de hoje. O padrão substituirá todas as soluções pré-padrão existentes que fornecem 60W / 75W / 95W hoje, como UPOE ou 4PPoE. Os fornecedores de dispositivos e sistemas PoE estão fornecendo um roteiro para a implementação desses novos padrões, ao mesmo tempo que dão suporte a implementações pré-padrões anteriores, incluindo aquelas que suportam as especificações UPOE e POH. Implementado corretamente, pré-padrão e novo IEEE ^® Os PDs compatíveis com 802.3bt-2018 podem compartilhar a mesma infraestrutura Ethernet sem a necessidade de alterações nos switches ou cabeamento existentes.