Power over Ethernet
Power over Ethernet (PoE) — технология, а также ряд стандартов IEEE 802.3, обеспечивающих подачу электрического питания одновременно с передачей данных по кабелям витой пары Ethernet. Благодаря PoE один кабель может служить как для обмена данными, так и для питания таких устройств, как беспроводные точки доступа (WAP), IP-камеры и VoIP-телефоны[1].
Технологии передачи питания
| Контакт | Пара | Цвет |
|---|---|---|
| 1 | 3 | |
| 2 | 3 | |
| 3 | 2 | |
| 4 | 1 | |
| 5 | 1 | |
| 6 | 2 | |
| 7 | 4 | |
| 8 | 4 |
Передача питания по кабелю Ethernet реализуется несколькими способами, которые включены в стандарт IEEE 802.3 с 2003 года.
Существуют три основных метода:
- Альтернатива A использует те же две из четырёх пар проводов, что и стандартные варианты передачи данных 10BASE-T и 100BASE-TX (обычно пары 2 и 3).
- Альтернатива B выделяет отдельные жилы для передачи данных и питания (пары 1 и 4).
- 4PPoE (питание по всем 4 парам, Four Pair Power over Ethernet) использует для передачи энергии все четыре пары одновременно, увеличивая допустимую мощность.
Альтернатива A передаёт питание по тем же проводам, что и данные, что аналогично технологии фантомного питания, применяемой для конденсаторных микрофонов. Из-за дифференциальной передачи Ethernet это не мешает передаче данных: общее напряжение снимается через центральный отвод трансформатора. Для гигабитного Ethernet и выше оба варианта (A и B) транслируют питание по тем же жилам, что и данные, поскольку на всех скоростях используются все четыре пары.
4PPoE позволяет повысить мощность, чего достаточно даже для питания, например, PTZ-камер, производительных точек доступа или зарядки ноутбуков.
Стандарты IEEE PoE не только закрепляют практику передачи питания по различным парам, но и определяют механизм согласования между «источником питания» (англ. power sourcing equipment, PSE) и «питаемым устройством» (англ. powered device, PD), позволяя согласовать требуемый/доступный уровень мощности.
Развитие стандартов
Последним крупным обновлением стандартов для многопарного Ethernet является IEEE 802.3bt, ратифицированный в 2018 году. Этот стандарт, также известный как PoE++ или 4PPoE, значительно расширил максимальную передаваемую мощность и по состоянию на 2024 год остаётся актуальной версией для традиционных четырёхпарных систем[2][3].
В настоящее время основные усилия рабочей группы IEEE 802.3 сосредоточены на развитии технологий передачи питания для однопарного Ethernet (англ. Single-Pair Ethernet, SPE). Ведётся работа над поправками, определяющими требования к кабельным системам и протоколам для англ. Single-Pair Power over Ethernet (SPoE), что открывает новые возможности для Интернета вещей, промышленной автоматизации и автомобильных сетей[4][5].
Двух- и четырёхпарные технологии
Первый стандарт PoE, IEEE 802.3af-2003[6] (Тип 1), позволял подавать до 15,4 Вт постоянного тока (минимум 44 В, 350 мА) на порт, но гарантировано к устройству доходило не более 12,95 Вт из-за потерь в кабеле.
Первое обновление стандарта — IEEE 802.3at-2009[7] (Тип 2, также известен как PoE+ или PoE plus), увеличило мощность до 25,5 Вт (на порт), однако одновременно использовать четыре пары для питания было запрещено[8]. Оба стандарта были включены в публикацию IEEE 802.3-2012[9].
Последним крупным обновлением для многопарных систем стал стандарт IEEE 802.3bt-2018 (также известный как PoE++ или 4PPoE), который ввёл Типы 3 и 4. Он впервые разрешил передачу питания по всем четырём парам, что значительно увеличило доступную мощность. Стандарт определяет два уровня: Тип 3 обеспечивает до 51 Вт на питаемом устройстве (PD), а Тип 4 позволяет источнику питания (PSE) выдавать до 90 Вт[10], гарантируя доставку 71,3 Вт на оконечное устройство (PD) после потерь в кабеле[11]. Максимальный ток — до 600 мА для типа 3 и 960 мА для типа 4. Эти нововведения были включены в редакцию 802.3-2022[12], открыв возможность питания энергоёмких устройств, таких как точки доступа Wi-Fi 6 и PTZ-камеры.
