Power over Ethernet (PoE)

Was ist Power over Ethernet?

Power over Ethernet ist ein standardisiertes Verfahren, bei dem netzwerkfähige Geräte sparsam über das Netzwerkkabel mit Strom versorgt werden. Somit ist der Betrieb von IP Kameras, WiFi-Access Points, Print-Servern, IP-Telefonen, Switches u.a. PoE-fähigen Geräten ohne ein separates Netzteil möglich.
Soll eine Vielzahl von netzwerkfähigen Geräten sparsam mit Strom versorgt werden, so führt heute kein Weg mehr an der PoE Technologie vorbei.

Das Power over Ethernet Prinzip

Das Prinzip von Power over Ethernet ist sehr einfach erklärt: Aktive Netzwerkkomponenten wie zum Beispiel IP Kameras, WiFi Access Points, Switches werden ohne zusätzliches Stromversorgungskabel oder Netzteil installiert. Stattdessen erfolgt die Stromversorgung zusammen mit dem Datenverkehr über das angeschlossene Twisted Pair-Kabel. Dies erspart Energiekosten, erhöht die Betriebssicherheit durch Entfall der zahlreichen Steckernetzteile und erleichtert die Installation, da nur noch ein Datenkabel zugeführt werden muss

Power over Ethernet Standards

Für PoE existieren aktuell zwei Standards. Der ältere IEEE-Stadard 802.3af existiert seit 2003 in der endgültigen Fassung. Im Jahr 2009 wurde der neuere PoE+ oder auch PoE plus Standard verabschiedet.

IEEE 802.3af PoE

IEEE 802.3af gestattet es, pro Ethernet Port eine Leistung bis 15,4 Watt zur Verfügung zu stellen. Er gilt für 10 BASE-T (10 Mbit/s) und 100BASE-TX (100Mbit/s) Netzwerke, d.h. das nur 2 Adernpaare (Adernpaar 1/2 und 3/6) zur Datenübertragung genutzt werden. Die beiden anderen Adernpaare (Adern 4,5,7 und 8) sind im IEEE 802.3af Standard für die Stromversorgung vorgesehen. Bei Verabschiedung des Standards wurden die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Komponenten berücksichtigt. Da über die verwendeten (Twistet-Pair) Netzwerkkabel und Stecker (RJ45) keine größeren Ströme übertragen werden können, wurde im Standardisierungsverfahren eine Spannung zwischen 44 und 58 Volt – im Mittel 48 V (Versorgungsspannung) – festgeschrieben, so dass die Spezifikationen der Schutzkleinspannung eingehalten werden können. Aus den oben genannten 15,4 Watt ergibt sich somit ein Strom von 350 mA, dieser wird, wie ebenfalls oben erläutert, auf zwei Adernpaare aufgeteilt, so dass sich pro Adernpaar ein Strom von 175mA ergibt. Gemäß des Standards bleiben nach Leitungsverlusten 12,95 Watt nutzbare Leistung übrig. Somit ist die Verlustleistung, bedingt durch die zum Leitungsquerschnitt relativ hohe Spannung, recht gering, so dass es weder in den Kabeln noch in den Steckern zu einer hohen Wärmeentwicklung kommt.

IEEE802.3at – PoE plus

Der neue High Power PoE Standard IEEE802.3at (PoE+) ist auch für 1000BASE-T (1Gbit/s) geeignet und lässt eine Leistungsaufnahme bis 25,5 Watt pro Port und Gerät zu. Die Entwicklung dieses Standards wurde durch die zunehmende Verbreitung von Gigabit Ethernet notwendig. Anders als beim 2003 verabschiedeten PoE Standard werden hierbei alle 4 Adernpaare für die Stromversorgung benutzt. Da beim Gigabit Ethernet alle 8 Adern für die Datenübertragung genutzt werden, standen hier keine separaten Adern für die Stromversorgung zur Verfügung. Der Standard wurde deshalb so ausgestaltet, dass die Stromversorgung parallel zur Datenübertragung über alle 8 Adern des Kabels erfolgen kann (die Stromversorgung wurde „unter das Signal" gelegt). Weiter wurde die Minimalspannung auf 50 V und der maximale Strom auf 720 mA erhöht. Daraus ergibt sich die oben genannte Leistung von 25,5 Watt. Auf Grund des geringeren Widerstandes der Netzwerkkabel wird die Verwendung von Cat5e- oder Cat6-Kabeln empfohlen.

