یك مسیر و دو جریان‌ آشنایی با فناوری Power over Ethernet

 
اشاره :

ایده ارائه توان یا برق‌مصرفی به تجهیزات شبكه از طریق شبكه ارتباطی دیتا، نخستین بار در شبكه‌های محلی بی‌سیم مطرح گردید. چون تجهیزات این شبكه‌ها معمولاً در مكان‌هایی واقع ‌بودند كه امكان ارائه توان از طریق خطوط برق به آسانی میسر نبود و هزینه بالایی نیز در بر داشت. به همین دلیل فكر ارائه توان، از طریق خطوط شبكه ارتباطی دیتا ایده مناسب و مقرون به‌صرفه‌ای در این شبكه‌ها بود. در نتیجه فناوری Power over Ethernet متولد شد. كاربرد دیگر تكنولوژی PoE در تلفن‌های اینترنتی یاPhone IPها می باشد. نكته مهم در این جا امكان استفاده از تجهیزات IP Phone به هنگام قطع برق است. تكنولوژی PoE پس از مطرح شدن به سرعت جای خود را در بازار تجهیزات شبكه پیدا كرد. سازندگان تجهیزات با توجه به مقرون به صرفه بودن و قابلیت اطمینان بالای این فناوری اقدام به پیاده سازی آن در تجهیزات خود نمودند. اما این تكنولوژی نیاز به استانداردهایی جهت پیاده سازی داشت. از این رو مؤسسه IEEE اقدام به تدوین استانداردی جهت پیاده سازی این تكنولوژی نمود تا به واسطه آن تجهیزات ساخته شده توسط سازندگان مختلف قابلیت كار با یكدیگر را داشته باشند. تدوین این استاندارد از اوائل سال 2002 آغاز گردید و نهایتاً در ژوئن 2003 نهایی شد. استاندارد IEEE 208.3af، استاندارد ارائه توان از طریق واسطه‌های 10/100/1000 Bese - T می‌باشد. با استفاده از این استاندارد سازندگان تجهیزات شبكه می‌توانند توان مصرفی تجهیزات خود را از طریق شبكه ارتباطی دیتا ارائه نمایند.


ساختار PoE 
در این ساختار دو المان وجود دارد كه عبارتند از منبع تغذیه ( Power source (PSE و تجهیزاتی كه از این امكان استفاده می كنند یعنی (Powered Device (PD منبع تغذیه موظف به تامین توان مورد نیاز تجهیزات می‌باشد. به طور مثال Access Point‌ها در شبكه‌های ‌بی‌سیم ‌و ‌تجهیزات IP Phone از مصرف‌كنندگان توان محسوب می‌شود.
با استفاده از استاندارد مصوب IEEE 802.3af می‌توان با استفاده از فناوری PoE به تجهیزاتی كه توانی
معادل 21.95 w  احتیاج دارند، از طریق خطوط ارتباطی دیتا برق ‌رساند.

شكل 1

شكل 2


برای ارائه توان مورد نیاز تجهیزات لازم است ابتدا تمهیداتی اندیشیده شود تا از بروز اشكال در سیستم جلوگیری گردد. برای جلوگیری از بروز خطا ابتدا لازم است وسیله‌ای كه نیاز به توان دارد شناسایی گردد. به همین منظور مكانیزم‌هایی در استاندارد مربوطه برای نحوه تشخیص وسیله مشخص گردیده است. پس از شناسایی وسیله موردنظر و تامین توان موردنیاز، سیستم باید بتواند به محض خروج آن وسیله از شبكه، توان ارائه‌شده را قطع نماید.

توان مورد نیاز تجهیزات در تكنولوژی PoE به دو روش قابل ارائه است. در روش اول می‌توان توان موردنیاز را از طریق یكی از سوییچ‌های اترنت درون شبكه كه دارای قابلیت ارائه توان با استفاده از تكنولوژی PoE می‌باشد، ارائه نمود. همان‌گونه كه در شكل 1 دیده می‌شود هیچ‌گونه وسیله اضافی دیگری موردنیاز نمی‌باشد و تجهیزات PD مستقیماً به سوییچ اترنت متصل می گردند.

در روش دوم با استفاده از یك Power Hub این توان تامین می‌گردد. شكل 2 این روش را نشان می‌دهد. همان‌گونه كه دیده می شود، برای ارائه توان مورد نیاز PDها به یك واسط كه دارای قابلیت ارائه توان بر روی خطوط اترنت می‌باشد نیاز داریم.

نكته مهم در هر دو روش، محدودیت ارائه خدمات در آن‌ها می‌باشد. در روش اول كه برای ارائه توان از هیچ واسطی استفاده نشده است و تجهیزات مستقیماً به سوییچ متصل شده‌اند می‌توان از كلیه واسط‌های
10/100/1000 Base - T برای تامین توان استفاده نمود. اما در روش دوم به علت استفاده از Power Hub برای ارائه توان فقط می توان از واسط‌های 10/100/1000 Base - T كرد. 

