Was ist PoE-Verhandlung?

Wie funktioniert die PoE-Verhandlung?

Die von den IEEE 802.3 PoE-Standards definierte PoE-Verhandlung (auch „Handshake“ genannt) stellt sicher, dass die Geräte PoE-konform sind und nur so viel Strom erhalten, wie sie zum Betrieb benötigen. Dadurch wird die Effizienz optimiert und verhindert, dass schädlicher Strom auf Nicht-PoE-Geräte übertragen wird.

Die PoE-Verhandlung erfolgt in drei aufeinanderfolgenden Phasen:

1. Erkennung: Ein PSE stellt fest, ob ein PoE-kompatibler PD angeschlossen ist und ob es sich um ein Gerät mit einer oder zwei Signaturen handelt.
2. Klassifizierung: Ein PSE bestimmt, ob PoE-Strom benötigt wird und welche Klasse von PoE geliefert werden muss.
3. Betrieb: Der PSE liefert ausreichende Leistung, damit der PD voll funktionsfähig ist. Die PD kann erst dann arbeiten, wenn die Entdeckungs- und die Klassifizierungsphase erfolgreich abgeschlossen sind.

Erste Phase der Verhandlung: Erkennung

Die PSE-Anschlüsse bleiben ohne Stromversorgung, wenn kein Gerät angeschlossen ist. Die Erkennungsphase beginnt, sobald der PSE erkennt, dass etwas eingesteckt ist. Während der Erkennung, die weniger als eine halbe Sekunde dauert, legt der PSE eine geringe Spannung an, um das Vorhandensein eines Widerstands im PD zu überprüfen. Der PSE sendet die Erkennungsspannung über zwei Paare für 802.3af/at und über vier Paare für 802.3bt und führt Messungen bei verschiedenen Pegeln (im Abstand von mindestens 1 V) durch, um einen PD zuverlässig zu erkennen.

Die IEEE-Standards verlangen, dass PoE-konforme Geräte einen Widerstand zwischen 23,75 kW und 26,25 kW auf jedem Paar aufweisen, um als gültiges PD zu gelten. Wenn der PSE einen anderen als den angegebenen Widerstand feststellt, schaltet er die Stromversorgung sofort ab. Es ist wichtig zu beachten, dass die während der Erkennungsphase angelegte Leistung zwischen 2,7 V und 10,1 V liegt und einen Strom von 5 mA (.005 W) nicht überschreiten darf, was niedrig genug ist, um Schäden an Nicht-PoE-Geräten zu vermeiden.

Während der Erkennung erkennen IEEE 802.bt Type 3 und Type 4 PSE auch, ob ein PD ein Einzel- oder Doppelsignaturgerät ist. Ein PD mit Einzelsignatur behält die gleiche Leistungssignatur für beide Paare (Paare 1,2 und 3,6 und Paare 4,5 und 7,8) bei. Ein Gerät mit zwei Signaturen kann an jedem Paar eine unabhängige Leistungssignatur von bis zu 35,5 W haben. Während es sich bei den meisten PDs aus Kostengründen um Geräte mit einer Signatur handelt, kann ein Gerät mit zwei Signaturen verschiedene Leistungsstufen an interne Komponenten verteilen, z. B. an eine Kamera, die eine Leistungsstufe für den Kamerabetrieb und eine andere für die Schwenk-/Neige-/Zoom-Funktion benötigt. Wird in der Erkennungsphase ein PD mit zwei Signaturen entdeckt, führt die PSE eine Klassifizierung für beide Paare durch.

^{Ein Gerät mit Doppelsignatur kann eine unabhängige Leistungssignatur auf dem Paarset 1,2 und 3,6 haben}

Nächste Phase: PoE-Klassifizierung

Sobald ein PSE eine gültige PD erkennt, muss er bestimmen, wie viel Strom er liefert. Die IEEE 802.3 PoE-Standards weisen PoE-Systemen Klassen zu, die von 0 (niedrigster) bis 8 (höchster) Klasse reichen. Damit PoE funktioniert, muss die Klasse des PSE gleich oder höher sein als die Klasse des PD.

Die Klassen basieren auf der Leistungsabgabe des PSE und der am PD verfügbaren Leistung, da ein Teil der Energie über die Verbindung verloren geht. Typ 1 und Typ 2 PoE umfassen Klasse 0 bis Klasse 4, Typ 3 umfasst Klasse 5 und Klasse 6, und Typ 4 umfasst Klasse 7 und Klasse 8.

PoE-Klassen

Während der Klassifizierungsphase der Verhandlung bestimmt der PSE die Klasse des PD in einem oder mehreren Ereignissen, je nach PoE-Typ:

• • Typ 1 PSE (Einzelereignisklassifizierung): Sendet einen einzelnen Spannungsimpuls und misst die Stromaufnahme des PD, um festzustellen, ob es sich um Klasse 0, Klasse 1, Klasse 2 oder Klasse 3 handelt.
• • Typ 2 PSE (Zwei-Ereignis-Klassifizierung): Sendet einen zweiten Spannungsimpuls, wenn die Stromaufnahme des PD anzeigt, dass es sich um eine Klasse 4 handelt, um den Bedarf an höherer Leistung zu überprüfen.
• • Type 3 and Type 4 PSE (Fünf-Ereignis-Klassifizierung): Sendet drei zusätzliche Impulse, um festzustellen, ob das Gerät Klasse 5, Klasse 6, Klasse 7 oder Klasse 8 ist.

