Ratgeber
Mit Power over Ethernet (PoE) kann man netzwerkfähige Endgeräte wie IP-Telefone oder Wireless Access Points über ein Ethernet-Kabel mit Strom versorgen. Dadurch sind keine zusätzlichen Steckdosen oder Verlängerungskabel nötig, wodurch man Installationsaufwand, Kabelsalat, Platz und Kosten spart.
Wie PoE-fähige Netzwerkkomponenten genau funktionieren und worauf es beim Kauf ankommt, erklären wir Ihnen in unserem Ratgeber.
Früher konnten Netzwerkkomponenten, die von unterschiedlichen Herstellern stammten, aufgrund von proprietären Standards nicht in einem Netzwerk miteinander verknüpft werden. Das änderte sich mit Einführung der PoE-Standards.
PoE ist die Kurzform für Power over Ethernet und bezeichnet eines Technologie, die es ermöglicht, netzwerkfähige Geräte per LAN-Kabel nicht nur mit Daten, sondern auch mit Strom zu versorgen. Zu diesem Zweck wird die elektrische Spannung des Stromversorgers, Power Sourcing Equipment (PSE) genannt, in das Datenkabel eingespeist und auf der Seite des Endgeräts, dem Powered Device (PD), wieder ausgeführt. Um Störungen zu verhindern, verlaufen Strom und Spannung getrennt von den Datensignalen.
Die PoE-Standards unterstützen jeweils Geräte unterschiedlicher Leistungsklassen. Der erste PoE-Standard IEEE 802.3af erschien im Jahr 2003. Als Energieversorger (PSE) dient ein Netzwerk-Switch, der als maximale Leistung 15,4 W zur Verfügung stellt. Wie viel Watt am Ende jedoch ankommen, hängt davon ab, wie lang das angeschlossene Kabel ist. Bei einem Kabel mit 100 Metern Länge gelangen zum Energieverbraucher (PD) beispielsweise nur noch 12,95 W. Bei kürzeren Kabeln und einem Cat-6 Twisted-Pair-Kabel ist der Leistungsverlust geringer. Mit dem PoE-Standard 802.3af können beispielsweise Access Points und Überwachungskameras mit Strom versorgt werden. Der 2008 nachfolgende IEEE-Standard 802.3at erhöhte die Leistungsabgabe auf 25,5 W. Aufgrund des wachsenden Bedarfs an noch leistungsfähigerer PoE-Technologie wurde der Standard 802.3bt im Jahr 2018 veröffentlicht, der 60 bis 100 W liefert und eine Stromversorgung von Geräten wie POS-Terminals oder Kassensystemen ermöglicht.
Mit Power over Ethernet werden sowohl Daten als auch Strom an Endgeräte (PD) in einem Netzwerk übertragen. Das geschieht über Twisted-Pair-Kabel mit RJ45-Steckern, die mit einem Power-Sourcing-Equipment-Gerät verbunden sind. PSEs sind PoE-Verteilergeräte, die als PoE-Switches oder PoE-Injektoren realisiert sein können. Ein PoE-Switch agiert wie ein zentraler Netzwerkverteiler, stellt jedoch neben Datensignalen zusätzliche Ports für die Stromversorgung bereit. Ein PoE-Injektor wird zwischen einem Nicht-PoE-Switch und anderen angeschlossenen Geräten im Netzwerk geschaltet. Nachdem die Datensignale vom Verteiler aufgenommen wurden, wird den Ports des Switches Strom hinzugefügt.
Powered Devices fordern die benötigte Leistung mithilfe eines Initialisierungsprozesses an. Bei aktivem PoE beginnt die Sequenz, wenn die Kompatibilität des PoE-Geräts getestet wurde. Der Leistungsbedarf wird dann per Impulsaustausch, Link Level Discovery Protocol (LLDP) oder IEEE 802.1ab vermittelt.
Auch wenn ein Energieverbraucher ausgeschaltet ist, muss er regelmäßig Leistung aufnehmen, um dem PSE zu signalisieren, dass die Verbindung noch aktiv ist. Der Standard IEEE 802.3bt legt fest, dass 1,875 Prozent der Zeit Leistung aufgenommen werden darf. Das ist eine starke Reduktion im Vergleich zu älteren Standards, die etwa 20 Prozent vorsahen.
