Power over Ethernet

Una red de área local inalámbrica creada mediante un punto de acceso alimentado por PoE.

La alimentación a través de Ethernet (Power over Ethernet, PoE) es una tecnología que incorpora alimentación eléctrica a una infraestructura LAN estándar. Permite que la alimentación eléctrica se suministre a un dispositivo de red (switch, punto de acceso, router, teléfono o cámara IP, etc) usando el mismo cable que se utiliza para la conexión de red. Elimina la necesidad de utilizar tomas de corriente en las ubicaciones del dispositivo alimentado y permite una aplicación más sencilla de los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) para garantizar un funcionamiento las 24 horas del día, 7 días a la semana.

Power over Ethernet se regula en una norma denominada IEEE 803.af, y está diseñado de manera que no haga disminuir el rendimiento de comunicación de los datos en la red o reducir el alcance de la red. La corriente suministrada a través de la infraestructura LAN se activa de forma automática cuando se identifica un terminal compatible y se bloquea ante dispositivos preexistentes que no sean compatibles. Esta característica permite a los usuarios mezclar en la red con total libertad y seguridad dispositivos preexistentes con dispositivos compatibles con PoE.

Actualmente existen en el mercado varios dispositivos de red como switches o hubs que soportan esta tecnología. Para implementar PoE en una red que no se dispone de dispositivos que la soporten directamente se usa una unidad base (con conectores RJ45 de entrada y de salida) con un adaptador de alimentación para recoger la electricidad y una unidad terminal (también con conectores RJ45) con un cable de alimentación para que el dispositivo final obtenga la energía necesaria para su funcionamiento.

Ventajas

• PoE es una fuente de alimentación inteligente: Los dispositivos se pueden apagar o reiniciar desde un lugar remoto usando los protocolos existentes, como el Protocolo simple de administración de redes (SNMP, Simple Network Management Protocol).
• PoE simplifica y abarata la creación de un suministro eléctrico altamente robusto para los sistemas: la centralización de la alimentación a través de concentradores (hubs) PoE significa que los sistemas basados en PoE se pueden enchufar al Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) central, que ya se emplea en la mayor parte de las redes informáticas formadas por más de uno o dos PC, y en caso de corte de electricidad, podrá seguir funcionando sin problemas.
• Los dispositivos se instalan fácilmente allí donde pueda colocarse un cable LAN, y no existen las limitaciones debidas a la proximidad de una base de alimentación (dependiendo la longitud del cable se deberá utilizar una fuente de alimentación de mayor voltaje debido a la caída del mismo, a mayor longitud mayor perdida de voltaje, superando los 25 metros de cableado aproximadamente).

• Un único juego de cables para conectar el dispositivo Ethernet y suministrarle alimentación, lo que simplifica la instalación y ahorra espacio.

• La instalación no supone gasto de tiempo ni de dinero ya que no es necesario realizar un nuevo cableado.

Desventajas

• Ausencia de estándares tecnológicos para la interoperabilidad de equipos.

Características generales (Norma IEEE 802.3af)

PoE se rige bajo las normas del estándar IEEE 802.3af. Dicho estándar se encarga de definir todo lo necesario para poder usar esta tecnología, esto es, los voltajes y las corrientes necesarias para su uso, el tipo de conexión que se debe realizar, los cables que se deben usar, etc.

La figura muestra las fases que debe realizar un PoE para poder alimentar usando un cable. Estas fases son 4, y cada una se corresponde con un bloque:

• Primer bloque: “Polarity Protection” o “Auto-polarity Circuit”. Como indica la norma, la tensión introducida puede venir de dos formas: una de las formas consiste en usar los par de datos del cable de Ethernet como fuente de alimentación. Dicha forma permite transmitir datos y alimentar a la vez por los mismos pares. La segunda forma usa otros pares alternativos para enviar la tensión. La ventaja de la primera forma es que usa solo dos pares, en vez de 4, que son los necesarios para implementar la segunda forma (El cable Ethernet tiene 4 pares en su interior).

• Segundo bloque: “Signature and Class circuitry”. Para asegurarse que el dispositivo no aplica una tensión a un dispositivo que no implementa PoE, el dispositivo empezará a dar unos determinados niveles de tensión. Estos niveles de tensión se dividen en 4 etapas. Al principio el dispositivo aplicará una tensión baja (2.7 V a 10.1 V) buscando una resistencia de 25 KΩ. Si es demasiado alta o demasiado baja, no hará nada. Esta fase permite proteger un dispositivo que no es PoE de uno que sí que lo es. En caso de que resulte ser PoE, buscará que clase de alimentación requiere. Para ello, elevará la alimentación a 14,5-20,5 V y medirá la corriente que circula a través de él. Dependiendo del resultado obtenido, el dispositivo sabrá cual es la máxima alimentación permitida para que trabaje el dispositivo PoE. A continuación, se adjuntan unas tablas que permiten ver esto de forma más clara.

