Los dispositivos de próxima generación brindan una capacidad PoE mejorada para dispositivos IoT

La tecnología 5G de próxima generación que ofrece conectividad de Internet móvil avanzada con velocidades más rápidas crea nuevas oportunidades comerciales al permitir una variedad de aplicaciones de IoT y Big Data. Estas aplicaciones están generando una demanda sin precedentes para conectar tipos adicionales de dispositivos alimentados (PD) a redes Ethernet, incluidas cámaras de vigilancia IP, puntos de acceso 802.11ac y 802.11ax, luminarias LED, celdas pequeñas 5G y otros dispositivos IoT. La tecnología Power-over-Ethernet (PoE) ofrece numerosas ventajas para alimentar estos dispositivos en implementaciones 5G y el último IEEE ^® El estándar 802.3bt lo hace posible al presionar el límite de potencia del equipo de suministro de energía (PSE) y los dispositivos alimentados (PD) a 90W y 71.3W respectivamente.

El desafío es cómo implementar PD que admitan esta última generación de tecnología PoE para que puedan funcionar junto con las versiones anteriores a IEEE ^® PDs 802.3bt de 2 y 4 pares que admiten especificaciones anteriores de Universal PoE (UPOE) y Power-over-HDBaseT (POH) preestándar. La industria ahora ha cerrado esta brecha de interoperabilidad, asegurando que tanto el IEEE anterior como el nuevo ^® Los PD que cumplen con 802.3bt-2018 pueden compartir la misma infraestructura Ethernet sin requerir cambios en los conmutadores o cableado existentes.

El camino hacia IEEE 802.3bt

Desde la ratificación del primer estándar PoE en 2003, el uso de PoE ha aumentado drásticamente y ha avanzado hacia nuevas aplicaciones. PoE proporciona enormes beneficios en relación con la facilidad de instalación, ahorra costos de CAPEX y OPEX y proporciona un estándar de energía unificado y seguro para uso en todo el mundo.

El principal factor limitante que afecta el uso de PoE en nuevas aplicaciones es la cantidad de energía disponible. Si bien 15,4 W en la fuente de alimentación es suficiente para la mayoría de los teléfonos IP y los puntos de acceso 802.11a / b / g, no es suficiente para los teléfonos con video IP, 802.11ny cámaras IP con giro, inclinación y zoom (PTZ). Por esta razón, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) lanzó IEEE 802.3at-en 2009, especificando 30W en la fuente PoE.

Hoy en día existe una demanda de energía aún mayor para admitir dispositivos adicionales conectados a la red Ethernet, como cámaras de seguridad PTZ, quioscos, terminales POS, cliente ligero, puntos de acceso 802.11ac y 802.11ax, celdas pequeñas e iluminación LED conectada, todo de los cuales pueden beneficiarse de PoE. Para satisfacer esta demanda, el nuevo estándar IEEE 802.3bt aumenta la potencia máxima de PoE disponible principalmente al utilizar los cuatro pares de cableado estructurado. IEEE 802.3bt amplía la información de clasificación de energía intercambiada durante la negociación inicial para permitir una capacidad significativa de administración de energía, lo que permite el soporte de múltiples clases de PoE, al mismo tiempo que es compatible con versiones anteriores. Estas mejoras resuelven el desafío de mayor potencia y sistemas de entrega de PoE más eficientes.

La actividad de IEEE 802.3bt Call for Interest (CFI) comenzó a principios de 2013 y la ratificación del estándar tuvo lugar en septiembre de 2018. El nuevo estándar aborda las necesidades del mercado existente y se considera un catalizador importante para el crecimiento del mercado de PoE, ya que facilita la expansión. de casos de uso de PoE empujando el límite de potencia de PSE y PD a 90W y 71.3W respectivamente.

Sin embargo, antes de esta iniciativa IEEE 802.3bt, hubo esfuerzos paralelos para aumentar la entrega de energía a los PD. Comenzó con el estándar IEEE 802.3af-2003 PoE que proporcionaba hasta 15,4 W de potencia de salida a cada dispositivo a través de dos pares de cables de Categoría 5e (Cat5e). El estándar IEEE 802.3at-2009, también conocido como PoE +, introdujo el PSE / PD “Tipo 2” capaz de soportar una potencia de salida de 30W y una potencia de carga de 25.5W. Este último es principalmente una extensión del primer estándar. A continuación, HDBaseT Alliance estandarizó el protocolo HDBaseT, que permite extender los enlaces HDMI hasta 100 m sobre cables Cat5e o mejores. En 2011, HDBaseT Alliance creó el estándar Power over HDBaseT (PoH) que extiende la potencia máxima disponible a 95W en cuatro pares.

La siguiente tabla 1 resume los estándares anteriores a IEEE 802.3bt:

Tabla 1:La capacidad de potencia extendida permite que la potencia de entrada de PD alcance hasta 95 W si se conoce la longitud del canal.