Однопарные технологии
Поправка IEEE 802.3bu-2016[13] ввела питание по данным по одной паре (англ. Power over Data Lines, PoDL) для стандартов 100BASE-T1 и 1000BASE-T1, применяемых в автомобилестроении и промышленности[14]. Изначально стандарт определил 10 классов мощности (0–9), а поправка IEEE 802.3cg-2019 добавила ещё 6 классов (10–15) для поддержки технологии англ. Single-Pair Ethernet (SPE) на длинных дистанциях (10BASE-T1L)[15]. Таким образом, общее число классов мощности достигло 16 (классы 0–15)[16]. Все классы были закреплены в сводном стандарте IEEE 802.3-2022[17], а технические уточнения для PoDL (Раздел 104) были внесены поправкой IEEE 802.3dd-2022[18].
В настоящее время рабочая группа IEEE 802.3 продолжает развитие технологий питания для однопарного Ethernet. Ведётся работа над поправками, в частности IEEE P802.3dp, которая определит требования к кабельным системам для англ. Single-Pair Power over Ethernet (SPoE), и IEEE P802.3da, включающей опциональную доставку питания для многоточечных сегментов.
Применение
Основные типы устройств, работающих от PoE[19]:
- VoIP-телефоны
- IP-камеры, включая PTZ
- беспроводные точки доступа
- декодеры IPTV
- сетевые маршрутизаторы
- Компактные коммутаторы, обеспечивающие несколько Ethernet-портов с одного входа (иногда поддерживают передачу PoE на последующие устройства)
- Домофонные и системы оповещения
- [[Часы]|Часы]], синхронизируемые по NTP
- Наружные радиостанции и антенны (например, для беспроводных операторов)
- Радиорелейные станции, системы свободного пространства, часто с нестандартным PoE
- Промышленные контроллеры, датчики, счётчики
- Системы контроля доступа, терминалы
- Контроллеры освещения и светильники на светодиодах[20]
- Театральные устройства (распределители и маршрутизаторы аудио)
- Терминалы точек продаж
- Ретрансляторы Ethernet/экстендеры (часто поддерживают PoE на выходе)[21]
- PoE-сплиттеры, преобразующие питание, например, в USB Power Delivery для зарядки мобильных устройств
Термины и определения
Источник питания PoE
В стандарте 802.3 оборудование, подающее питание по Ethernet, называется Power Sourcing Equipment (PSE). Это может быть как коммутатор, так и PoE-инжектор — устройство, подающее питание в кабель между коммутатором (не поддерживающим PoE или не обеспечивающим нужную мощность) и устройством[22].
Питаемое устройство
Любое устройство, получающее питание по PoE — Powered Device (PD): обычно это точки доступа, VoIP-телефоны, IP-камеры.
Многие PD имеют дополнительный разъём для резервного питания от внешнего источника, что позволяет, в зависимости от конструкции, либо резервировать питание, либо полностью получать энергию по PoE.
Управление питанием и интеграция
Сторонники PoE рассматривают технологию как долгосрочный вариант унификации источников постоянного тока, способный вытеснить множество нестандартизированных сетевых адаптеров питания[23]. Главным недостатком PoE критикуют меньшую эффективность по сравнению с переменным током, особенно из-за сравнительно малых сечений жил Ethernet-кабеля. Впрочем, в случае замены большого числа БП на PoE централизованная потеря в кабелях может быть оправдана[24].
Интеграция EEE и PoE
Интеграция PoE со стандартом Energy-Efficient Ethernet (EEE) (IEEE 802.3az) способна обеспечить дополнительное энергосбережение[25].
