W pierwszej części artykułu (Zabezpieczenia nr 6/2011) przedstawiłem czytelnikom wybrane zagadnienia teoretyczne związane z metodą zasilania urządzeń peryferyjnych zgodną ze standardem PoE. Przejdźmy teraz do zagadnień praktycznych. Zastanówmy się, w jaki sposób można zbudować sieć umożliwiającą zasilanie urządzeń peryferyjnych tą metodą.
Najdoskonalszym, a jednocześnie chyba najkosztowniejszym sposobem praktycznego wykorzystania metody PoE jest zastosowanie odpowiednich przełączników sieciowych, czyli urządzeń pracujących w drugiej, a częściowo także w trzeciej warstwie sieci IP, fabrycznie wyposażonych w układy umożliwiające zasilanie urządzeń peryferyjnych za pośrednictwem interfejsu Ethernet. W takim przypadku mamy pewność, że zachowana jest zgodność ze standardem PoE, realizowane są wszystkie procedury związane z niezawodnością i bezpieczeństwem użytkowania, opisane w pierwszej części artykułu.
Zaletą takiego rozwiązania jest prostota. Jeśli urządzenia peryferyjne są podłączone do sieci IP za pomocą przełączników, których interfejsy dostarczają energię zasilającą zgodnie ze standardem PoE, żadne inne urządzenia nie są już potrzebne. Niestety w praktyce bywa inaczej.
Trudno rozstrzygnąć, czym kierowali się konstruktorzy i producenci przełączników sieciowych z opcją PoE. Wystarczy stwierdzić, że większość z tych urządzeń ma ograniczoną sumaryczną moc, jaką może dostarczyć do urządzeń podłączonych do ich interfejsów sieciowych. Na przykład popularny i często stosowany przełącznik typu FS108P firmy Netgear ma w sumie osiem interfejsów Fast Ethernet, z czego tylko cztery mogą służyć do zasilania urządzeń peryferyjnych metodą PoE.
Gdyby to było jedyne ograniczenie, nie byłoby żadnego problemu. Przecież nie wszystkie urządzenia sieciowe mogą być zasilane metodą PoE. Ponadto przełącznik musi być jakoś połączony z siecią, czyli z innymi urządzeniami tworzącymi infrastrukturę sieciową, zatem istnienie interfejsów nie zapewniających zasilania metodą PoE jest jak najbardziej uzasadnione.
Realne ograniczenie polega na tym, że sumaryczna moc zasilająca, jaka może być dostarczona do urządzeń peryferyjnych przez cztery interfejsy Ethernet z opcją PoE, wynosi tylko 32 W. W praktyce oznacza to, że przed podłączeniem urządzeń peryferyjnych należy sprawdzić, jaki jest ich sumaryczny pobór mocy. Przykładowo – limit zostaje osiągnięty, gdy dwa z tych interfejsów są obciążone mocą rzędu 15 W i żadne inne urządzenia zasilane metodą PoE nie mogą już być podłączone do tego przełącznika, mimo iż dwa interfejsy z opcją PoE nie zostały w ogóle wykorzystane. Przełącznik dostarczający 32 W mocy zasilającej będzie jednak tańszy od przełącznika, którego wszystkie interfejsy mogą być obciążone pełną mocą, czyli sumaryczne obciążenie może dochodzić do 60 W. Jeśli ograniczymy się do zastosowań związanych z telewizją dozorową, okaże się, że sytuacja nie jest tak krytyczna, jak mogłoby się wydawać. Należy pamiętać, że typowe kamery IP zasilane metodą PoE mają pobór mocy rzędu 8 W, dzięki czemu przełącznik dysponujący sumaryczną mocą 32 W może być w pełni wykorzystany bez przekraczania limitu.
Drugim istotnym ograniczeniem są parametry transmisyjne przełączników sieciowych. W tym momencie warto przypomnieć, że do poprawnej pracy sieciowego systemu monitoringu wizyjnego wymagana jest nieprzerwana, płynna transmisja ramek sieciowych w warstwie pierwszej i równie szybkie przetwarzanie pakietów w wyższych warstwach sieciowych, co wiąże się z koniecznością zastosowania wystarczająco szybkich procesorów i odpowiednich buforów przechowujących dane przeznaczone do transmisji. Nowoczesne metody kompresji obrazów, takie jak H.264, zmuszają do spełnienia dość rygorystycznych wymagań dotyczących przepustowości sieci. Co prawda średnia przepływność związana z transmisją obrazów z pojedynczej kamery jest niewielka, jednakże wartości chwilowe, z którymi mamy do czynienia podczas transmisji klatek referencyjnych, są wysokie. To zjawisko staje się szczególnie dokuczliwe w przypadku kamer o wysokiej rozdzielczości i uniemożliwia stosowanie prostych, tanich przełączników sieciowych, mimo iż ich średnia przepustowość jest wystarczająco duża. Innymi słowy – wymagania dotyczące prędkości transmisji pakietów w sieci, w której pracują kamery IP, są znacznie wyższe od wymagań wobec przełączników wykorzystywanych w biurach, gdzie urządzeniami końcowymi są komputery, drukarki, telefony VoIP i inne urządzenia biurowe.
