POE چیست؟

همه ما به خوبی می دانیم زمانی که تعدادی از تجهیزات الکترونیکی را در اختیار داریم، برای روشن کردن آن ها باید انرژی الکتریکی را به دستگاه ها برسانیم تا آن ها روشن شوند.
تمام دستگاه های موجود در شبکه اترنت صنعتی برای روشن شدن نیاز به برق مستقیم دارند. به این معنی که هر دستگاه یک آداپتور جداگانه دارد که برق شهری یا مستقیم را با دو رشته سیم به میزان ولتاژ ورودی دستگاه تبدیل می کند و آن را برای دستگاه ارسال می کند. از آن جایی که هر دستگاه موجود در شبکه به یک آداپتور نیاز دارد، این کار باعث ایجاد مشکلاتی در درون ساختار فیزیکی و پیاده سازی شبکه اترنت صنعتی می شود.
از طرف دیگر دستگاه های موجود در بستر شبکه اعم از سوئیچ های اترنت صنعتی و دیگر دستگاه های موجود برای دریافت داده به یک کابل ورودی شبکه نیازمند هستند.
همین نکته باعث شد تا محققین این بخش به این نتیجه برسند که برای کاهش میزان کابل کشی و هزینه ها و عدم نیاز به پریز برق در کنار دستگاه های شبکه و از طرفی دیگر کاهش خرابی شبکه ها، برق و داده را بر روی یک بستر انتقال دهند و تنها بستر موجود که می توانست این کار را انجام دهد، کابل شبکه انتقال داده(Data) بود.
از طرفی برای انتقال برق بدین نحو می بایست دستگاه ها قابلیت پشتیبانی از فناوری POE را داشته باشند و برق از طریق کابل های شبکه مسی با زوج های به هم تابیده به این دستگاه ها انتقال می یابد. در بین محصولات شرکت های ادونتک(Advantech)، اورینگ(ORing) و زیمنس (Siemens) با توجه به نیاز در دسته بندی محصولات، میتوان انواع سوییچ اترنت صنعتی که فناوری POE پشتیبانی به عمل می آورند را متناسب با نیاز انتخاب نمود. کارایی بهینه و مزیت های کاربردی این فناوری باعث محبوبیت آن در سالهای اخیر شده است.

دستگاه های دارای قابلیت POE می توانند شامل تجهیزات تامین کننده برق (PSE)، دستگاه های مصرف کننده برق (PD) یا بعضی اوقات هر دو باشند. بیشتر PSE ها یا سوئیچ های مدیریتی و غیر مدیریتی شبکه هستند و یا PoE injector ای هستند که کاربرد انتقال برق بر بستر کابل داده را در هنگام استفاده از سوئیچ های غیر POE دارند.
از نمونه دستگاه های PD می توان به دوربین های IP، تلفن های VOIP و Wireless Access Point ها اشاره کرد که فناوری POE برق را از دستگاه های PSE مانند سوئیچ های اترنت صنعتی بر بستر کابل شبکه به آن ها می رساند. روش کارکردن POE ساده است. کابل های شبکه دارای زوج های به هم تابیده مسی، از 8 رشته سیم تشکیل شده اند که با روکش های بیرونی چند لایه محصور شده اند. از این 8 رشته سیم، 4 رشته سیم برای انتقال اطلاعات استفاده می شود که شامل رنگ های نارنجی، سفید/نارنجی، سبز و سفید/سبز می باشند. در POE از 2 یا 4 رشته دیگر یعنی آبی، سفید/آبی، قهوه ای و سفید/قهوه ای برای انتقال برق استفاده می شود.
با توجه به ابتدای بحث، برق DC نیازمند دو رشته سیم می باشد؛ اما باید دانست که جریان برق در طول مسیر دچار افت جریان و ولتاژ می شود و دلیل این اتفاق مقاومت سیم در طول مسیر است که جریان برق را به انرژی حرارتی تبدیل می کند. برای جلوگیری از کاهش جریان و ولتاژ می بایست از کابل های قطور تر استفاده کرد. به همین دلیل بهترین راهکار استفاده از دو سیم به صورت همزمان برای انتقال جریان برق است که باعث افزایش قطر آن می شود.

پس می توانیم از دو رشته سیم برای جریان مثبت و از دو رشته دیگر برای منفی استفاده نمود. در استاندارد های جدیدتر POE، از هر 8 رشته سیم برای انتقال جریان و داده استفاده می شود. نکته مهم این است که در استفاده مشترک از سیم ها برای انتقال داده و جریان برق، تداخلی پیش نمی آید به این دلیل که داده در یک طیف فرکانسی متفاوت از جریان برق ارسال می شود.

