Zasilanie w nowych aplikacjach teleinformatycznych

Szybki rozwój technologii teleinformatycznych i coraz większy obszar ich zastosowań wymusza konieczność opracowywania nowych metod zasilania. Budowa sieci transmisji głosu, takich jak VoIP, systemów zabezpieczania budynków czy rozległych systemów automatyki, dla których kryterium dostępności jest niezwykle ważne, wymusza stosowanie nowych sposobów zapewnienia gwarantowanego zasilania.

Szybki rozwój technologii teleinformatycznych i coraz większy obszar ich zastosowań wymusza konieczność opracowywania nowych metod zasilania. Budowa sieci transmisji głosu, takich jak VoIP, systemów zabezpieczania budynków czy rozległych systemów automatyki, dla których kryterium dostępności jest niezwykle ważne, wymusza stosowanie nowych sposobów zapewnienia gwarantowanego zasilania.

Wszystkie urządzenia, takie jak telefony IP, punkty dostępu WLAN, czy kamery internetowe wymagają oprócz połączenia logicznego LAN (wymiana danych) również zasilania. W skład infrastruktury systemu teleinformatycznego wchodzi coraz więcej tego typu urządzeń, które są zwykle rozproszone w obiekcie, co zdecydowanie zwiększa koszty budowy instalacji elektrycznej.

Infrastruktura zasilania musi być tak zaprojektowana i wykonana, żeby zapewniać możliwość rozbudowy i dostosowania się do zmieniających się potrzeb, co w przypadku klasycznych instalacji znacznie zwiększa początkowe nakłady inwestycyjne. Znaczne rozproszenie oraz montaż urządzeń sieciowych często w trudno dostępnych miejscach (np. pod sufitem) to poważne utrudnienie. Aby zapewnić wysoką dostępność, każde urządzenie sieciowe powinno być zasilane przez zasilacz napięcia gwarantowanego (UPS bądź siłownia napięcia gwarantowanego), co w wielu zastosowaniach jest niełatwe w realizacji i niesie ze sobą wzrost kosztów.

Te uwarunkowania wiążą się z koniecznością modyfikacji dotychczas stosowanych technologii sposobów zasilania oraz ze zmianą definiowania wymogów stawianych systemom zasilania. W czerwcu 2003 r. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers -http://www.ieee.org ) wprowadził standard 802.3af, nazwany Power Over Ethernet (PoE) umożliwiający zasilanie przez miedziowe okablowanie LAN.

PoE - Power over Ethernet

Zasilanie w nowych aplikacjach teleinformatycznych

Zasilanie PoE - poprzez end-span

Specyfikacja 802.3af przewiduje, że urządzenia sieciowe są zasilane napięciem stałym 48 V przez okablowanie kategorii 3, 5, 5e lub 6UTP (skrętka nieekranowana) powszechnie stosowane w sieciach LAN. Zasilanie odbiorników poprzez infrastrukturę LAN jest automatycznie aktywowane, kiedy wykrywane urządzenie obsługuje ten standard, i blokowane w przypadku nieobsługujących go urządzeń.

Dzięki wykorzystaniu tej technologii możliwe jest zasilanie maksymalną mocą 15,4 W pojedynczego urządzenia, co w zupełności wystarcza do zasilania zarówno typowego telefonu IP, jak i punktu dostępu bezprzewodowego WLAN, których zapotrzebowanie na moc zawiera się w przedziale od 3,5 do 10 W. Napięcie zasilające jest podawane poprzez parę przewodów miedzianych kabla LAN. Specyfikacja 802.3af określa dwa typy urządzeń zasilających: end-span i mid-span.

Urządzenie zasilające end-span to przełącznik sieci Ethernet z wbudowanym modułem umożliwiającym zasilanie urządzeń zgodnie z technologią Power over Ethernet. Przełączniki tego typu dostarczają dane i napięcie zasilające przez te pary transmisyjne 1/2 i 3/6, a więc te same, które są odpowiedzialne za przesył danych.

Zasilanie w nowych aplikacjach teleinformatycznych

Zasilanie poprzez przełącznik mid-span

Urządzenie mid-span instaluje się między tradycyjnymi przełącznikami i urządzeniami końcowymi, które są za jego pośrednictwem zasilane. Mid-span przypomina patchpanel i zawiera najczęściej od 6 do 24 portów. Do zasilania wykorzystuje się pary skrętki 4/5 i 7/8, a dane są transmitowane pozostałymi parami. W jednym środowisku sieciowym można stosować oba rodzaje przełączników zasilających.

Dzięki wykorzystaniu nowego standardu sieć dystrybuująca zasilanie ma identyczną architekturę jak sieć LAN (topologia punkt-wiele punktów), co znacznie ułatwia zabezpieczenie zasilania dla poszczególnych urządzeń sieci LAN. Pojedynczy UPS bądź zasilacz DC może bowiem dostarczać energię elektryczną wszystkim urządzeniom sieciowym, wykorzystując infrastrukturę sieci. Specyfikacja 802.3af zapewnia ponadto duże możliwość monitorowania i zarządzania dzięki wykorzystaniu technologii Web/SNMP.