        (ب)                                    (الف)

شكل 3

نحوه ارائه توان از طریق خطوط اترنت همان‌گونه كه در شكل 3 نشان داده شده بسیار ساده است. حتماً می‌دانید كه سیگنال‌های اترنت از طریق زوج سیم منتقل می‌گردند (یك سیم برای رفت و سیم دیگر برای برگشت اطلاعات).
 
همچنین می‌دانید كه كابل‌های UTP دارای چهار زوج سیم می‌باشند. در نتیجه یكی از روش‌های ممكن برای ارائه توان، استفاده از دو زوج سیم اضافی، یكی برای ارسال توان مثبت و دیگری برای دریافت توان منفی می‌باشد. (شكل 3 - الف) روش دیگر ارسال توان از طریق همان زوج سیم‌هایی است كه برای انتقال دیتا مورد استفاده قرار می‌گیرند. (شكل 3-  ب)‌

تبادل بین PSE و PD 
برای استفاده از تكنولوژی PoE ابتدا لازم است تجهیزات بتوانند با یكدیگر ارتباط برقرار نمایند. به محض تشخیص یكPD،  از طرف PSE یك ولتاژ تست ارسال می‌گردد تا مشخص شود PD از استاندارد مربوطه پشتیبانی می‌كند یا خیر.
 
در صورت پشتیبانی از استاندارد IEEE802.3af، ولتاژ مورد نیاز PD از طریق PSE به یك مقاومت 25 اهمی تغذیه می‌گردد. برای تایید پشتیبانی از استاندارد مذكور، PD یك ولتاژ محدود به جریان كه بسیار كم نیز می‌باشد از طریق كابلUTP به سمت PSE ارسال می‌نماید. 


كلاس

استفاده ‌

PD POWER 

 44/0 تا 95/12 وات

 پیش فرض

0

 44/0 تا 84 /3 وات

انتخابی

1

84/3 تا  49/6 وات

انتخابی

2

49/6 تا 95 /12 وات

انتخابی

3

با توجه به این نكته كه هر یك از تجهیزات ولتاژ خاصی دارند، لازم است كلاس‌های متفاوتی برای تكنولوژی PoE در نظر گرفته شود. در این رابطه استاندارد IEEE802.3af جدول روبرو را ارائه نموده است:



نكات مهم در پیاده سازی

شكل 3

بسیاری از تولیدكنندگان به یك نكته مهم در رابطه با تولید تجهیزاتی كه از تكنولوژی PoE استفاده می‌كنند، بی‌توجه می‌باشند. واسط‌های الكترومغناطیسی بین كابل‌ها و تجهیزاتی كه در این شبكه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند از مهمترین نكاتی است كه مورد توجه قرار نگرفته است.

در زمان استفاده از كابل‌ها برای انتقال در حد گیگابیت اترنت، نویز موجود در كابل در عملكرد تشخیص PDها، كلاسه‌بندی آن‌ها و همچنین قطع ولتاژ در صورت لزوم، اختلال ایجاد می‌كند. از آنجایی كه تجهیزات این شبكه‌ها معمولاً تجهیزات ارتباطی می‌باشند، اعوجاج‌های خروجی ایجاد شده توسط واسط‌های الكترومغناطیسی نیز مشكل‌ساز هستند. در نتیجه برای بر طرف نمودن این مشكل می‌توان از كوپلرهای نوری برای محافظت در برابر میدان مغناطیسی ایجاد شده استفاده نمود.

نكته مهم دیگری كه در پیاده‌سازی این تكنولوژی باید مد نظر قرار گیرد، ذخیره سازی توان است. تصور كنید تجهیزات شبكه كه نیاز به توان دارند در هیچ یك از رده های كلاسه بندی شده در استاندارد IEEE802.3af نگنجند. برای ارائه توان مورد نیاز این تجهیزات، باید بتوان از ولتاژهای ذخیره شده استفاده نمود. برای این منظور همان‌گونه كه در شكل 4 نشان داده شده است، می‌توان از منابع تزریق ولتاژ استفاده نمود. روش دیگری كه برای جبران كمبود توان می‌توان مورد استفاده قرار داد، بهره مندی از تعدادی سوییچ اترنت با قابلیت PoE در شبكه می‌باشد.

 استاندارد مدیریتی
استاندارد IEEE 802.3af  فقط نیازهای سخت‌افزاری این فناوری را پوشش می‌دهد. اما مانند سایر فناوری‌ها باید برای مدیریت تجهیزات PoE نیز استانداردی تدوین گردد. این استاندارد توسط مؤسسه IETF دوین گردید. این مؤسسه به موازات فعالیت‌های مؤسسه IEEE در خصوص تدوین استاندارد PoE، اقدام به ایجاد یك MIB برای این تكنولوژی نمود. این MIB یك ماژول مبتنی بر SNMP است كه بر پایه RFC  شماره 2665 تدوین شده و مسوولیت مدیریت كلیه تجهیزاتی  كه در شبكه مبتنی بر تكنولوژی PoE كار می‌كنند، را برعهده دارد.

نظر فراموش نشود

.