Fase	Acción	Voltios especificados por 802.3af	Voltios usados por el chipset (LM5071)
Detección	Comprueba si el dispositivo conectado tiene una resistencia comprendida entre 15 – 33 KΩ	2.7-10.0	1.8–10.0
Clasificación	Comprueba a qué clase pertenece el dispositivo (ver tabla siguiente)	14.5-20.5	12.5–25.0
Inicio	Empieza a alimentar al dispositivo	>42	>38 (LM5072)
Operación Normal	Alimenta al dispositivo	36-57	25.0–60.0

Clase	Modo de uso	Niveles máximos para alimentar el dispositivo [Vatios]
0	Default	0.44 a 12.94
1	Optional	0.44 a 3.84
2	Optional	3.84 a 6.49
3	Optional	6.49 a 12.95
4	Reserved	(PSEs classify as Class 0)

• Tercer bloque: “Control Stage”. Es importante que el convertidor Dc/Dc no funcione mientras el dispositivo está realizando la fase de clasificación del bloque dos. El controlador deberá estar encendido cuando V = 35 V

• Cuarto bloque: “Convertidor DC/DC”. Generalmente la tensión nominal usada es de 48 V y no suele ser práctica en muchas aplicaciones, dónde se requiere un voltaje menor (3.3 V, 5 V o 12 V). Una manera muy efectiva de lograr este objetivo es usar un convertidor Buck DC/DC. Este convertidor es capaz de trabajar en un amplio rango de tensiones (36 V a 57 V), en condiciones de mínima y máxima carga.

Después de explicar esto, tenemos que hablar brevemente de cuál es la máxima potencia que puede entregar. Aunque ya se mencionó algo en la fase 2, creemos que es muy recomendable explicar esto. La máxima potencia que puede dar la fuente de alimentación es de 15.4 W (320 mA @ 4 8V o 350 mA @ 44 V) [La norma no deja muy clara estas últimas medidas]. Si contamos las pérdidas, entonces la potencia máxima será de 12.95 W (350 mA @ 37 V). En muchos casos esta cifra también se queda algo corta, pues, supone que el convertidor DC/DC tiene eficiencia máxima. Al final, la potencia será un valor comprendido entre 12.95 – 10.36 W (el último valor será el peor caso posible).

Inyector PoE pasivo

Pin-out de un inyector PoE pasivo.

Debido a que el estándar Ethernet necesita sólo 2 de los 4 pares en cables del tipo CAT-5,6 ó 7, hay 2 pares que no se utilizan. El estándar PoE utiliza los mismos pines para datos y alimentación (1/2, 3/6). El inyector PoE pasivo (low cost passive PoE injector) utiliza el par 4/5 para la alimentación y el 7/8 para masa sin ninguno de los complejos protocolos explicados anteriormente.

El instalador "debe ser consciente de las limitaciones inherentes al inyector PoE pasivo", éste incluye simplemente dos conectores RJ45 más un conector DC. Con un inyector PoE pasivo se pueden alimentar todos los dispositivos 802.3af, pero no todos los dispositivos 802.3at funcionarán correctamente.

Muchos dispositivos populares utilizan este sencillo método de fuente de alimentación centralizada. Igual que en un PoE estándar, se puede llegar hasta 30-40 m​ suministrando 48 V a un punto de acceso típico, a una cámara IP, o a un teléfono VOIP o cualquier dispositivo que se desee alimentar de forma remota (dependiendo la longitud del cable habrá que aumentar la tensión de la fuente de alimentación para compensar la caída en el mismo, a mayor longitud de cable mayor pérdida de voltaje).

Este tipo de inyector de tensión PoE existe para 48 voltios, 24 voltios, 18 voltios o 12 voltios y hasta un máximo de 120 vatios dependiendo de las características del punto de acceso, cámara IP o teléfono IP. El tamaño de fuente de alimentación variará dependiendo de la potencia necesaria.

Pines

Standards 802.3af A y B desde la perspectiva del equipo de alimentación eléctrica

Pines en el switch	Color T568A	Color T568B	10/100 modo B, DC separado		10/100 modo A, DC & data mezclados		1000 (1 gigabit) modo B, DC & bi-data		1000 (1 gigabit) modo A, DC & bi-data
Pin 1	Blanco Verde	Blanco Naranja	Rx +		Rx +	DC +	TxRx A +		TxRx A +	DC +
Pin 2	Green solid	Orange solid	Rx −		Rx −	DC +	TxRx A −		TxRx A −	DC +
Pin 3	Blanco Naranja	Blanco Verde	Tx +		Tx +	DC −	TxRx B +		TxRx B +	DC −
Pin 4	Azul	Azul		DC +			TxRx C +	DC +	TxRx C +
Pin 5	Blanco Azul	Blanco Azul		DC +			TxRx C −	DC +	TxRx C −
Pin 6	Naranja	Verde	Tx −		Tx −	DC −	TxRx B −		TxRx B −	DC −
Pin 7	Blanco Marrón	Blanco Marrón		DC −			TxRx D +	DC −	TxRx D +
Pin 8	Marrón	Marrón		DC −			TxRx D −	DC −	TxRx D −

Referencias

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Enlaces externos

• ieee802.org: Descargar el estándar IEEE 802.3-2005
• ieee802.org: IEEE 802.3af Task Force
• ieee802.org: IEEE 802.3at Task Force
• www.altair.org Power Over Ethernet
• Página que contiene información sobre PoE