Реализация по стандарту
Стандартная реализация PoE базируется на IEEE 802.3af-2003 (в редакции IEEE 802.3-2005 — раздел 33) и IEEE 802.3at-2009. Для высокой мощности требуется кабель не ниже категории 5, но при меньших уровнях допустима категория 3[26].
Технология phantom power работает с 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T, 2.5GBASE-T, 5GBASE-T и 10GBASE-T. Питание подаётся по сигнальным парам в режиме общей точки: две пары необходимы для завершения цепи.
Напряжение на «запасных» парах (контакты 4/5 — +, 7/8 — −) жёстко определено стандартом; на сигнальных парах возможна инверсия полярности (из-за прямых/кроссовых кабелей), поэтому приборы используют диодный мост. В стандарте T568A обычно используется схема 1+2+, 3−6−.
| Официальное название в IEEE 802.3 |
Тип 1 | Тип 2 | Тип 3 | Тип 4 |
|---|---|---|---|---|
| Коммерческое название | PoE | PoE+ | PoE++ / 4PPoE | |
| определяющий стандарт IEEE | 802.3af | 802.3at | 802.3bt | |
| Мощность PD[note 1] | 12,95 Вт | 25,50 Вт | 51 Вт | 71,3 Вт |
| Максимум от PSE | 15,40 Вт | 30,0 Вт | 60 Вт | 90 Вт[27] |
| Диапазон напряжения (на PSE) | 44,0-57,0 В | 50,0-57,0 В | 52,0-57,0 В | |
| Диапазон напряжения (на PD) | 37,0-57,0 В | 42,5-57,0 В | 41,1-57,0 В | |
| Максимальный ток (Imax) | 350 мА | 600 мА на пару | 960 мА на пару | |
| Сопротивление кабеля на пару | 20 Ω (Cat 3) | 12,5 Ω (Cat 5) | ||
| Управление мощностью | Три класса подписи (1-3) | Четыре подписи (1-4) или 0,1 Вт по LLDP | Шесть подп.-классов или 0,1 Вт LLDP | Восемь подп.-классов или 0,1 Вт LLDP |
| Ограничение по температуре | Нет | 5°C при использовании двух пар | 10 °C при всех четырёх парах | 10 °C, требуется учёт температуры |
| Кабель | Cat 3, Cat 5[26] | Cat 5[26] | ||
| Режимы | Mode A (Endpoint), Mode B (Midspan) | Mode A, Mode B | Mode A, Mode B, режим 4 пар | Режим 4 пар обязателен |
Примечания:
- ↑ Внутри прибора 10-25 % теряются в виде тепла.
Режимы питания
В стандарте выделяют три режима — Mode A, Mode B и режим 4 пар. В режиме A питание передаётся по тем же парам, что и данные (1-2 и 3-6), в режиме B — по «запасным» (4-5 и 7-8). Режим 4 пар реализует передачу по всем парам. Режим выбирается оборудованием PSE; совместимые PD обязаны поддерживать оба метода.
Питание подаётся только при обнаружении на стороне PD «правильного» сигнального сопротивления (25 кОм). Для отделения питания и передачи данных используется диодный мост. Для продолжения питания PD обязан потреблять 5-10 мА не менее 60 мс подряд; если в течение 400 мс потребления не будет, питание снимается автоматически.
| Стадия | Описание | 802.3af | 802.3at |
|---|---|---|---|
| Обнаружение | Проверка сигнатурного сопротивления PD (19-26,5 кОм) | 2,7-10,1 В | |
| Классификация | Определение класса мощности PD | 14,5-20,5 В | |
| Mark 1/2 | PD сигнализирует поддержку 802.3at (если применимо) | — | 7-10 В |
| Включение | Подача рабочего напряжения | > 42 В | > 42 В |
| Рабочий режим | Питание устройства | 37-57 В | 42,5-57 В |
Классы мощности
| Класс | Назначение | Классификационный ток (мА) | Мощность на PD (Вт) | Макс. у PSE (Вт) | Описание |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | По умолчанию | 0-5 | 0,44-12,94 | 15,4 | Классификация не реализована |
| 1 | Опционально | 8-13 | 0,44-3,84 | 4,0 | Очень малая мощность |
| 2 | Опционально | 16-21 | 3,84-6,49 | 7,0 | Малая мощность |
| 3 | Опционально | 25-31 | 6,49-12,95 | 15,4 | Средняя мощность |
| 4 | Для Type 2 (802.3at) | 35-45 | 12,95-25,50 | 30 | Высокая мощность |
| 5-8 | Для Type 3/4 (802.3bt) | см. стандарт | до 71,3 | до 90 | Сверхвысокая мощность |
Автоматическое согласование (LLDP)
Протокол LLDP применяются для обмена данными между PSE и PD и согласования доступной мощности, режима передачи и других параметров.
