Power over Ethernet

Das LAN-Kabel als Stromleitung

Bernd Reder ist freier Journalist mit den Schwerpunkten Netzwerke, IT und Telekommunikation in München.
Systeme in einem LAN mit Strom zu versorgen, dürfte in den meisten Fällen kein Problem darstellen. Ist aber keine Steckdose in Reichweite, können Endgeräte wie etwa IP-Kameras und WLAN-Access-Points, mittels Power over Ethernet (PoE) mit Strom versorgt werden – über die Datenleitung.
Bereits Cat-5-Kabel unterstützen Power over Ethernet
Bereits Cat-5-Kabel unterstützen Power over Ethernet
Foto: Benjamin Schischka

Im Idealfall stehen in einem Gebäude und auf einem Firmengelände (Innen- und Außenbereich) sowohl eine Daten- als auch eine Stromverkabelung an jedem Ort zur Verfügung. In der Praxis sieht dies jedoch oft anders aus. Vor allem die Versorgung von WLAN-Access-Points, IP-Überwachungskameras und Voice-over-IP-Telefonen mit Strom kann sich mangels entsprechender Anschlüsse als problematisch erweisen. In diesem Fall bietet sich der Einsatz von Power over Ethernet (PoE) an. Mit dem aktuellen Standard IEEE 802.3.at lassen sich pro Endsystem theoretisch bis zu 30 W bereitstellen. Nach Abzug der Verlustleistung sind es in der Praxis etwa 25,5 W. Der Vorgängerstandard 802.3af ermöglicht immerhin 15 W pro Endsystem, von denen etwa 12,9 W beim Endgerät "ankommen".

Generell gilt, dass PoE kein vollwertiger Ersatz für die traditionelle Stromversorgung ist. Vor dem Bezug eines Gebäudes beziehungsweise in der Planungsphase sollte der Nutzer daher darauf achten, dass an allen Punkten, an denen Netzwerksysteme beziehungsweise Endgeräte installiert werden, Stromsteckdosen zur Verfügung stehen. Ist der Einsatz von PoE erforderlich, bedeutet dies, dass entsprechende Switches mit PoE-Ports oder Midspan-PoE-Systeme erforderliche sind, die den Strom bereitstellen. Dies ist mit höheren Kosten verbunden.

Vorsicht Überhitzungsgefahr

Bei Power over Ethernet ist zudem ein weiterer Faktor zu berücksichtigen: die Wärmentwicklung im Kabel. Der Hersteller von Kabeln und Verkabelungssystemen Leoni-Kerpen hat entsprechende Messungen vorgenommen. Das Resultat: Grundsätzlich eignen sich Kabel mit einer Leiterdicke gemäß AWG 24 (American Wire Gauge), also 0,51 mm, für Power over Ethernet auf Basis von IEEE 802.3af. Jedoch rät der Kabelhersteller dazu, Kabel mit größerem Durchmesser zu verwenden. Bei PoE+ (IEEE 802.3at) sollten demnach Versionen mit 0,57 mm (AWG 23) oder 0,64 mm (AWG 22) verwendet werden. Bei AWG-22-Kabeln ist auch bei Nutzung von PoE+ keine unzulässig hohe Erwärmung festzustellen. Wenn viele stromführende Datenkabel (etwa 50 bis 100) gebündelt werden, sind Leitungen entsprechend AWG 22 Kabeln mit einem geringeren Durchschnitt vorzuziehen.

Laut Leoni-Kerpen sollten beim Verlegen von Kabeln, die für PoE herangezogen werden, zudem folgende Punkte beachtet werden:

  • Bei diesen Kabeln darf keine thermische Isolierung verwendet werden;

  • bei hoher Bündelung von Kabeln mindestens Versionen mit AWG 22 oder besser verwenden. Für den neuen, noch in Arbeit befindlichen PoE-Standard IEEE 802.3bt dürfte AWG 21 anzuraten sein;

  • den Aspekt Energieeffizienz berücksichtigen: Kabel mit höherem Querschnitt sind zwar teurer, weisen aber niedrigere ohmsche Verluste bei der Leistungsübertragung auf. Das verringert die Verslustleistung der Speisegeräte und reduziert den Strombedarf.