Der Unterschied zwischen aktivem und passivem PoE ist, dass beim passiven Power over Ethernet das PSE-Gerät nicht prüft, ob das Endgerät für die bereitgestellte Spannung geeignet ist. Im Falle der Inkompatibilität kann es zu Schäden am Gerät kommen. Beim aktiven PoE hingegen wird das Verfahren Resistive Power Directory angewendet, das dem Switch Informationen über Widerstände und Kapazitäten des Endgeräts übermittelt. Das PD muss hierfür über eine bestimmte Eingangsschaltung und spezifische Bauteile verfügen. Liegen die Werte zwischen 19 und 26,5 kΩ und einer Kapazität von maximal 10 µF, dann wird der Initialisierungsprozess aktiviert.
Zunächst ist zu klären, welche Endgeräte über Power over Ethernet versorgt werden sollen. Typische Powered Devices sind Überwachungskameras, Wireless Access Points, Gegensprechanlagen, LED-Leuchtmittel und Sicherheitskartenleser. Auch mit VoIP-Telefonen kann PoE problemlos verwendet werden. Alle Geräte benötigen nur wenig PoE-Leistung. Es muss allerdings die Gesamtleistung des PSE berücksichtigt werden. Wenn man 16 Kameras anschließen möchte und die Gesamtleistung 250 W beträgt, dann bleiben pro Port 15,6 W. Auch spielt die Kabellänge eine Rolle. Über Twisted-Pair-Kabel ab Cat-Klasse 5 werden Strom und Daten gleichzeitig zur Verfügung gestellt. Je länger der Übertragungsweg ist, desto höher ist der Spannungsabfall. Insbesondere Wärmeentwicklung kann zu Leistungsverlusten führen. Netzwerkkabel, die zusätzlich mit einem Metall geschirmt sind, sind in der Lage, die Wärme vom Kabelinneren nach außen zu transportieren.
Entscheiden Sie auch, ob Sie einen PoE-Switch oder einen PoE-Injektor als Energieversorger verwenden möchten. PoE- Netzwerk-Switches gibt es mit unterschiedlichen Bandbreiten-Spezifikationen. Stellen Sie sicher, dass die Bandbreite für die Geräte, die Sie anschließen wollen, ausreicht. Bei einem PoE-Injektor benötigen Sie keinen PoE-fähigen Switch. Der PoE-Injektor speist nur in bestimmte Ports des bestehenden Nicht-PoE-Switches Energie ein. Daher kommt es zu einer geringeren Wärmeentwicklung als bei der Verwendung eines PoE-Switches. Allerdings muss ein PoE-Injektor separat mit Strom versorgt werden. Für Powered Devices gilt, dass diese denselben Standard unterstützen müssen wie die PSE-Geräte. Aufgrund von Abwärtskompatibilität sind Energieversorger mit höherem IEEE-Standard auch für Geräte mit niedrigerem Standard geeignet.
Manche PoE-Switches sind in der Lage, angeschlossene Geräte zu überwachen und Fehler an den PoE-Ports zu detektieren. Fällt ein Port aus, so kann dieser über die Funktion PoE Watch Dog automatisch neu gestartet werden. Das ist zum Beispiel beim Ausfall einer Sicherheitskamera nützlich.
Was ist die maximale Kabellänge zwischen PSE und PD?
Die maximale Kabellänge zwischen PSE und PD beträgt 100 Meter. Bei größerer Distanz oder geringer Spannung am PD sollten PoE-Extender benutzt werden. Dabei handelt es sich um Repeater, die die Verbindungsdistanz auf bis zu 500 Meter verlängern können.
Wie hoch ist die Datengeschwindigkeit mit PoE?
Mit Power-over-Ethernet kann 1 Gigabit pro Sekunde über Twisted-Pair-Kabel Cat-5 oder Cat-6 übertragen werden. Durch den IEEE 802.3bz Standard sind 2,5 GBits/s (2,5GBASE-T) bis 5 GBits/s (5GBASE-T) auf bis zu 100 Metern Kabellänge möglich.
Welche Spannung benötigen PoE-Geräte?
Die Spannung liegt in einem Bereich zwischen 44 V und 57 V. Meist wird eine Spannung von 48 V Gleichstrom verwendet. Das entspricht einer Schutzkleinspannung.