Vier-Paar-PoE | Zum Verständnis des neuen PoE-Standards

Vier-Paar-PoE und Ihre Kabelanlage

 

Vier-Paar-PoE und Ihre Kabelanlage

Sie stellen seit Jahren Kabelanlagen bereit, die Power over Ethernet (PoE) für unterschiedliche Geräte unterstützen, wie beispielsweise VoIP-Telefonie und Überwachungskameras. Bisher wurde von Ihnen nur gefordert, 30 Watt-Leistung zu unterstützen. Aufgrund der Fülle an Geräten, die mittlerweile auf erweiterte PoE-Funktionalität zugreifen können – wie zum Beispiel die aktuellsten 802.11ac Wi-Fi-Zugriffspunkte, digitale Displays und sogar Desktop-Computer – beginnen Ihre Kunden, nach Vier-Paar-PoE zu fragen. In diesem Artikel finden Sie Neues über vier Themen bezüglich PoE: Vorgeschlagene Standards, Verkabelungsanforderungen, LP-Kabelzertifizierung und feldkonfektionierte Stecker.

Vorgeschlagene Standards

Typ 1 Alternative A und B-PoE

Beginnen wir mit den Unterschieden zwischen den einzelnen PoE-Typen. PoE Typ 1 bietet bis zu 15,4 W, wobei 13 W für das Gerät verfügbar sind. PoE Typ 2 (gelegentlich auch als PoE Plus bezeichnet) bietet bis zu 30 W, von denen 25,5 W für das Gerät zur Verfügung stehen. Beide liefern Spannung unter Verwendung von zwei Paaren und nutzen eine von zwei Methoden – Alternative A oder Alternative B.

Bei Alternative A wird die Spannung gleichzeitig mit Daten über die Paare 1-2 und 3-6 geliefert. Bei Alternative B wird die Spannung über die Ersatzpaare 4-5 und 7-8 bereitgestellt. Alternative A ist sowohl kompatibel mit zwei (z. B. 10/100BASE-T) wie auch mit vier Paaren (z. B. 1000BASE-T), Alternative B ist ausschließlich kompatibel mit Anwendungen mit zwei Paaren.

Der vorgeschlagene 802.3bt-Standard für Vier-Paar-PoE umfasst sowohl Typ 3 als auch Typ 4 und beide Typen bieten nun leistungsfähige Datenübertragung unter gleichzeitiger Verwendung von vier Paaren. PoE Typ 3 bietet bis zu 60 W, 51 W davon für das Gerät, während Typ 4 90 W bereitstellt, von den 71 W für das Gerät verfügbar sind.

Anforderungen für die Verkabelung

Bei den PoE-Typen 1 und 2 mit Alternative A werden beide Paare mit der gleichen Spannung versorgt – d. h. der Strom wird jeweils zwischen den beiden Leitern gleichmäßig aufgeteilt. Dies wird durch Angleichen oder Ausgleichen des DC-Widerstands der einzelnen Leiter ermöglicht; jede Abweichung wird als Unsymmetrie des DC-Widerstands betrachtet. Eine zu starke Unsymmetrie kann Signale verzerren und dadurch zu Bitfehlern, Übertragungswiederholungen und sogar dem Verlust von Datenverbindungen führen.

Analog zu den PoE-Typen 1 und 2 mit Alternative A nutzen die Vier-Paar-PoE vom Typ 3 und 4 zur Leistungsübertragung ebenfalls eine gemeinsame Versorgungsspannung, sodass sich Unsymmetrien des DC-Widerstands 

Testen von modularen Stecker-Links

auch bei ihnen auswirken. Aber bei den Typen 3 und 4 müssen Sie sich nicht nur um Unsymmetrien des DC-Widerstands bei den einzelnen Paaren Gedanken machen. Eine sehr starke Unsymmetrie des DC-Widerstands zwischen mehreren Paaren kann darüber hinaus die Datenübertragung blockieren und zum Abbruch der PoE-Funktionalität führen.

Zwar ist eine schlechte Kabelqualität mit Schwankungen beim Durchmesser und der Konzentrizität (Rundheit) des Leiters die Hauptursache für eine Unsymmetrie des DC-Widerstands; jedoch können inkonsistente Anschlüsse, bei denen die einzelnen Leiter nicht ordnungsgemäß und konsistent in den Schneidklemmverbindungen (IDCs) befestigt sind, ebenfalls zu einer Unsymmetrie des DC-Widerstands führen. Auch wenn ein Kabel laut Lieferanten die DC-Unsymmetrie-Spezifikation erfüllt, lässt sich dessen tatsächliche Leistung nach der Installation nur durch einen Feldtest ermitteln.