Vorteile von Power over Ethernet

Der größte Vorteil von PoE ist, dass der separate Stromanschluss am Endgerät entfällt.

Einsparung von Energiekosten durch PoE

Die bislang häufig seitens der Hersteller verwendeten Steckernetzteile besitzen einen in der Regel schlechten Wirkungsgrad, da sie auch Strom verbrauchen wenn das Gerät, dass sie versorgen keinen Strom abnimmt (sog. Leerlaufverluste). Die eingesparten Energiekosten variieren zwar von Gerätetyp zu Gerätetyp, können aber erheblich sein. Jede Power over Ethernet Installation bringt Sie der Verwirklichung der viel beschworenen Green-IT einen Schritt näher.

Erhöhung der Betriebssicherheit durch PoE

Jedes bei einer Installation verwendete Bauteil kann irgendwann ausfallen. Netzteile gelten bei vielen technischen Systemen als sog. Single Point of Failure. Durch Einsparung des Netzteils verringert sich somit das Ausfallrisiko Ihrer Installation, dadurch steigt durch den Einsatz von Power over Ethernet die Betriebssicherheit.

Erleichterte Installation

Durch den Wegfall der Steckernetzteile ist es nicht mehr nötig neben der Datenleitung auch noch eine Stromleitung zum installierten Gerät zu verlegen. Die Verlegung und Verwendung eines einfachen Twisted Pair-Kabels genügt um ein Gerät welches dem Power over Ethernet Standards entspricht in die Installation einzubinden.

Vorhandenes Netzwerk kann für PoE weiterverwendet werden

Ein weiterer großer Vorteil der Power-over-Ethernet-Spezifikationen besteht darin, dass eine bestehende Netzwerkverkabelung mit Twisted Pair-Kabeln weiterverwendet werden kann. Zusätzlich ist nun der Betrieb eines PoE Gerätes an einem LAN-Anschlusses möglich bei dem keine geeignete Stromversorgung vorhanden ist.

Faktoren Einer erfolgreichen Power over Ethernet Installation

Ausschlaggebend für die erfolgreiche Installation und den Betrieb eines PoE Netzwerkes ist in der Regel die Auswahl des PoE-Switches. Voraussetzung zur richtigen Wahl ist die Erfassung der anzuschließenden Netzwerkkomponenten und deren jeweiligen Leistungsaufnahme. Zusätzlich muss geklärt werden, ob der PoE Switch verwaltet werden soll. Für einfache Anwendungen oder als PoE Erweiterung bei vorhandenen Netzwerken reichen zumeist „Unmanaged Switches" aus.
Sollen aber Funktionen wie VLAN, Priorisierung, IP Filterung oder Routing gefordert sein, sind „Managed" PoE Switches notwendig. Ein managebarer Power over Ethernet Switch ist auch immer dann erforderlich, wenn die Netze logisch voneinander getrennt werden sollen und durch diese Maßnahme die Datensicherheit erhöht werden soll. Auch bei Streaming Anwendungen für Audio und Video oder bei VoIP Nutzung ist ein managebarer PoE Switch notwendig. Nur er kann bestimmte Daten mit Priorität durchleiten und stellt sicher, dass ein Anruf immer Vorrang vor Datenbankpaketen oder E-Mail Übertragungen hat. Managebare Switches erlauben zudem eine ständige Überwachung der Funktion und Auslastung. Zudem haben Administratoren das Netzwerk stets unter Kontrolle.

Verwendung und Verbreitung von PoE Komponenten

PoE Systeme haben zunächst ihre Verbreitung im Bereich der Sicherheit und VoIP Telefonie gefunden. IP Kameras lassen sich durch PoE energiesparend und unabhängig von Stromversorgungsleitungen an passender Stelle montieren, für IP Telefone ist ebenfalls nur ein Netzwerkkabel erforderlich.
Mittlerweile stehen so viele PoE Komponenten wie Injektoren, Splitter, Repeater und Switches zur Verfügung, dass Power over Ethernet aber auch in vielen anderen Applikationen Einzug gefunden hat. Besonders zu nennen ist die Automatisierungstechnik in der Industrie.
Je umfangreicher ein Netzwerk ist, desto größere Leistungen muss ein PoE-Switch zur Verfügung stellen können. Die Energieeinsparung und hohe Störsicherheit durch Entfall der vielen kleinen Netzteile an den Netzwerkkomponenten ist aber ein unschlagbares Argument für PoE-Netzwerke.