Нестандартные реализации
Существует более десяти собственных (проприетарных) вариантов внедрения PoE[28].
Cisco
До появления IEEE-стандарта ряд устройств Cisco (точки доступа, телефоны) использовали проприетарную PoE-реализацию[29] на уровне оборудованных коммутаторов и PoE-инжекторов, не совместимых с IEEE 802.3af. Для согласования мощности использовался протокол Cisco Discovery Protocol (CDP) и механизм остановки передачи питания при прекращении обмена служебными сигналами[30].
В 2014 году Cisco представила проприетарную технологию Universal Power over Ethernet (UPOE), способную передавать до 60 Вт по четырём парам. После ратификации в 2018 году стандарта IEEE 802.3bt компания привела свои решения в соответствие с ним[31]. Технология UPOE стала реализацией Type 3 (до 60 Вт от источника), а новая версия UPOE+ — реализацией Type 4 (до 90 Вт от источника)[32]. Это обеспечивает до 51 Вт и 71 Вт на питаемом устройстве (PD) соответственно[32]. Технологии UPOE и UPOE+ являются ключевой особенностью коммутаторов серии Cisco Catalyst 9000[33] и позволяют питать энергоёмкие устройства, такие как точки доступа Wi-Fi 6, PTZ-камеры и системы светодиодного освещения[34][35].
LTPoE++ от Analog Devices
LTPoE++ (англ. Linear Technology Power over Ethernet) — проприетарный стандарт, разработанный компанией Linear Technology (позже приобретённой Analog Devices) для передачи мощности до 90 Вт[36]. Он был создан для удовлетворения спроса на более высокие мощности, чем мог предложить стандарт IEEE 802.3at (PoE+), и позволял передавать 38,7, 52,7, 70 или 90 Вт по кабелю Cat 5e[37].
После ратификации в 2018 году официального стандарта IEEE 802.3bt, который также стандартизировал передачу высокой мощности, LTPoE++ продолжил существовать как параллельное решение[38]. Компания Analog Devices, будучи участником разработки 802.3bt, выбрала стратегию поддержки обоих стандартов. Современные контроллеры компании, такие как LT4293, способны работать как с оборудованием IEEE 802.3bt, так и с LTPoE++[39][40]. Системы LTPoE++ позиционируются как более простое в реализации решение и сохраняют обратную совместимость со стандартами IEEE 802.3af (PoE) и 802.3at (PoE+)[41].
Microsemi
Фирма PowerDsine (поглощена Microsemi и далее Microchip), поставляет PoE-инжекторы различные с 1999 года без жёсткой привязки к стандарту, эксплуатирующиеся в оборудовании Polycom, 3Com, Lucent, Nortel и др[42]..
Пассивный PoE
В пассивных решениях питание подаётся всегда, без согласования, чаще по схеме Mode B (4+5+, 7-8−), устранение конфликта с передачей данных достигается использованием других пар или трансформаторных развязок. Для Gigabit Ethernet требуются дополнительные меры. Используемое напряжение чаще всего 24 В (беспроводные устройства), 48 В (телеком), 12, 18 или 54 В[43], сила тока до 1-2 А.