Der Serie DSX CableAnalyzer™ von Fluke Networks kann die DC-Widerstand-Unsymmetrie für einzelne Paare und zwischen mehreren Paaren schnell und problemlos testen. So können Sie wirklich sicher sein, dass die PoE-Anwendungen der von Ihnen geplanten Kabelanlage sowohl mit zwei wie auch mit vier Paaren funktionieren.

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Temperaturanstieg und LP-Verkabelung

Leider ist die DC-Widerstand-Unsymmetrie nicht das einzige Problem, das Sie berücksichtigen müssen. Wenn PoE über Twisted-Pair-Kupferkabel bereitgestellt wird, kann der Temperaturanstieg im Kabel zur Einfügungsdämpfung führen. Ein betroffener Kanal kann in diesem Fall beim Einfügungsdämpfungstest durchfallen oder eine Verringerung der Kabellänge kann erforderlich werden.

Die durch die PoE-Übertragung erzeugte Wärme wird noch problematischer, wenn mehrere PoE-Kabel dicht gebündelt werden – je mehr Leistung übertragen wird, um so höher ist der Temperaturanstieg. Der National Electric Code gibt die Kabelanzahl an, die für ein Bündel maximal zulässig sind, basierend auf den Leiterabmessungen und der Nenntemperatur für PoE-Übertragungen von 60 W oder mehr. Auch TIA entwickelt momentan Richtlinien zur Begrenzung des Temperaturanstiegs in Kabelbündeln.

Nach einer Forschungsstudie zur Untersuchung der Auswirkungen von höheren Stufen von PoE über Kabel in einem Bündel führte Underwriter’s Laboratories (UL) eine LP-Zertifizierung für begrenzte Leistung ein, um die Kabelauswahl für PoE-Anwendungen zu vereinfachen. Die LP-Zertifizierung bedeutet, dass ein Kabel auf die Übertragung von PoE unter Worst-Case-Installationsszenarien ohne Überschreitung des Temperaturbereichs des Kabels getestet wird. Die Zertifizierung zieht große Bündelumfänge, hohe Umgebungstemperaturen und andere Umwelteinflüsse wie z. B. geschlossene Räume oder Kabelkanäle in Betracht.

Es ist wichtig zu verstehen, dass LP eine Zertifizierung, keine Zulassung oder Bewertung ist. Im Gegensatz zu anderen UL-Zulassung oder Plenum- oder Riser-Bewertungen, die von der NFPA erfordert werden, ist 70 National Electric Code®, LP-zertifiziertes Kabel optional – keine Voraussetzung. Und da wir von der NEC® sprechen: Die Ausgabe von 2017 enthält neue Anforderungen, die auch die Wärme-Probleme ansprechen – aber nur, wenn die Leistung größer als 60 W ist (Typ 3). In diesen Fällen enthält NEC Strombelastbarkeits-Tabellen, die die maximale zulässige Strombelastbarkeit für eine bestimmte Kabelbündel-Größe, Leitergröße und Kabeltemperatur-Bewertung, installiert in einer Umgebungstemperatur von 30 °C (86 °F), enthalten. Da die NEC® das Gesetz ist, ist die Einhaltung dieser Strombelastbarkeit-Tabellen vorgeschrieben. Die NEC gestattet jedoch die Verwendung eines LP-zertifizierten Kabels als Alternative zum Befolgen der Strombelastbarkeits-Tabelle.

Die gute Nachricht ist, dass Sie sich nur um dieses Thema zu kümmern brauchen, wenn Sie planen, PoE über 60 W auszuführen, und die meisten PoE-fähigen Geräte, einschließlich LED-Leuchten, erfordern weniger. Die schlechte Nachricht ist, dass Sie nie wirklich wissen, wie viel Strom letztendlich über das Kabel geliefert werden könnte, daher ist das Befolgen der Strombelastbarkeit-Tabellen oder die Verwendung von LP-zertifizierten Kabel eine gute Methode zur Sicherung der Zukunft. Weitere Optionen umfassen den Einsatz von Kabeln mit größerem Leiterdurchmesser, höheren Temperaturwerten oder Abschirmung, oder einfach die Wahl, keine Kabelbündel zu verwenden.