انواع استانداردهای POE به شرح ذیل می باشند:

استاندارد IEEE 802.3af-2003 حداکثر 15.4 وات توان را بر بستر کابل می تواند ایجاد نماید که تنها 12.95 وات آن به صورت تضمین شده به دستگاه مقصد انتقال پیدا می کند و مابقی توان به شکل های مختلف مثل گرما در طول مسیر از بین می رود.

استاندارد IEEE 802.3at-2009 به عنوان +POE شناخته می شود که در نهایت می تواند 25.5 وات توان را در دستگاه مقصد تحویل دهد در حالی که توان نامی آن 30 وات می باشد.

برای پاسخ به نیاز توان مصرفی بالاتر، IEEE در پایان سال 2018 استاندارد جدید PoE را منتشر کرد تا ظرفیت توان مصرفی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
استاندارد IEEE 802.3bt-2018 با نگاهی به روش های افزایش میزان توان انتقالی به دستگاه مقصد و با استفاده از تمام زوج سیم های موجود در کابل شبکه دو مدل توان را معرفی می نماید. در نسخه اول از این استاندارد ما شاهد حداکثر 51 وات توان تحویلی به دستگاه مقصد و در نسخه دوم از این استاندارد که در همان سال 2018 معرفی شده است، شاهد حداکثر 71.3 وات توان تحویلی به دستگاه مقصد هستیم.
با استفاده از این پیشرفت ها در انتقال توان نهایی استاندارد IEEE 802.3bt-2018 کاربردهای جدیدی مانند پیاده سازی Access point های بی سیم با کارآمدی بالا تعریف می شود. از قابلیت های دیگر این استاندارد می توان به کاهش اتلاف توان مصرفی در طول مسیر کابل اشاره نمود.
سوییچ های صنعتی مدیریتی و غیر مدیریتی برندهای ادونتک (Advantech)، اورینگ (ORing)، زیمنس (Siemens) و راگدکام (Ruggedcom) از انواع این استانداردها پشتیبانی می کنند.

یک نکته دیگر آنکه دستگاه های PSE می توانند تا سقف معینی از توان مصرفی دستگاه های مصرف کننده را تامین نمایند. این به آن معنی است که این دستگاه ها قابلیت تامین حداکثر ظرفیت توان مورد نیاز تمام پورت های خروجی را نخواهند داشت و یک حد مشخص از آن وجود دارد. کسانی که می خواهند شبکه خود را راه اندازی نمایند باید ابتدا میزان مصرف دستگاه های انتهایی خود(PD) در توان مصرفی را محاسبه نموده و مطابق با آن از دستگاه سوئیچ اترنت صنعتی یا به اصطلاح PSE مورد نظر استفاده نمایند.
به دستگاه های مجهز به PoE و +POE براساس میزان انرژی مورد نیاز آنها یک کلاس از 0-4 اختصاص داده می شود. وقتی دستگاه PD به دستگاه PSE متصل می شود، کلاس خود را به PSE ارائه می دهد تا PSE بتواند مقدار صحیح برق را برای آن تأمین کند.
دستگاه های کلاس 1، کلاس 2 و کلاس 3 به ترتیب به توان بسیار کم، کم و توان متوسط نیاز دارند. دستگاه های کلاس 4(+POE) به توان بالایی نیاز دارند و فقط با PSE ای سازگار هستند که توانایی +POE را داشته باشد. دستگاه های کلاس صفر از آنجایی که توسط سازنده به طور دقیق تعیین توان مصرفی نشده اند، PSE موظف است مطابق کلاس 3 برای آنها توان مصرفی تعیین نماید.

مزایای استفاده از دستگاه های دارای استاندارد POE چیست؟

-کاهش هزینه ها:

آداپتورها برای شبکه هزینه بردار هستند. نیاز به کابل کشی های موازی و جداگانه برای برق تمامی تجهیزات و نبود پریزهای برق در هر نقطه ای از مختصات فیزیکی نصب مثل دوربین ها خود ایجاد هزینه است. با این استاندارد این هزینه ها کاهش پیدا می کند.

-ایمنی بیشتر:

برق مستقیم تجهیزات، در بازه های ولتاژ‌ پایین قرار دارد که موجب برق گرفتگی نمی شود. پس حذف برق شهری باعث ایمنی بیشتر افراد می گردد.