Norm im Bereich Verkabelung: DIN EN 50173

In Deutschland sind die DIN-Normen der Reihe EN 50173 das Maß der Dinge. Seit Erscheinen der ersten Version im Jahr 1995 wurden die Spezifikationen mehrfach überarbeitet. Der Grund: Neue Techniken wie etwa Gigabit-Ethernet und 10-Gigabit-Ethernet wurden integriert. Die erste Fassung der DIN EN 50173 erschien bereits 1995. Sie wurde im Jahr 2000 überarbeitet und ergänzt, um Gigabit Ethernet zu berücksichtigen. Beide Fassungen definierten Systeme bis 100 MHz (Klasse D/ Kategorie 5). DIN EN 50173 besteht aus sechs Teilen, die unterschiedliche Anwendungsbereiche abdecken:

  • DIN EN 50173-1: Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen,

  • DIN EN 50173-2: Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen - Bürogebäude,

  • DIN EN 50173-3: Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen - Industriell genutzte Gebäude,

  • DIN EN 50173-4: Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen - Wohnungen,

  • DIN EN 50173-5: Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen - Rechenzentren

  • DIN EN 50173-6: Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen - Verteilte Gebäudedienste.

Die PoE-Spezifikationen

Derzeit gibt es zwei Versionen der PoE-Spezifikation:

IEEE 802.3af-2003: Diese Norm nutzt 10Base-T- und 100Base-TX-Kabel zur Stromversorgung. Pro Stromversorgungseinheit (Power Source Equipment) stehen an jedem Netzwerk-Port maximal 15,4 W bereit. In der Praxis reduziert sich dieser Wert bei einer Leitungslänge von 100 m auf rund 13 W. Bei 802.3af kommen zwei Verfahren zum Einsatz: Beim Spare-Pairs-Ansatz sind Daten- und Stromleitung getrennt. Die Adern 4 und 5 sowie 7 und 8 sind für die Stromzufuhr zuständig, die Adern 1 und 2 sowie 3 und 6 für den Datentransfer. Beim zweiten Ansatz, der Phantom-Speisung, werden Daten und Strom gemeinsam über die Adernpaare 1/2 wie 3/6 übertragen.

IEEE 802.3at-2009 (PoE+): Dieser Standard wurde entwickelt, um Endgeräte mit höherem Strombedarf über die Datenverkabelung mit Energie versorgen zu können. Im Vergleich zu 802.2af wurde bei einer Speisespannung von 50 V der Strom von 350 mA auf 720 mA erhöht. Bei Gigabit-Ethernet-Kabeln kann nur die Phantom-Speisung eingesetzt werden, weil alle vier Adernpaare für die Datenübertragung benötigt werden. IEEE 802.3.at stellt einem Endgerät 25,5 W zur Verfügung.

Neue PoE-Standard für stromhungrige Systeme

Derzeit in Entwicklung ist außerdem noch die Spezifikation

IEEE 802.3bt: Anfang April 2013 formierte sich die IEEE 802.3 4-pair Power over Ethernet Study Group. Die Arbeitsgruppe will eine Norm für Power over Ethernet erarbeiten, die Strom über vier Adernpaare zur Verfügung stellt. IEEE 802.3at soll zwei bis drei Mal so viel Watt bieten wie 802.3at, also etwa bis zu 70 W. Derzeit sind "Pre-Standard"-Lösungen verfügbar, die Endgeräte mit bis zu 60 W versorgen. Allerdings müssen in diesem Fall alle vier Adernpaare eines Twisted-Pair-Kabels für die Stromversorgung herangezogen werden (Phantom-Speisung).

Für das Netzwerkdesign und die Kabelinfrastruktur bedeutet IEEE 802.1bt, dass erheblich mehr Systeme als bislang ohne Steckdose auskommen können. Nach Angaben von Chad Jones, einem der führenden Experten der P802.3bt Task Force und Mitglied der IEEE 802.3 4-pair Power over Ethernet Study Group, gehen durch die Verlustleistung der circa 100 Millionen PoE-Knoten weltweit mehr als 121 Millionen kWh verloren. Durch die Implementierung von 802.3bt ließe sich dieser Wert halbieren, weil vier Adernpaare für die Speisung von IP-Kameras, WLAN-Access-Points et cetera herangezogen werden können.

Ein weiterer Vorteil des neuen Standards ist laut Jones, dass erheblich mehr Gerätetypen via Datenkabel mit Strom versorgt werden können. So benötigen 40 bis 50 Prozent aller Verkaufs- und Geldautomaten 30 bis 60 W. Bei Systemen im Bereich Facility-Management und Gebäudeautomatisierung, etwa Komponenten für die Steuerung von Beleuchtungssystemen, sind es im Schnitt 45 W, bei Thin-Clients an die 50 W. IP-Überwachungskameras benötigen 30 bis 60 W, je nachdem, welche Funktionen genutzt werden, etwa Zoomen oder Schwenken. (mb)