Bardzo często zdarza się, że dobierając urządzenia przeznaczone do budowy sieci, w której mają pracować kamery IP, projektant czy instalator dysponuje przełącznikami o odpowiednich parametrach transmisyjnych, jednakże pozbawionymi możliwości zasilania kamer metodą PoE. Podobnie może być podczas prac modernizacyjnych, gdy w sieci są już zainstalowane przełączniki starego typu, bez opcji PoE, tymczasem nowe urządzenia peryferyjne wymagają zasilania tą metodą. W takim przypadku można posłużyć się dodatkowymi urządzeniami określanymi jako „midspan”. To słowo nie ma dobrego odpowiednika polskojęzycznego. Można spotkać się z określeniami „panel zasilający” lub „zasilacz PoE”, jednakże w materiałach reklamowych, a nawet w pracach o zacięciu naukowym najczęściej spotkamy określenie „midspan”. Zastosowanie takich urządzeń rozwiązuje wiele problemów. Po pierwsze – dysponują one dużą sumaryczną mocą zasilającą i w większości przypadków wszystkie interfejsy sieciowe mogą być obciążone zgodnie z wymaganiami narzucanymi przez standard PoE. Po drugie – można zastosować dowolnego typu przełączniki sieciowe o odpowiednio dobranych parametrach transmisyjnych, nie dysponujące opcją PoE, co ułatwia pracę projektantom sieciowych systemów dozorowych. Po trzecie – ceny rynkowe paneli zasilających są na tyle niskie (w porównaniu z przełącznikami z opcją PoE), że ich zastosowanie znajduje uzasadnienie ekonomiczne.
Innym, równie popularnym sposobem wykorzystania metody PoE do zasilania pojedynczych kamer sieciowych jest zastosowanie specjalistycznych zasilaczy wyposażonych w dwa interfejsy Fast Ethernet. Pod względem transmisyjnym takie urządzenia są całkowicie pasywne, to znaczy w żaden sposób nie modyfikują ramek sieciowych, przy czym na jednym z interfejsów dostarczają energię zasilającą. Przykładem takiego zasilacza może być oferowany przez firmę Sony model SNCA-POE1, który działa zgodnie ze standardem PoE, realizuje wszystkie funkcje opisane w pierwszej części artykułu i jest przeznaczony do zasilania jednej kamery IP dowolnego producenta, przystosowanej do zasilania tą metodą.
Warto zastanowić się nad ekonomicznym aspektem stosowania takich zasilaczy PoE. Ich cena rynkowa dochodzi do kilkuset złotych, lecz ich użycie jest opłacalne, gdyż eliminuje kosztowny przełącznik sieciowy z opcją PoE. Ponadto na rynku pojawiły się ostatnio kamery IP, które mogą być zasilane tylko metodą PoE, więc użycie odpowiedniego zasilacza i tak jest konieczne. Należy tu zwrócić uwagę na pewien mechanizm rynkowy. Otóż kamery IP, które mogą być zasilane jedynie metodą PoE, są znacznie tańsze od kamer które mogą być zasilane na kilka sposobów (na przykład 12 VDC/24 VAC/PoE). Co prawda kamery umożliwiające swobodny wybór jednej z trzech dostępnych metod zasilania są bardziej uniwersalne, jednakże metody te nigdy nie są wykorzystywane jednocześnie, czyli to uniwersalne rozwiązanie jest w pewnym sensie rozrzutne i nieuzasadnione ekonomicznie.
Zasilanie urządzeń peryferyjnych metodą PoE staje się coraz bardziej popularne i przestaje dotyczyć tylko urządzeń o małym poborze mocy. Wersje HPoE i PoE plus, o których wspomniałem w pierwszej części artykułu, umożliwiają zasilanie kamer obrotowych, central alarmowych, kontrolerów w systemach kontroli dostępu, a nawet stacji roboczych i przenośnych komputerów. Metoda PoE znajduje bardzo szerokie zastosowanie w automatyce przemysłowej, a także w sprzęcie medycznym – jest przydatna wszędzie tam, gdzie prostota i bezpieczeństwo użytkowania urządzeń peryferyjnych ma zasadnicze znaczenie.
Z prognoz rynkowych wynika, że metoda PoE może stać się standardem w przypadku masowych usług teleinformatycznych, takich jak na przykład dostęp do Internetu w pokojach hotelowych czy poczekalniach na dworcach kolejowych i lotniczych (gdzie poprzez abonenckie gniazdo ethernetowe dostarczana będzie energia zasilająca). Może też być powszechnie wykorzystywana do zasilania tabletów, czytników książek elektronicznych, komputerów itp. W zasadzie trudno wymienić wszystkie możliwe zastosowania metody PoE w życiu codziennym. Zastosowania mogą być dziwaczne. Gromadząc materiały do tego artykułu, znalazłem opisy gitary Gibson z wmontowanym przedwzmacniaczem zasilanym metodą PoE, a także zdjęcia golarki elektrycznej z gniazdem RJ45, którą można podłączyć do gniazdka abonenckiego w pokoju hotelowym. Zachęcam czytelników do poszukiwania równie niecodziennych zastosowań tej metody zasilania.
Andrzej Walczyk
Zabezpieczenia 1/2012