Ограничения мощности
Вопросы нагрева кабельных жгутов при высокой мощности (4PPoE) рассматриваются в ряде нормативных документов. Технический отчёт ISO/IEC TR 29125 был заменён технической спецификацией ISO/IEC TS 29125:2017[44], к которой впоследствии были выпущены поправки в 2020 и 2024 годах[45]. Также актуальным остаётся технический отчёт CLC/TR 50174-99-1:2015[46]. Эти документы рассматривают проблему значительного повышения температуры внутри пучка кабелей, особенно для неэкранированных конструкций, и предоставляют рекомендации для безопасного монтажа и эксплуатации систем удалённого питания.
Распиновка
Примечания
- ↑ Power over Ethernet (англ.). Ethernet Alliance. Дата обращения: 10 июня 2024.
- ↑ PoE++ близко: что нужно знать о новом стандарте IEEE 802.3bt. Хабр. Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ The Future of Ethernet: What to Expect in 2024 and Beyond (англ.). PivIT Global. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 24 июня 2025 года.
- ↑ IEEE 802.3 Ethernet Working Group (англ.). IEEE 802.3. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 27 сентября 2025 года.
- ↑ IEEE 802.3 Ethernet Working Group July 2025 Opening Report (англ.). IEEE. Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ 802.3af-2003 (англ.). IEEE (июнь 2003). Дата обращения: 1 июня 2024. Архивировано 24 ноября 2018 года.
- ↑ IEEE 802.3at Amendment 3: Data Terminal Equipment (DTE) Power via MDI Enhancements (англ.). IEEE (11 сентября 2009). Дата обращения: 5 июня 2024. Архивировано 25 декабря 2018 года.
- ↑ Amendment to IEEE 802.3 Standard Enhances Power Management and Increases Available Power (англ.). IEEE. Дата обращения: 24 июня 2010. Архивировано 16 октября 2012 года.
- ↑ IEEE Std 802.3-2012 (Revision to IEEE Std 802.3-2008) – IEEE Standard for Ethernet : [англ.]. — IEEE Standards Association, 28 декабря 2012. — ISBN 978-1-5044-8725-2. — doi:10.1109/IEEESTD.2022.9844436.
- ↑ Стандарты PoE (Power over Ethernet) (pdf). Элком-Электро. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 5 июля 2024 года.
- ↑ IEEE 802.3bt: What You Need to Know About the Next Power over Ethernet Standard (англ.) (pdf). Ethernet Alliance. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 30 декабря 2024 года.
- ↑ IEEE Std 802.3-2022 (Revision of IEEE Std 802.3-2018) – IEEE Standard for Ethernet : [англ.]. — IEEE Standards Association, 29 июля 2022. — ISBN 978-1-5044-8725-2. — doi:10.1109/IEEESTD.2022.9844436.
- ↑ IEEE P802.3bu 1-Pair Power over Data Lines (PoDL) Task Force (англ.) (17 марта 2017). Дата обращения: 30 октября 2017. Архивировано 10 октября 2017 года.
- ↑ Automotive power-over-Ethernet standard extends wattage range (англ.) (13 марта 2017). Дата обращения: 16 января 2021. Архивировано 22 января 2021 года.
- ↑ Powering the edge with single-pair Ethernet (англ.). Texas Instruments. Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ The Evolution of Power over Single Pair Ethernet (англ.). University of New Hampshire InterOperability Laboratory. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 11 октября 2025 года.
- ↑ IEEE 802.3-2022 - IEEE Standard for Ethernet (англ.). IEEE Standards Association. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 28 сентября 2025 года.
- ↑ IEEE Std 802.3dd-2022 - IEEE Standard for Ethernet Amendment 11: Maintenance #16 (англ.). IEEE (16 июня 2022). Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ Power over Ethernet (англ.). Commercial web page. GarrettCom. Дата обращения: 6 августа 2011. Архивировано 29 августа 2011 года.
- ↑ Makdessian, Alec M. The Bright New Outlook For LEDs: New Drivers, New Possibilities. Maxim Integrated. Дата обращения: 17 февраля 2024. Архивировано 8 декабря 2022 года.
- ↑ Ethernet Extender for POE and POE Plus equipment (англ.). Дата обращения: 26 октября 2015. Архивировано 30 сентября 2015 года.
