Alimentación a través de Ethernet

El estándar PoE original, IEEE 802.3af-2003 , ^{[ 1 ]} ahora conocido como Tipo 1 , proporciona hasta 15,4  W de potencia CC (mínimo 44 V CC y 350  mA) ^{[ 2 ] [ 3 ]} en cada puerto. ^{[ 4 ]} Solo se garantiza que 12,95  W estén disponibles en el dispositivo alimentado, ya que parte de la potencia se disipa en el cable. ^{[ 5 ]}

La primera actualización de PoE, IEEE 802.3at-2009 , ^{[ 6 ]} introdujo el Tipo 2 , también conocido como PoE+ o PoE  plus . Proporciona hasta 25,5  W y prohíbe el uso simultáneo de cuatro pares para la alimentación. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Ambos estándares, 802.3af y 802.3at, fueron incorporados posteriormente a la publicación IEEE 802.3-2012 . ^{[ 9 ]}

Más tarde, los tipos 3 y 4 se introdujeron en IEEE 802.3bt-2018 , permitiendo respectivamente hasta 51  W y hasta 71,3  W de potencia suministrada, opcionalmente utilizando los cuatro pares para la alimentación. ^{[ 10 ]} Cada par debe manejar una corriente de hasta 600 mA (tipo 3) o 960 mA (tipo 4). ^{[ 11 ]} Además, se definen capacidades de potencia para 2.5GBASE-T, 5GBASE-T y 10GBASE-T . ^{[ 12 ]} Este desarrollo abre la puerta a nuevas aplicaciones y amplía el uso de aplicaciones como puntos de acceso inalámbricos de alto rendimiento y cámaras de vigilancia.    

IEEE 802.3bt se incorporó a 802.3 en la revisión de 2022. ^{[ 13 ]}

La enmienda IEEE 802.3bu-2016 ^{[ 14 ]} introdujo Power over Data Lines de un solo par (PoDL )para los estándares Ethernet de par único100BASE-T1y1000BASE-T1destinados a aplicaciones automotrices e industriales. ^{[ 15 ]} En los estándares de dos y cuatro pares, la tensión de alimentación se aplica entre un conductor de cada uno de los dos pares, de modo que dentro de cada par no hay tensión diferencial más allá de la que representa los datos transmitidos. Con Ethernet de par único, la alimentación se transmite en paralelo a los datos. PoDL definió inicialmente diez clases de alimentación, que van desde 0,5 a 50 W (en PD).

Posteriormente, PoDL se agregó a las variantes de par único 10BASE-T1 , ^{[ 16 ]} 2.5GBASE-T1, 5GBASE-T1 y 10GBASE-T1 , ^{[ 17 ]} y a partir de 2021Incluye un total de 15 clases de potencia con niveles intermedios de voltaje y potencia adicionales. ^{[ 16 ]}

802.3 se refiere al equipo de suministro de energía (PSE), que proporciona energía a través del cable Ethernet. Este dispositivo puede ser un conmutador de red , en el estándar PSE de punto final (comúnmente llamado dispositivo de extremo ) o un inyector PoE , PSE de punto medio en el estándar, un dispositivo intermedio entre un conmutador que no proporciona PoE (o que no puede proporcionar suficiente energía) y un dispositivo alimentado por PoE. ^{[ 21 ]}

La norma 802.3 se refiere a cualquier equipo alimentado por PoE como un Dispositivo Alimentado (PD). Algunos ejemplos son los puntos de acceso inalámbricos , los teléfonos VoIP y las cámaras IP .

Muchos dispositivos alimentados tienen un conector de alimentación auxiliar para una fuente de alimentación externa opcional. Dependiendo del diseño, parte, ninguna o toda la alimentación del dispositivo puede provenir del puerto auxiliar, ^{[ 22 ] [ 23 ]} y, en ocasiones, el puerto auxiliar también proporciona alimentación de respaldo en caso de que falle la alimentación PoE.

La integración de PoE con el estándar IEEE 802.3az Energy-Efficient Ethernet (EEE) puede generar ahorros de energía adicionales. Las integraciones preestándar de EEE y PoE (como EEPoE de Marvell , descrita en un documento técnico de mayo de 2011) afirman lograr ahorros superiores a 3 W por enlace. Este ahorro es especialmente significativo a medida que se conectan dispositivos de mayor potencia. ^{[ 26 ]} 

Hay tres modos disponibles: Modo A , Modo B y Modo de 4 pares . (En el estándar, se describen como dos modos, utilizando el término Modo de 4 pares para referirse a ambos simultáneamente). El Modo A suministra energía a los pares 2 y 3 de T568A y T568B , que son los pares de datos de 100BASE-TX o 10BASE-T. El Modo B suministra energía a los pares 1 y 4 , que no son utilizados por 100BASE-TX o 10BASE-T. El Modo de 4 pares suministra energía utilizando los cuatro pares. PoE también se puede usar con Ethernet 1000BASE-T, 2.5GBASE-T, 5GBASE-T y 10GBASE-T, en cuyo caso no hay pares de reserva y toda la energía se suministra mediante la técnica fantasma .  