IEEE 802.3bt agrega una serie de capacidades. Además de introducir PSE / PD de Tipo 3 y Tipo 4 y trabajar en cuatro pares, también admite las construcciones de PD de firma única y doble y agrega las clases 5 a 8 como parte de un proceso de identificación mutua mejorado. Se agrega la funcionalidad de clase automática y la capacidad de potencia se ha ampliado siempre que se conozca la longitud del canal. Finalmente, incluye soporte de bajo consumo de energía en espera y es compatible con 10G-BASE-T con PoE. La tabla 2 a continuación muestra las capacidades de PoE que estaban disponibles tras la ratificación del estándar IEEE 802.3bt.

Tabla 2:La capacidad de potencia extendida permite que la potencia de entrada de PD alcance hasta 60 W para el Tipo 3 y hasta 90 W para el Tipo 4 si se conoce la longitud del canal.

Uno de los objetivos del estándar IEEE 802.3bt es cumplir con los requisitos de fuente de alimentación limitada y de voltaje extra bajo de seguridad (SELV) como se define en ISO / IEC 60950. Sin embargo, este cumplimiento significa que la potencia no puede exceder los 100 W por puerto. A pesar de este límite de potencia, 100 W por puerto todavía es suficiente para aplicaciones que antes no eran compatibles con los estándares IEEE anteriores, lo que amplía la cantidad potencial de implementaciones de puertos PoE.

Garantizar la interoperabilidad

Las especificaciones IEEE 802.3bt garantizan que el sistema IEEE 802.3bt funcionará automáticamente con dispositivos heredados de Tipo 1 y Tipo 2, siempre que el PSE sea capaz (en términos de potencia) de admitir el PD y ambos cumplan con los estándares. Si el PD requiere mayor potencia (IEEE 802.3bt PD) y el PSE no puede admitirlo (IEEE 802.3af / en PSE), el PD permanecerá apagado o se encenderá y consumirá solo la energía disponible del PSE.

Uno de los primeros ejemplos de soluciones que ofrecen esta interoperabilidad es un conjunto de chips PSE de Microchip que permite que los conmutadores preestándar interoperen con los nuevos productos compatibles con IEEE 802.3bt-2018. El conjunto de chips siguió a un conjunto de chips PSE anterior de Microchip para implementar el estándar de potencia PoH de cuatro pares ampliamente adoptado para PD de 95 W y también es el núcleo de una oferta de inyectores PoE y midspans compatibles con IEEE 802.3bt-2018 que cierran la brecha de interoperabilidad. para los usuarios.

Los inyectores PoE y midspans compatibles con IEEE 802.3bt-2018 se instalan entre los PD y un conmutador existente, lo que permite a los usuarios alimentar cualquier combinación de PD preestándar y compatibles con IEEE 802.3bt-2018. La disponibilidad de opciones de puerto único y multipuerto permite que los nuevos conmutadores compatibles con IEEE 802.3bt alimenten PD preestándar.

Para los desarrolladores de sistemas, los conjuntos de chips PoE IEEE 802.3af / at / bt brindan la escalabilidad para incorporar, en un diseño de placa única, los sistemas de dos y cuatro pares que se requieren para admitir PoE preestándar y compatible con IEEE 802.3bt-2018 . Estos conjuntos de chips deben poder equilibrar la disipación térmica de manera uniforme en todo el sistema y deben incluir todas las funciones de administrador y controlador necesarias para la construcción de equipos PSE que puedan generar de 90 a 99,9 vatios de potencia por puerto y admitir hasta 48 puertos para IEEE 802.3bt Tipo 3 (Clases 1-6) y Solicitudes de Tipo 4 (Clases 7-8). Una consideración adicional es la posibilidad de que los sistemas basados ​​en estos conjuntos de chips se actualicen desde estándares anteriores a IEEE 802.3bt mediante una actualización de software sin cambios de hardware.

Una última preocupación para los desarrolladores es si pueden proteger los PD contra las conexiones de polaridad inversa y reducir el espacio de energía y los costos de suministro de energía IEEE 802.3bt Tipo 4 Clase 8. Esto también se ha resuelto con las últimas soluciones IEEE 802.3bt, mediante la disponibilidad de dispositivos rectificadores de puente completo que se utilizan en el lado alimentado de la conexión PoE.

El nuevo estándar IEEE 802.3bt permite la entrega de 90 W a través de cuatro pares de cables Cat5e y superiores. Se espera que este nivel de PoE sea el nivel máximo definido, ya que los niveles más altos pueden no ser seguros para el cableado y los conectores existentes implementados en las infraestructuras actuales. El estándar reemplazará todas las soluciones pre-estándar existentes que entregan 60W / 75W / 95W en la actualidad, como UPOE o 4PPoE. Los proveedores de dispositivos y sistemas PoE están proporcionando una hoja de ruta para implementar estos nuevos estándares al mismo tiempo que respaldan las implementaciones previas al estándar, incluidas las que admiten las especificaciones UPOE y POH. Implementado correctamente, pre-estándar y nuevo IEEE ^® Los PD que cumplen con 802.3bt-2018 pueden compartir la misma infraestructura Ethernet sin requerir cambios en los conmutadores o cableado existentes.