Technologia Power over Ethernet jest obecnie stosowana głównie do zasilania takich urządzeń, jak telefony, punkty dostępu (sieci WLAN) czy kamery internetowe. Ze względu na jej niezaprzeczalne zalety może być również wykorzystywana w wielu i innych aplikacjach.

Sposoby zasilania urządzeń infrastruktury VoIP

Zasilanie w nowych aplikacjach teleinformatycznych

Bezpośrednie zasilanie (niegwarantowane) przełączników PoE wyposażonych w wewnętrzny zasilacz 48 V DC

W przypadku telefonów IP mamy zasadniczo dwa różne sposoby ich zasilania:
  1. centralne - za pomocą przełączników zasilających zapewniających centralne zasilanie zgodne ze standardem 802.3af.

  2. rozproszone - przy wykorzystaniu zasilaczy lokalnych, dedykowanych do każdego pojedynczego telefonu.
Wyboru wariantu rozwiązania należy dokonać w zależności od uwarunkowań technicznych i ekonomicznych dla określonej instalacji.

Należy podkreślić, iż centralne zasilanie poprzez przełącznik zgodny z 802.3af jest ze względu na brak konieczności rozbudowy elektrycznej instalacji zasilającej znacznie korzystniejsze w przypadku rozległych systemów VoIP.

Pozostałe elementy infrastruktury VoIP, takie jak: serwery, bramy, przełączniki LAN, urządzenia szyfrujące, ze względu na duże zapotrzebowanie mocy są w większości przystosowane do zasilania napięciem sieciowym 230V AC. Aby uzyskać pożądany poziom dostępności systemu, należy je zasilać poprzez zasilacze UPS, a w przypadku najbardziej krytycznych aplikacji stosować redundancyjne układy zasilające.

Zastosowanie standardu PoE do zasilania systemu zarządzania budynkiem

Standard 802.3af jest również wykorzystywany do zasilania urządzeń systemu zarządzania budynkiem. Umożliwia on zasilanie kamer sieciowych, czujników ruchu lub przeciwpożarowych poprzez standardową sieć LAN, stanowiąc alternatywę w stosunku do zasilania z instalacji elektrycznej obiektu.

Zasilanie w nowych aplikacjach teleinformatycznych

Zasilanie przełączników PoE wyposażonych w wewnętrzny zasilacz 48 V DC poprzez zasilacz UPS

PoE to najprostszy i zarazem najbardziej efektywny pod względem ekonomicznym sposób na zasilanie, zapewniający możliwość zmiany położenia poszczególnych urządzeń systemu, które muszą obejmować swoim zasięgiem rozległy obszar i zapewniać jego wysoką dostępność.

Co więcej, takie rozwiązanie idealnie sprawdza się w sytuacjach przerw w dostawach zasilania, gdyż jest możliwe zapewnienie ciągłego zasilania wszystkich urządzeń poprzez istniejące systemy zasilania awaryjnego. Inną ważną zaletą jest możliwość instalacji poszczególnych elementów ochrony obiektu w niedogodnych pod względem dostępu do źródeł zasilania miejscach oraz wygodna eksploatacja.

Ciekawe zastosowanie technologii Power over Ethernet proponuje prekursor tego rozwiązania, firma PowerDsine, wzbogacając swoją ofertę o panelowy komputer klasy PC. Produkt nosi nazwę POET 6000 i jest supercienkim komputerem wyposażonym w dotykowy ekran, oferującym pełną funkcjonalność standardowego peceta (urządzenie pracuje pod kontrolą systemu operacyjnego Windows XP) i jest zasilany przez to samo okablowanie, przez które wymienia dane z siecią komputerową. Komputer POET 6000 można stosować np. w kioskach informatycznych czy automatycznych punktach sprzedaży, do których może wtedy dochodzić tylko jeden kabel, przez który są transmitowane zarówno dane, jak i dostarczane jest napięcie zasilające.

Sposoby zabezpieczenia zasilania urządzeń z technologią PoE

Można wyróżnić cztery warianty zasilania urządzeń obsługujących technologię Power over Ethernet:

  • Bezpośrednie zasilanie (niegwarantowane) przełączników PoE wyposażonych w wewnętrzny zasilacz 48 V DC.

  • Zasilanie przełączników PoE wyposażonych w wewnętrzny zasilacz 48 V DC poprzez zasilacz UPS.

  • Zasilanie przełączników PoE poprzez zasilacz UPS oraz zewnętrzny zasilacz 48 V DC.

  • Zasilanie przełączników PoE poprzez siłownię stałoprądową 48 V.
W wariancie bezpośredniego zasilania przełącznika typu span z sieci elektrycznej każda przerwa w dopływie energii elektrycznej skutkuje brakiem dostępności. Zastosowanie takiego sposobu zasilania jest niewskazane w krytycznych aplikacjach sieciowych, jak np. telefonii IP bądź systemach zabezpieczenia i monitoringu obiektu. Jedyną zaletą takiego rozwiązania jest niski koszt oraz prostota - brak zasilacza UPS.


TOP 200