Bei PoE-Typ 2 und höher, die mehrere Klassifizierungsereignisse verwenden, tritt das erste Ereignis auf der Hardware-Ebene auf, während nachfolgende Ereignisse entweder auf der Hardware- oder der Software-Ebene auftreten können. Die IEEE-Standards verlangen, dass PDs vom Typ 2 und höher die Klassifizierung sowohl auf der Hardware- als auch auf der Softwareebene für das zweite Ereignis unterstützen. Während PSEs entweder Hardware- oder Software-Klassifizierung unterstützen können, tun die meisten PoE-fähigen Schalter beides.

• • Bei der Hardware-Klassifizierung liest der PSE den aktuellen Wert aus dem PD auf der physikalischen Ebene.
• • Für die Software-Klassifizierung handeln PSE und PD die Leistungsanforderungen mit Hilfe des Link Layer Discovery Protocol (LLDP) aus, einem Ethernet-Protokollnetzwerk, mit dem Geräte ihre Fähigkeiten ankündigen.

Das erste Ereignis während der Verhandlung findet immer auf der Hardware-Ebene statt. Wenn der PSE während des ersten Ereignisses feststellt, dass der PD der Klasse 4 oder höher angehört, liefert er nur Strom der Klasse 3. Beim zweiten Ereignis verhandelt der PSE dann mit dem PD über die Leistungsanforderungen mittels LLDP. Einer der Hauptvorteile der Software-Verhandlung ist die Möglichkeit für einen PD, eine bestimmte Leistungsmenge anzufordern, die niedriger sein kann als seine Klassenbezeichnung. Auf diese Weise kann der PSE die verbleibende Leistung anderen Geräten zuweisen, um den Stromverbrauch effizienter zu gestalten.

Der IEEE 802.3bt-Standard für Typ 3 und Typ 4 PoE führte auch eine optionale Funktion zur automatischen Klassifizierung ein, die es dem PSE ermöglicht, die maximale Leistungsaufnahme des PD zu bestimmen. Der PSE misst den Stromverbrauch des PD im Laufe der Zeit, um die maximale Ausgangsleistung zu ermitteln und einzustellen. Die PSEs Typ 3 und Typ 4 identifizieren PDs mit automatischer Klassenfunktionalität während des Erkennungsphase.

Letzte Phase: Betrieb

Sobald ein PSE festgestellt hat, dass ein PoE-kompatibler PD angeschlossen ist und wie viel Strom benötigt wird, wechselt er in den Betriebsmodus und liefert ausreichend Strom an den PD. Während des Betriebs erzeugt der PD ein MPS-Signal (Maintain Power Signature), um eine kontinuierliche Funktionalität zu gewährleisten. Der PSE überwacht den PD kontinuierlich auf dieses MPS-Signal und schaltet den Strom ab, wenn das Signal verloren geht. So wird sichergestellt, dass kein Strom verschwendet wird, wenn das Gerät nicht eingesteckt ist, und dass Sie keine böse Überraschung erleben, wenn Sie ein nicht eingestecktes Kabel berühren. Die PSE nimmt dann den Verhandlungsprozess wieder auf.

Der richtige PoE-Tester ist wichtig!

Wenn Sie PoE testen, suchen Sie nach einem Tester, der den PoE-Verhandlungsprozess für alle IEEE 802.3-Standards berücksichtigt. Der LinkIQ Cable+Wi-Fi+Network Tester von Fluke Networks zeigt beispielsweise an, welche Paare eines vierpaarigen Netzwerkkabels mit Strom versorgt werden, und gibt an, ob der Switch Single-Signature- oder Dual-Signature-Strom aushandeln kann. Diese Informationen können bei der Fehlersuche nützlich sein. Wenn zum Beispiel ein 802.3bt-PD nicht richtig funktioniert, kann das daran liegen, dass es sich um ein Doppelsignatur-Gerät handelt, Ihr Switch aber nur Einzelsignatur-Geräte unterstützt. In diesem Fall müssen Sie möglicherweise Ihren Switch aktualisieren oder das Gerät an einen anderen Switch anschließen, der Doppelsignaturgeräte unterstützt.

^{Ergebnis des PoE-Tests am Switch-Port zeigt die verwendeten Paare, die verfügbare Leistung und Klasse sowie die Ergebnisse des PoE-Tests unter Last an.}

Der LinkIQ-Tester zeigt auch die ausgehandelte Leistungsklasse (0-8) sowohl auf der Hardware- als auch auf der Softwareebene, um sicherzustellen, dass ein Gerät eine Verbindung zum Netzwerk herstellen kann, und um eine dynamische Zuweisung durch den PoE-Switch zu ermöglichen. Um PoE zu testen, wird eine Last auf die Leitung gelegt, während die ausgehandelte Leistung abgerufen wird. Fällt die Spannung unter den vom PD geforderten Mindestwert (was durch ein Verkabelungsproblem oder einen überlasteten PSE verursacht sein könnte), ist der Strom nicht wirklich verfügbar, und der Test schlägt fehl.

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