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Power over Ethernet (PoE) nutzt das LAN-Kabel für die Stromversorgung angeschlossener Devices. Das vereinfacht die Geräte selbst, weil kein Stromstecker oder -wandler mehr benötigt wird und auch deren Einrichtung, weil keine separaten Kabel verlegt oder Steckdosen in der Nähe der Devices installiert werden müssen. Seit der Standardisierung durch die IEEE im Jahr 2003 hat die Nutzung von Power over Ethernet erheblich zugenommen - viele Unternehmen verlassen sich auf die Technologie, um Wi-Fi-Access Points, Firewalls, IP-Telefone und andere Infrastrukturelemente in ihren Netzwerken per Ethernet-Kabel mit Strom zu versorgen.
Laut den Marktforschern der Dell'Oro Group soll der globale PoE-Markt von 2023 bis 2028 jährlich um 13 Prozent wachsen - und im Jahr 2026 ein Marktvolumen von 1,86 Milliarden Dollar erreichen. Sameh Boujelbene, Senior Research Director bei Dell'Oro, gibt Einblicke, was hinter diesen Zahlen steckt: "Es gibt eine Reihe von Treibern für die PoE-Technologie. Im Bereich der WLAN-Zugangspunkte stehen inzwischen zum Beispiel eine größere Anzahl von Funkbändern und höhere Geschwindigkeiten zur Verfügung, die höhere Leistung erfordern. Weitere Beispiele sind Telepresence-Funktionen bei der neuen Generation von IP-Telefonen oder ganz allgemein Analytics-Funktionen."
Wie Power over Ethernet funktioniert
PoE überträgt Gleichstrom über die Drähte eines Ethernet-Kabels. Bei einigen Varianten werden Strom und Daten über getrennte Kupferdrähte innerhalb des Kabels übertragen - bei anderen über dieselben. Die Strom- und Datenübertragungen kommen sich dabei nicht "in die Quere", weil Ethernet auf Symmetrische Signalübetragung setzt.
Der erste große Use Case für Power over Ethernet kam Anfang der 2000er-Jahre auf, als immer mehr Unternehmen den Umstieg auf IP-Telefonie wagten. Dabei ermöglichte es PoE, energiehungrige(re) Devices in denselben Umgebungen ohne zusätzliche Stromversorgung zu installieren. PoE-Netzwerke bestehen aus:
Powered Devices, also alle Geräten, die sowohl Strom als auch Daten aus dem Netzwerk beziehen, und
Power Sourcing Equipment, also Geräten, die das Netzwerk mit Strom aus einer externen Quelle versorgen.
Viele Ethernet-Switches sind in der Lage, als Power Sourcing Equipment zu dienen. Sie können aber auch Injectors verwenden, um die Teile des Netzwerks mit Strom zu versorgen, in denen die Devices nicht PoE-fähig sind. Die Übertragungsdistanz geht dabei nicht über 100 Meter hinaus. Für längere Distanzen kommen eben genannte Injektoren oder auch PoE-fähige Switches - sogenannte Midspan-Devices - zum Einsatz.
Nicht alle Geräte im Netzwerk lassen sich über PoE mit Strom versorgt werden. Diese Devices können dennoch Daten über die Verbindung empfangen und senden. Dabei besteht keine Gefahr, ihre Netzwerkkarte durch einen Energie-Overload über den Jordan zu schicken: Jede Power-over-Ethernet-Verbindung beinhaltet einen initialen Handshake, um die Fähigkeiten eines Endpunkts zu evaluieren.
Darüber hinaus können Sie auch einen PoE-Splitter verwenden, der Strom und Daten von der Ethernet-Verkabelung trennt und ersteren in eine Standardsteckdose einspeist. PoE funktioniert über Standard-Kabel. Der einzige Haken: Für die aktuellen State-of-the-Art-PoE-Standards (Type 3 und 4) benötigen Sie ein achtpoliges Ethernet-Kabel.
