PoE, dati e alimentazione sullo stesso cavo Ethernet

 

Ispirata allo stesso principio utilizzato nelle reti telefoniche, la tecnologia PoE - acronimo di Power Over Ethernet - permette di utilizzare il cavo dati FTP/UTP anche per alimentare le periferiche: telefoni VoIP, modem, router, access point, terminali POS e telecamere di videosorveglianza. Scopriamo insieme di che cosa si tratta, quali sono i vantaggi e gli attuali limiti.

 

Un solo cavo per fare funzionare la maggior parte dei dispositivi connessi a una rete locale, senza bisogno di ricorrere a singoli alimentatori localizzati, semplificando i cablaggi, l’installazione e la gestione operativa: è il principio ispiratore del Power Over Ethernet (PoE), la tecnologia che permette di utilizzare un unico cavo Ethernet per trasportare sia i dati sia l’energia elettrica ai dispositivi e alle periferiche di rete a basso consumo come modem, router, access point, switch, terminali POS, telecamere IP ecc.

Si tratta, in sostanza, dello stesso principio (ovviamente riadattato e perfezionato) impiegato nelle reti telefoniche analogiche e digitali, dove il doppino di rame trasporta sia i segnali di fonia/dati (ADSL) sia quelli di alimentazione necessari al funzionamento degli apparecchi telefonici.

 

Fino a 30 Watt di potenza

L’IEEE - Institute of Electrical and Electronic Engineers, che si occupa della promozione delle scienze tecnologiche e della definizione degli standard a livello europeo, ha stabilito le regole per il PoE con le norme 802.3af (pubblicate nel 2003) e 802.3at (2009).

La standardizzazione si è resa necessaria per consentire l’interoperabilità dei vari sistemi, utilizzati precedentemente con implementazioni proprietarie.

La norma 802.3af prevede una tensione di alimentazione delle periferiche di rete di 48 Vcc, con un assorbimento massimo di 350 mA e una potenza massima di circa 15 W, che si riducono a 12-13 W per le dispersioni lungo il cavo.

La norma 802.3at (PoE+) mantiene la stessa tensione, ma innalza la potenza massima teorica a 30 W.

 

Tre diversi schemi per reti Megabit e Gigabit

Nelle reti PoE convivono due tipi di dispositivi: il Power Source Equipment (PSE) e il Powered Device (PD).

Il PSE è il dispositivo che fornisce l'alimentazione, ad esempio uno switch PoE (collegamento Endpoint) oppure un iniettore installato lungo la rete (Midspan).

Il PD, invece, è il dispositivo che riceve l’alimentazione che gli serve per funzionare, ovvero modem, router, access point e telecamere IP che supportano questo standard.

La tensione di alimentazione di 48 viene “iniettata” nel cavo Ethernet Cat.x utilizzando le coppie di cavi non utilizzate dai dati (pin 4-5 per il positivo, 7-8 per il negativo - solo reti a 10/100 Mbps) oppure le stesse utilizzate dai dati (reti a 10/100 Mbps e 1000 Mbps - Gigabit).

Gli schemi Midspan PSE e Endpoint PSE - Alternativa B (vedi “Schemi di alimentazione PoE”) vengono utilizzati da iniettori e switch che sfruttano le coppie inutilizzate mentre lo schema Endpoint PSE - Alternativa A dai soli switch predisposti utilizzando tutte le coppie di cavi ed uno speciale trasformatore di impulsi.

Quest’ultimo schema, con due diverse modalità di cablaggio (A e B), è l’unico possibile nel cavo di PoE su reti Gigabit dove tutte e quattro le coppie di cavi vengono utilizzate per i dati.

La maggior parte degli switch PoE di ultima generazione sono in grado di gestire automaticamente l’alimentazione dei singoli PD collegati, consentendo così le operazioni di manutenzione senza interrompere il funzionamento dell’intera rete

 

Le protezioni previste dalle norme IEEE 802.3

Far viaggiare insieme, sullo stesso cavo, dati e alimentazione, si impongono tutta una serie di protezioni per evitare danneggiamenti ai dispositivi collegati alla rete.

La prima protezione prevista dalle norme IEEE 802.3 è quella relativa alle inversioni di polarità sul PD, realizzata con un semplice ponte di diodi.

questo componente elettronico restituisce la polarità corretta (+/-), indipendentemente dalla polarità in ingresso (+/- o -/+).

La seconda protezione è la gestione intelligente delle tensioni e delle correnti richieste da differenti tipologie di PD (es.: 24 o 48 V).

Il PSE inietta inizialmente una tensione compresa tra 2,7 e 10,1 V e verifica la presenza e il valore della resistenza di riferimento sul PD.

Se la resistenza è assente, fornisce un’alimentazione di 24 Vcc per i PD non ufficialmente compatibili con le specifiche 802.3.

Se, invece, la resistenza è presente, il PSE inietta una tensione tra 14,5 e 20,5 V e nel PD si attiva il circuito di classificazione che restituisce al PSE un valore di corrente compreso tra 9 e 44 mA.

Questo valore viene utilizzato dal PSE per stabilire la classe di potenza del PD, in base alla Tabella “Classe di potenza“.

Terminata la fase di classificazione, l’alimentatore eleva la tensione fino a 48 Volt, così da superare il blocco di tensione presente sul PD.

Questa barriera impedisce il passaggio di tensioni inferiori a 35 V e permette di alimentare il PD anche con cadute di tensione fino a 13 V.

 

Vantaggi e limiti del Power Over Ethernet

La tecnologia PoE offre diversi vantaggi tangibili per chi progetta e realizza reti LAN e sistemi di videosorveglianza IP.

Innanzitutto riduce i costi di materiale (come il cavo per l’alimentazione da remoto, l’alimentatore locale ed i connettori), posa (per scavi, canaline, ecc.) e manodopera.

Inoltre, permette di superare ostacoli anche insormontabili quali il collegamento di telecamere IP molto distanti dallo switch o dall’NVR, soprattutto in ambienti esterni.

Altri vantaggi sono la possibilità di utilizzare i classici cavi UTP e FTP (a partire dal Cat.5e) e di garantire l’alimentazione delle apparecchiature tramite dispositivo UPS anche in assenza di rete a causa di black-out, manomissioni, vandalismi ecc.

Di contro, la tecnologia PoE non supporta i dispositivi che assorbono più di 30 W, i cablaggi oltre i 100 m di lunghezza e quelli di scarsa qualità, che potrebbero comportare cadute di tensioni eccessive con conseguenti malfunzionamenti.

 

Marcello Recalcati

 

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