- ↑ 1000BASE-T Midspan PSE (англ.). Cisco. Дата обращения: 18 июля 2011. Архивировано 2 августа 2011 года.
- ↑ Dave Dwelley. Banish Those "Wall Warts" With Power Over Ethernet (англ.), Electronic Design (26 октября 2003). Архивировано 26 ноября 2017 года. Дата обращения: 21 июля 2018.
- ↑ David Tremblay, Lennart Yseboodt. Clarifying misperceptions about Power over Ethernet and cable losses (англ.). Cabling Installation and Maintenance (10 ноября 2017). Дата обращения: 21 июля 2018. Архивировано 22 июля 2018 года.
- ↑ Roman Kleinerman, Daniel Feldman. Power over Ethernet (PoE): An Energy-Efficient Alternative (англ.). Marvell (май 2011). Дата обращения: 31 августа 2016. Архивировано 16 апреля 2016 года.
- ↑ 1 2 3 IEEE 802.3at-2009, clause 33.1.1c
- ↑ Overview of 802.3bt – Power over Ethernet standard (англ.). Ethernet Alliance. Дата обращения: 19 августа 2024. Архивировано 30 декабря 2024 года.
- ↑ Power over Ethernet (POE) proprietary pinouts (англ.). Дата обращения: 1 июня 2024. Архивировано 7 июня 2025 года.
- ↑ Power over Ethernet (POE) pinout (англ.). Дата обращения: 1 июня 2024. Архивировано 1 апреля 2015 года.
- ↑ Understanding the Cisco IP Phone 10/100 Ethernet In-Line Power Detection Algorithm (англ.). Дата обращения: 12 января 2010. Архивировано 2 февраля 2009 года.
- ↑ PoE vs. PoE+ vs. UPoE (англ.). Optcore. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 13 июля 2025 года.
- ↑ 1 2 Cisco PoE vs UPOE vs UPOE+: Difference and Selection Guide (англ.). Layer-23-Switch.com. Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ PoE vs PoE+ vs UPoE: в чем разница? Goodstor. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 19 апреля 2025 года.
- ↑ Коммутаторы Cisco Catalyst серии 9300 (pdf). CompTek. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 14 марта 2022 года.
- ↑ PoE vs. UPoE vs. PoE++ (англ.). NetAlly. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 29 апреля 2025 года.
- ↑ LTPoE++ Extends PoE to 90W With a Reliable and Easy-to-Use Standard (англ.). Analog Devices. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 14 августа 2025 года.
- ↑ Linear Tech PoE PD Controllers Provide up to 90W Delivered Power (англ.). EEPower. Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ Brief introduction to the development history of PoE standard (англ.). fuhua-cn.com. Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ IEEE 802.3bt/LTPoE++: Which High Power PoE Standard is Right for You? (англ.) (pdf). Analog Devices. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 3 сентября 2024 года.
- ↑ LT4293 - Other PoE Interface ICs (англ.). Würth Elektronik. Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ LTPoE++ Extends PoE to 90W With a Reliable and Easy-to-Use Standard (яп.). Analog Devices. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 24 апреля 2025 года.
- ↑ PowerDsine Limited (англ.). Дата обращения: 1 июня 2024. Архивировано 28 июля 2012 года.
- ↑ Passive Power over Ethernet equipment, AC-DC and DC-DC (англ.). Дата обращения: 1 июня 2024. Архивировано 20 июня 2010 года.
- ↑ Preview ISO/IEC TS 29125:2017 (англ.). elstandard.se. Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ Project: ISO/IEC TS 29125:2017/Amd 2:2024 (англ.). ISME. Дата обращения: 3 ноября 2025.
- ↑ CLC/TR 50174-99-1 Information technology - Cabling installation - Part 99-1: Remote powering (англ.). GlobalSpec. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 15 июня 2025 года.
Литература
- IEEE Std 802.3-2012 (Revision to IEEE Std 802.3-2008) – IEEE Standard for Ethernet : [англ.]. — IEEE Standards Association, 28 декабря 2012. — ISBN 978-1-5044-8725-2. — doi:10.1109/IEEESTD.2022.9844436.