PoE-Vorteile
Die treibende Idee hinter Power over Ethernet war es, eine dedizierte Stromversorgung für Devices überflüssig zu machen - insbesondere an abgelegenen oder schwer zugänglichen Örtlichkeiten. PoE verspricht für Unternehmen zahlreiche Benefits:
Reduzierte Deployment-Kosten um bis zu 1.000 Dollar pro Device;
Geringerer Bedarf an Netzteilen und -adaptern;
Vereinfachte Installationsprozesse, weil ein Kabel für Strom und Daten zum Einsatz kommt;
Devices können ohne Ausfallzeiten umgezogen werden;
Zentralisiertes Energie-Backup und -Management;
Wiederverwendung von Kupferdrähten aus alten Telefonnetzwerken;
"Power over Ethernet fokussiert auf Energieeffizienz", unterstreicht David Tremblay, Vorsitzender des PoE-Unterausschusses der Ethernet Alliance. Der neueste Standard behalte ein Leistungssignaturniveau bei, das Beleuchtungs- oder IoT-Anwendungen unterstütze und bei Bedarf eine akzeptable Standby-Leistung aufweise. Ein weiterer Vorteil bestehe laut Tremblay darin, dass PoE in Kombination mit Analytics Software ermögliche, Licht und Heizung remote zu steuern, um Energie zu sparen.
"PoE macht die Einführung von drahtlosen Netzwerken so viel greifbarer", schwärmt Tremblay, der nicht nur als Chairman bei der Ethernet Alliance, sondern auch als System Architect bei Aruba Networks tätig ist.
Power-over-Ethernet-Standards im Überblick
Es gibt derzeit vier Typen von Power-over-Ethernet-Standards, die sich insbesondere in Sachen Leistungskapazität unterscheiden:
Der ursprüngliche PoE-Standard (IEEE 802.3af-2003, inzwischen umbenannt in Type 1) legt fest, wie bis zu 15,4 W Gleichstromleistung pro Switch-Port an jedes Gerät über Ethernet-Kabel der Kategorien 3, 5, 5e und 6 in einer Entfernung von bis zu 30 Metern geliefert werden können. Der Standard legt 15,4 W als Höchstwert fest, sieht aber vor, dass nur 12,95 W die Geräte erreichen, weil über die Entfernung Leistung verloren geht. Dieser Verlust hat keinen Einfluss auf die Netzwerkleistung.
Weil immer neue Geräte immer mehr Leistung benötigen, wurde im Jahr 2009 mit PoE+ (IEEE 802.3at oder Type 2) ein neuer Standard eingeführt. Dieser erhöhte die maximale Leistung auf 30 W (wobei 25,5 W die Devices erreichten).
Der aktuelle (und laut Tremblay vermutlich letzte) Standard 802.3bt steigert die maximale Leistung noch weiter. Er ist wiederum in zwei verschiedene Typen unterteilt: Type 3 oder UPoE kann 60 W pro Anschluss und 51 W an Geräte liefern; Type 4 oder High Power PoE kann 100 W vom Quell-Switch liefern, wobei 71,3 W für Devices verfügbar sind. Eine Leistung auf diesem Niveau ist erforderlich, um PoE-getriebene IoT-Rollouts zu stützen.
PoE-Challenge Interoperabilität
Die größte Herausforderung für Power over Ethernet ist die Gewährleistung von Interoperabilität. Das PoE-Zertifizierungsprogramm der Ethernet Alliance kann dazu beitragen, Probleme in diesem Bereich zu vermeiden und entsprechende Installationen zu beschleunigen. Daran beteiligen sich etliche namhafte Unternehmen, nämlich:
Analog Devices,
Cisco,
HPE,
Huawei,
Microsemi und
Texas Instruments.
Die zertifizierten Produkte reichen dabei von Evaluierungs-Boards auf Komponentenebene über Stromversorgungs-Switches für Unternehmen bis hin zu Midspan-PoE-Stromquellen. Einzelheiten zu den zertifizierten Produkten sind über das öffentliche Register der Ethernet Alliance einsehbar. (fm)
Dieser Beitrag basiert auf einem Artikel unserer US-Schwesterpublikation Network World.