Bandbreite bei einer PoE-Verkabelung

PoE-Speisung

Bleibt die Bandbreite einer Ethernet-Verkabelung bei PoE
(Power over Ethernet) erhalten?

PoE-fähige Geräte wie drahtlose Access Points (WLAN), IP-Kameras, IP-Telefone, Sicherheitstürschlösser usw., benötigen für die Installation keine separate Stromversorgung. Die Spannungsversorgung erfolgt über das Ethernet-Kabel.

Ein Ethernet-Kabel (CAT 5e und besser) umfasst vier Twisted Pair Adern. Bei 10BASE-TX und 100BASE-TX Ethernet werden von den vier Paaren nur zwei zur Datenübertragung benutzt. Bei Gigabit Ethernet (1000Base-T) werden alle vier Paare benötigt.

Nun stellt sich bei Gigabit Ethernet (1000Base-T) die Frage, ob die Bandbreite auf 100 Mbit reduziert werden muss, um freie Adern für die PoE-Spannungsübertragung zu erhalten.

Die meisten Technischen Angaben zu PoE beziehen sich überwiegend auf die Leistungsangaben, welche in Normen festgelegt sind:

  • IEEE 802.3af (PoE bis zu 15.4 Watt, 44 V, typisch 48 V)
  • IEEE 802.3at (PoE+ bis zu 30 Watt, 50-57 V)
  • IEEE 802.3bt (Hi-PoE bis zu 100 Watt, 50-57 V)

Phantomspeisung

Die Lösung für Gigabit Ethernet (1000Base-T) lautet Phantomspeisung. Hierbei wird der Strom über zwei der Datenübertragungspaare (Phantomstrom) übertragen. Eine Phantomspeisung ist keine neue Erfindung und wird bereits seit langer Zeit zur Spannungsversorgung (48 Volt) von Kondensatormikrofonen benutzt.

Der Strom wird mit einer Gleichspannung von 44 bis 57 Volt in das Ethernet-Kabel eingespeist, wobei die Niederspannungsanforderungen der SELV (Safety Extra Low Voltage)-Norm erfüllt werden.

Im Rahmen der IEEE-Normung wird durch eine Signaturerkennungsphase sichergestellt, dass Ethernet-Geräte mit Spannung versorgt werden können. Hierzu wird zunächst eine geringe Spannung vom PoE-Injektor bzw. PoE-Switch am Kabel angelegt. Nur wenn das Endgerät korrekt darauf reagiert, wird die volle Sollspannung abgegeben. Die Detektionsspannung liegt zwischen 2,7 und 10,1 Volt. Zur Ermittlung der Klassifikation wird der genaue Widerstandswert mit einer Spannung zwischen 14,5 und 20,5 Volt ermittelt.

Wenn das Ethernet-Kabel während des Betriebs ausgesteckt wird, regelt die PSE die Spannung in weniger als 20 ms herunter.

Passive PoE-Injektoren nehmen keine Signaturerkennung vor und geben daher dauerhaft Spannung an das Ethernet-Kabel ab.


Anforderungen an das Patchkabel

Die Kontakte von RJ45-Stecker und Buchsen, unterliegen bei PoE-Strecken einem höheren Verschleiß, wenn das Trennen der Steckverbindung unter Last erfolgt. Aufgrund der höheren Ströme entstehen Funkenabrisse und die dabei entstehenden Lichtbögen beschädigen mit der Zeit die Kontakte. Bei der Auswahl von Patch-Kabeln sollte deshalb auf RJ45 PoE+-fähige Gigabit-Stecker geachtet werden.


PoE-Steckerbelegung

PoE-Steckerbelegung

Quelle: Wikipedia

 

Wärmeentwicklung (Verlegekabel)

Wird eine höhere Leistungen benötigt (bei Hi-PoE bis zu 100 Watt pro Port), steigt durch den Widerstand auch die Wärmeentwicklung. Wärmere Kabel dämpfen dabei die Datenübertragung und die Bandbreite sinkt.

Bei einer einzelnen Kabelstrecke ist die Wärmeentwicklung unkritisch. In einem Kabelbündel hängt die Erwärmung von der Außentemperatur, der Kabellänge und der Kabelkonstruktion ab. In einem Bündel mit U/UTP-Kabeln entsteht eine zweimal größere Temperaturerhöhung als bei einem vergleichbaren Bündel mit S/FTP-Kabeln. Kabel mit größerem Leitungsquerschnitt sind aufgrund der kleineren Widerstände von Vorteil. Deshalb sollte für PoE-Verkabelungen vorzugsweise ein Cat7/7A Kabel (Querschnitt 0,33 m²) verlegt werden, weil Kabel mit einem größeren Leitungsquerschnitt einen kleineren Widerstand aufweisen. Für kleinere Leistungen kann ein Cat 5/5e (Querschnitt 0,21 m²) oder Cat 6A/6A ausreichend sein.

Weil in Zukunft in der Gebäudeverkabelung auch die Lichtsteuerung Einzug halten wird, ist in der Planung ein Cat7/7A Kabel die Erste Wahl.

 

Beispiel eines PoE-Switchs mit 130 W Gesamtleistung
und acht PoE+-Ports gemäß IEEE 802.3af/at

PoE-Switch

Lancom hat den Lüfterlosen GS-3510XP mit je vier 1G- und 2,5G-Ethernet-Ports sowie mit zwei 10G-SFP+-Uplink-Ports ausgestattet.

 

Der Lancom GS-3510XP bietet vier 2,5G- und vier 1G-Ethernet-Ports sowie zwei 10G-SFP+-Uplink-Ports für die Vernetzung von bis zu zehn Geräten. Bis zu acht Endgeräte könnten über die PoE+-Ports (IEEE 802.3at) und mit einem PoE-Budget von 130 Watt ohne zusätzliche Stromzufuhr angeschlossen werden. Mit einem Datendurchsatz von 68 GBit/s auf der Backplane stehen beim GS-3510XP auch bei hoher Auslastung genügend Reserven bereit, so der Hersteller.

Der GS-3510XP ist auch bestens für den Einsatz in Small- und Homeoffices geeignet, weil das Kühlkonzept des Switchs auf rein passiven Komponenten basiert.

 

Glossar

PoE (Power over Ethernet), Spannungsversorgung über Ethernetkabel
PSE (Power Sourcing Equipment), Spannungsquelle, PoE-Switch, PoE-Injektor
PD (Powered Device), angeschlossenes Endgerät
SELV (Safety Extra Low Voltage), Normung

 

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Georg Malinowski Geschäftsführer der

Malinowski Gebäudetechnik GmbH
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Quelle
Text: Malinowski/Kox
Bilder: Lancom Systems
Composing: KOX Datentechnik