Während die DC-Widerstand-Unsymmetrie zwar in der Regel bei Kabeln höherer Qualität mit einem höheren Temperaturbereich oder LP-Zertifizierung kein Problem darstellt, kann mangelhafte Verarbeitung dennoch zu einer hohen Widerstand-Unsymmetrie führen. Daher wird weiterhin empfohlen, LP-Verkabelung auf DC-Widerstand zu überprüfen.

Modular Plug Terminated Links

Mit dem Internet der Dinge (IoT) und der Entwicklung der Sensorik werden immer mehr Geräte IP-fähig und mit der horizontalen Kupferverkabelungsinfrastruktur verbunden. Die meisten dieser Geräte wie LED-Leuchten, Sicherheitskameras, Gebäudeautomationssteuerung und Wi-Fi-Zugriffspunkte enthalten einen integrierten RJ45-Anschluss für die Anbindung an das Netzwerk.

Modifizierter Einzeladapteranschluss Permanent Link – Prüfen mit DSX CableAnalyzer

Es kann vorkommen, dass ein typischer Kanal mit vier Verbindern beim Anschließen dieser Gerätetypen nicht verwendet wird – insbesondere diejenigen, die sich in der Decke befinden, wo es nicht praktisch ist, eine Frontplatte zu installieren. Stattdessen befindet sich nur ein Patch-Kabel im Telekommunikations-Raum und die permanente Verbindung wird am anderen Ende mit einem Stecker abgeschlossen, so dass es direkt in das Gerät eingesteckt werden kann, wodurch im Wesentlichen das Gerätekabel entfällt. Dadurch entsteht, was heute als Modular Plug Terminated Link oder MPTL bezeichnet wird, und da diese Anwendung gewöhnlicher wird und bald in Industriestandards auftauchen wird, ist es ratsam, sich heute zu informieren, wie es getestet wird.

Einige der Vorteile der Verwendung eines Stecker-Links sind verbesserte Sicherheit und Ästhetik durch Vermeidung von exponierten Patchkabeln, die versehentlich oder absichtlich getrennt werden können (z. B. bei einer Sicherheits-Kamera) und die Fähigkeit, sich an die Code-Anforderung zu halten, nur Produkte in Plenum-Qualität in Hohlräumen zur Luftzirkulation zu verwenden (nicht alle Patchkabel sind Plenum-Qualität).

Die Verwendung eines Links, der in einem Stecker endet und das Netzkabel eliminiert, wurde zuerst im elektronischen Sicherheits-Standard BICSI  005 erwähnt und erscheint erneut in den BICSI 033 Informations-und Kommunikationstechnologie-Design- und Implementierungs-Praktiken für intelligente Gebäude und Anlagen, vorgesehen für die Veröffentlichung im Laufe dieses Jahres. Die Gebäudeautomatisierungsnorm TIA-862 erkennt ebenfalls die Notwendigkeit, ein Gerätekabel zu beseitigen, wenn es als nicht durchführbar oder unsicher betrachtet wird und erlaubt speziell die Verwendung eines Links, der in einem Stecker endet. Diese Anwendung wurde ursprünglich als „Direktverbindung“ bezeichnet, aber aufgrund von Verwechslungen mit Direkt-Verbindungen, die in Switch-to-Server-Anwendungen für Rechenzentren verwendet werden, hat sich die Terminologie weiterentwickelt.

Obwohl die Industriestandards die Anwendung anerkannt haben, gab es bislang keine spezifischen Anforderungen für eine von der TIA festgelegte Plug-in-Verbindung. Daher wurden diese Verbindungen, wie von BICSI empfohlen, 

ursprünglich mittels eines Tests für modifizierte permanente Verbindung mit einem Steckverbinder getestet. Dies erfolgte durch Anbringen der Haupt-Testeinheit am Patchpanel mit einem permanenten Link-Adapter, Befestigung der entfernten Einheit am entfernten Ende mit einem Kanal-Adapter und Wahl der „Mod 1-Conn Perm. Link“-Anwendung auf dem Tester. Das Problem mit der Verwendung eines Kanal-Adapters am entfernten Ende ist, dass die Verbindung am entfernten Ende von der Prüfung ausgeschlossen wurde.

Mit der Verbreitung von feldkonfektionierten Steckern und dem Potenzial für eine mangelhafte Steckerkonfektionierung haben Normungsgremien die Notwendigkeit für ein Prüfverfahren erkannt, das die endgültige Steckerverbindung am fernen Ende einbezieht. Der derzeitige Entwurf des Standards ANSI-TIA568.2-D enthält die MPTL-Konfiguration und dieser Test wurde bereits in die DSX CableAnalyzer Serie integriert.

 

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