-تامین برق اضطراری:

یکی از مواردی که بسیار در شبکه نیاز و ضروری است، برق اضطراری می باشد که اگر از سیم کشی معمول برق استفاده گردد، هر دستگاه شبکه در کنار خود باید یک UPS داشته باشد تا بتواند در هنگام قطعی برق از آن استفاده نماید. اما با کابل کشی شبکه، تمام دستگاه ها به یک سوئیچ POE مرکزی متصل هستند که اگر UPS در کنار آن سوییچ قرار بگیرد، مشکل برق اضطراری شبکه حل می شود.

-رفع آسان تر خرابی:

در سیستم مبتنی بر POE مدیریت یکپارچه برق وجود دارد که رفع خرابی بسیار آسانتر انجام می گیرد.

-توسعه ساده تر شبکه:

اضافه کردن نودهایی به شبکه هنگام توسعه آن در زمان استفاده از POE ساده تر است تا هنگامی که قرار است برای هر نود به صورت جداگانه برق تامین گردد.
محدودیت های استفاده از فناوری POE با آنکه کم است، اما باید آن ها را مد نظر داشت. از جمله آنها می توان موارد زیر را نام برد:

– محدودیت میزان مسافت: مسافت استاندارد مورد پشتیبانی توسط این فناوری حدود 90 متر یا اندکی بیشتر می باشد.
– عدم سازگاری تمام دستگاه های موجود در شبکه با این فناوری
– اگر تعداد دستگاه های شبکه کم باشد قطعا هزینه بالاتری نسبت به سیم کشی معمولی را تحمیل می کند.

نمونه هایی از کاربردهای فناوری POE به شرح ذیل می باشد:

سوئیچ های اترنت صنعتی POE:

سوئیچ های اترنت POE علاوه بر کارکرد و وظیفه معمول خود، به عنوان یک منبع تغذیه برای دستگاه های شبکه عمل می کنند. آن ها برق ورودی را به کابل شبکه وارد می کنند تا دستگاه های متصل شده با POE به شبکه از آن استفاده نمایند.

مدیا کانورتر POE:

یک مدیا کانورتر POE راهکاری مناسب برای توسعه بستر شبکه از طریق فیبر یا کابل مسی است . این مدیا کانورتر ها می توانند داده ها را بر بستر فیبر نوری به عنوان ورودی دریافت کرده و سپس بر بستر اترنت به عنوان یک دستگاه PSE آن را تا حداکثر 100 متر یه یک دستگاه PD انتقال دهند.

اسپلیترهای POE:

دستگاهی کوچک است که قابلیت جداسازی داده و برق را از روی کابل شبکه دارای POE دارا است. با استفاده از این دستگاه می توان قابلیت تغذیه به صورت POE را به تجهیزات شبکه فاقد این قابلیت اضافه نمود.
برای نمونه این دستگاه به سوئیچ مرکزی دارای فناوری POE متصل شده و سپس داده و برق را از هم جدا نموده و به دو کابل مجزا تبدیل می کند و کابل داده به پورت LAN دستگاه شبکه ای و کابل برق هم به پورت برق آن دستگاه وصل می شود.

رپییتور/ اکستندرهای POE:

برای اتصال به دستگاه های دارای فاصله زیاد و بیش از 100 متر در بستر شبکه از توسعه دهنده های POE استفاده می شود. این دستگاه ها از قبیل ACCESS POINT ها و دوربین های نظارت تصویری معمولا دارای فاصله فیزیکی زیادی تا سوئیچ POE مرکزی هستند.

POE Injectors:

همانطور که نام دستگاه نشانگر وظیفه آن است، وظیفه اصلی این دستگاه افزودن برق به کابل شبکه در کنار داده می باشد.
نمونه پر کاربرد این دستگاه برای رادیو های وایرلس می باشد و معمولا یکی از آنها را داخل جعبه ی این رادیو های وایرلس میتوانید پیدا کنید. چرا که رادیو های وایرلس معمولا ورودی برق به صورت مجزا ندارند و باید حتما به صورت POE تامین برق شوند و اصلا رساندن برق تا ارتفاع 40 متری دکل به صورت مجزای شبکه کار غیر منطقی به نظر می رسد و ممکن است خطرناک نیز باشد.

این دستگاه کاربرد های دیگر نیز دارد. زمانی که سوییچ مورد استفاده از POE پشتیبانی نمی کند؛ ولی دستگاه های مقصد مثل دوربین ها یا تلفن های VOIP که بر بستر POE فعالیت می کنند، از POE Injector ها استفاده می کنند.