El modo A tiene dos configuraciones alternativas (MDI y MDI-X), que utilizan los mismos pares pero con polaridades diferentes. En el modo A, los pines 1 y 2 (par 3 en el cableado T568A, par 2 en el T568B) forman un lado de los 48  V CC, y los pines 3 y 6 (par 2 en el T568A, par 3 en el T568B) forman el otro lado. Estos son los mismos dos pares que se utilizan para la transmisión de datos en 10BASE-T y 100BASE-TX, lo que permite proporcionar tanto energía como datos a través de solo dos pares en dichas redes. La polaridad libre permite que PoE admita cables cruzados, cables de parcheo y MDI-X automático .

En el modo B, los pines 4 y 5 (par 1 tanto en T568A como en T568B) forman un lado de la alimentación de CC y los pines 7 y 8 (par 4 tanto en T568A como en T568B) proporcionan el retorno; estos son los pares que no utilizan 10BASE-T ni 100BASE-TX. Por lo tanto, el modo B requiere que los cuatro pares de los conectores estén cableados.

El equipo de suministro de energía ( PSE ), no el dispositivo alimentado ( PD ), decide si se debe usar el modo A o el modo B. Los PD que implementan solo el modo A o el modo B no están permitidos por el estándar. ^{[ 37 ]} El PSE puede implementar el modo A, el modo B o ambos ( modo de 4 pares ). Un PD indica que cumple con los estándares colocando una resistencia de 25  kΩ entre los pares alimentados. Si el PSE detecta una resistencia demasiado alta o demasiado baja (incluido un cortocircuito), no se aplica energía. Esto protege a los dispositivos que no admiten PoE. Una función de clase de potencia opcional permite que el PD indique sus requisitos de potencia cambiando la resistencia de detección a voltajes más altos.

Para mantener la alimentación, el PD debe consumir al menos 5–10  mA durante al menos 60  ms seguidos. Si el PD pasa más de 400  ms sin cumplir este requisito, el PSE considerará que el dispositivo está desconectado y, por motivos de seguridad, cortará la alimentación. ^{[ 38 ]}

Existen dos tipos de PSE: Endpoint y Midspan . Los dispositivos Endpoint (generalmente conmutadores PoE) son equipos de red Ethernet que incluyen el circuito de transmisión Power over Ethernet (PoE). Los dispositivos Midspan son inyectores de alimentación que se ubican entre un conmutador Ethernet sin PoE (o uno que no puede proporcionar suficiente energía) y el dispositivo alimentado, inyectando energía sin afectar los datos. Los dispositivos Endpoint se utilizan normalmente en instalaciones nuevas o cuando el conmutador debe reemplazarse por otros motivos (como pasar de 10/100 Mbit/s a 1 Gbit/s ), lo que facilita la incorporación de la capacidad PoE. Los PSE Midspan se pueden utilizar, por ejemplo, para alimentar un único equipo agregado a una red que no proporciona PoE.

Los dispositivos compatibles con IEEE 802.3at también se denominan de tipo 2. El PSE 802.3at también puede utilizar la comunicación LLDP para indicar la capacidad 802.3at. ^{[ 41 ]}

La Clase 4 solo puede ser utilizada por dispositivos IEEE 802.3at (Tipo 2), que requieren corrientes válidas de Clase 2 y Marca 2 para las etapas de encendido. Un dispositivo 802.3af que presente una corriente de Clase 4 no cumple con la norma y, en su lugar, será tratado como un dispositivo de Clase 0. ^{[ 44 ] : 13}

El Protocolo de Descubrimiento de Capa de Enlace (LLDP) es un protocolo Ethernet de capa 2 para la gestión de dispositivos. LLDP permite el intercambio de información entre el PSE y un PD. Esta información se formatea en formato tipo-longitud-valor (TLV). Los estándares PoE definen las estructuras TLV que utilizan el PSE y los PD para señalizar y negociar la potencia disponible.

Las fases de configuración son las siguientes:

• El PSE (proveedor) prueba físicamente al PD (consumidor) utilizando la fase clase 3 del estándar 802.3af.
  • El PSE proporciona energía de base al PD.
• El PD le indica al PSE que es un PD PoE, indicando su potencia máxima y la potencia solicitada.
• El PSE le indica al PD que es un PSE PoE, lo que indica la potencia asignada al PD, momento en el cual el PD puede comenzar a consumir hasta la potencia asignada.

Las reglas para esta negociación de poder son:

• El PD nunca deberá solicitar más potencia que la clase física 802.3af.
• El PD nunca deberá consumir más de la potencia máxima anunciada por el PSE.
• La PSE podrá denegar el permiso a cualquier proveedor de servicios públicos que consuma más energía de la máxima permitida.
• El PSE no deberá reducir la potencia asignada al PD que esté en uso.
• El PSE puede solicitar una reducción de potencia mediante el modo de conservación. ^{[ 48 ] : 10}

Algunos puntos de acceso WLAN y teléfonos VoIP de Cisco admitían una forma propietaria de PoE ^{[ 50 ]} muchos años antes de que existiera un estándar IEEE para la entrega de PoE. La implementación original de PoE de Cisco no se puede actualizar por software al estándar IEEE 802.3af. El equipo PoE original de Cisco es capaz de suministrar hasta 10 W por puerto. La cantidad de energía que se entrega se negocia entre el punto final y el switch de Cisco en función de un valor de potencia que se agregó al protocolo propietario de Cisco, el Cisco Discovery Protocol (CDP). El CDP también es responsable de comunicar dinámicamente el valor de la VLAN de voz desde el switch de Cisco al teléfono VoIP de Cisco.

Según el esquema preestándar de Cisco, el PSE (conmutador) envía un pulso de enlace rápido (FLP) en el par de transmisión. El PD (dispositivo) conecta la línea de transmisión con la de recepción mediante un filtro de paso bajo . El PSE recibe el FLP como respuesta. El PSE proporciona una corriente de modo común entre los pares 1 y 2, lo que resulta en una potencia asignada predeterminada de 48 V CC ^{[ 51 ]} y 6,3 W ^{[ 52 ]} . El PD debe entonces proporcionar un enlace Ethernet en un plazo de 5 segundos al puerto del conmutador en modo de autonegociación. Un mensaje CDP posterior con un TLV indica al PSE su requisito de potencia final. La interrupción de los pulsos de enlace corta la alimentación. ^{[ 53 ]}

En 2014, Cisco creó otra implementación de PoE no estándar llamadaAlimentación universal a través de Ethernet (UPOE). UPOE puede usar los cuatro pares, después de la negociación, para suministrar hasta 60 W. Es compatible con versiones anteriores de PoE+ (802.3at). Utiliza un nuevo TLV LLDP para la negociación. ^{[ 54 ]}

En 2017, Cisco lanzó Catalyst 9300, un switch con soporte para UPOE+, retrocompatible con UPOE y PoE++ (802.3bt). ^{[ 55 ]}

Un desarrollo propietario de alta potencia llamado LTPoE++, que utiliza un solo cable Ethernet Cat 5e, es capaz de suministrar distintos niveles de 38,7, 52,7, 70 y 90  W. LTPoE++ es compatible con versiones anteriores de PoE+ (802.3at). ^{[ 56 ]} LTPoE++ funciona extendiendo el mecanismo de detección de corriente. ^{[ 57 ]}

Existen dispositivos alimentados compatibles tanto con 802.3bt (PoE++) como con LTPoE++ no estándar. ^{[ 58 ]}

PowerDsine , adquirida por Microsemi en 2007 y posteriormente por Microchip en 2018, comercializa inyectores de alimentación desde 1999. Mediante los circuitos integrados PSE multi-PoE de Microchip, los inyectores y conmutadores PoE son compatibles con los estándares IEEE 802.3 PoE y también con configuraciones preestándar. Varias empresas, como Polycom , 3Com , Lucent y Nortel, utilizaron la implementación anterior de Power over LAN PoE de PowerDsine. ^{[ 59 ]}

En un sistema PoE pasivo, el inyector no se comunica con el dispositivo alimentado para negociar sus requisitos de voltaje o potencia, sino que simplemente suministra energía de forma continua. La mayoría de los sistemas pasivos utilizan la configuración de pines del modo B de 802.3af (véase §  Configuración de pines ) , con la conexión positiva de CC en los pines 4 y 5 y la negativa en los pines 7 y 8. Esto se hizo para simplificar la construcción de los dispositivos, ya que no interfiere con la señalización de 100 Mbit/s en los pines 1, 2, 3 y 6; sin embargo, con Gigabit Ethernet, se requiere un transformador de todos modos. Como resultado, Gigabit varía entre el uso del modo B (4+5+, 7-8-) y el modo A (1+2+, 3-6-). 

En un sistema pasivo no hay negociación de voltaje, por lo que el PSE y el PD deben acordar un voltaje de antemano. Las opciones comunes incluyen:

• 24  V, comúnmente utilizado con una variedad de equipos de radio inalámbricos para interiores y exteriores, principalmente de Motorola (ahora Cambium), Ubiquiti Networks , MikroTik y otros. Las versiones anteriores de fuentes de alimentación PoE pasivas de 24 VCC que se suministran con radios basadas en 802.11a, 802.11g y 802.11n suelen tener una velocidad de solo 100 Mbit/s .
• 48  V, utilizado en telecomunicaciones. ^{[ 60 ]}

También se utilizan 12  V, 18  V, ^{[ 60 ]} y 54 V. ^{[ 61 ]} La corriente máxima suele ser de 1 A o 2 A. ^{[ 60 ]}   

Las fuentes de alimentación PoE pasivas incluyen conmutadores e inyectores, al igual que las PoE estándar (activas). Los inyectores pueden alimentarse con corriente alterna o continua. ^{[ 60 ]}

Los dispositivos alimentados por PoE pasivo incluyen no solo dispositivos compatibles con PoE de forma nativa, sino también dispositivos que se alimentan a través de divisores. Por ejemplo, un divisor convierte una amplia gama de voltajes PoE pasivos a 5  voltios. ^{[ 62 ]}