01.09.2018
Тестирование систем с поддержкой питания через Ethernet (PoE)

PoE (Питание через Ethernet) является передовой технологией, которая все чаще используется для подачи электропитания по кабельным линиям СКС для IP-телефонов, беспроводных точек доступа, сетевых видеокамер и других сетевых устройств. Сетевые специалисты, которые внедрили технологию PoE или рассматривают вопрос о ее внедрении, а также специалисты по установке сетей, предлагающие эту технологию в составе своих услуг, должны осознавать потенциальное влияние некоторых факторов на процесс тестирования работы сети.

После установки некоторых видов оборудования с поддержкой PoE может потребоваться повторная сертификация существующей кабельной системы. Существующее в сети оборудование с поддержкой PoE может повлечь за собой изменения в процедурах тестирования для обеспечения требуемого уровня точности. Дополнительные тесты нового оборудования с поддержкой PoE помогут подтвердить корректность его работы. Эта статья объясняет влияние технологии PoE на процесс тестирования сети и показывает, как некоторые сравнительно простые изменения в процедурах и оборудовании могут обеспечить успешное выполнение работы.

Знакомство с технологией PoE

Текущая спецификация технологии PoE была описана и систематизирована в стандарте IEEE 802.3 af, который описывает работу Ethernet-оборудования, предоставляющего питание (источники питания) (PSE) и потребителей питания (PD). Стандарт предусматривает подачу по неэкранированной витой паре постоянного напряжения 48 вольт и максимальную потребляемую мощность 15 Ватт. Эта технология работает с существующей кабельной системой, включая кабели категории 5, категории 5е и 6, а также горизонтальные кабели и коммутационные шнуры, коммутационные панели, розетки и активное сетевое оборудование, без необходимости внесения каких-либо модификаций.

Все сетевые устройства требуют наличия канала передачи данных и источника питания для нормальной работы. Преимущество PoE состоит в том, что эта технология использует только один комплект проводов для обеспечения обоих условий, снижая время на установку и экономя средства. PoE также упрощает перемещение любого устройства, так как его можно просто подключать к сетевой розетке с поддержкой PoE.

Виды оборудования обеспечения питанием

Существует два основных типа оборудования, обеспечивающих сетевые устройства питанием (PSE):

самостоятельное (end-span)

вспомогательное (mid-span).

Между этими видами оборудования PSE существуют значительные отличия в части оказываемого влияния на процесс тестирования сети.

Для обеспечения питания и передачи данных самостоятельные системы используют коммутаторы Ethernet со встроенным блоком питания. Стандарт IEEE 802.3af позволяет таким устройствам подавать питание на пары с контактами 1,2 и 3,6 или на пары с контактами 4,5 и 7,8 обычного четырехпарного медного кабеля. Самостоятельное оборудование PSE может быть совместимо со стандартами передачи данных 10BASE-T, 100 BASE-TX или 1000BASE-T.

Вспомогательное оборудование PSE располагается между традиционными коммутаторами/маршрутизаторами и устройствами-потребителями питания. Вспомогательное оборудование PSE может быть отдельными устройствами или интегрированными в коммутационную панель. В последнем случае каждый порт, к которому подключено вспомогательное оборудование в коммутационной панели питания, является одним из окончаний постоянного соединения. Вспомогательные устройства с поддержкой 802.3af являются единственными устройствами, для которых разрешено использование пар проводов 4,5 и 7,8 для передачи питания. По этим парам не передаются данные через вспомогательные устройства PSE. Так как стандарт 1000BASE-T требует, чтобы все четыре пары были задействованы для передачи данных, то согласно стандарта 802.3af применение вспомогательного оборудования PSE ограничено и поддерживается только системами 10/100BASE-T. Для поддержки 1000BASE-T существуют некоторые виды вспомогательного оборудования PSE, однако они технически несовместимы со стандартом IEEE 802.3af.

Важнейшее различие между коммутационными панелями с подачей питания и самостоятельным оборудованием PSE заключается в том, что, в отличие от самостоятельных устройств, коммутационные панели с подачей питания становятся частью постоянного соединения. Производительность соединения и качество терминирования коммутационных панелей с подачей питания являются наиболее значимыми факторами, влияющими на производительность постоянного соединения, поэтому любое постоянное соединение должно быть ресертифицировано при каждой установке коммутационной панели с подачей питания. Самостоятельные устройства не являются частью соединения, когда выполняется его сертификация, и имеют минимальное влияние на результаты тестирования сети.

Принцип работы систем PoE

Для предотвращения повреждений существующего оборудования Ethernet, которое не поддерживает возможность получения питания PoE, перед подачей питания в линию оборудование PSE запускает процесс поиска. Данный процесс отвечает за поиск устройств, отвечающих спецификациям PoE. В этот момент в кабель подается небольшое постоянное напряжение и проверяется наличие 25 кΩ напряжения резистора на удаленном устройстве. Это напряжение обычно не превышает 10 В и обычно подается каждые 2 миллисекунды.

Если сопротивление обнаружено, то оборудование PSE подает в линию постоянное напряжение 48 В, предусмотренное стандартом PoE, до максимального значения в 13 Вт. Питание подается в линию до тех пор, пока к нему подключен потребитель. Если устройство выключается или отключается от сети, оборудование PSE перестает подавать питание и снова запускает процесс поиска.

Влияние на процесс сертификации сети

Постоянное напряжение в соединении изолировано от высокочастотного сигнала передачи данных, однако он может повлиять на работу тестирующего оборудования. Почти все тестеры используют сигналы постоянного тока для выполнения базового тестирования соединения, например проверка схемы соединения и измерение сопротивления. Кроме того, многие тестеры имеют встроенные схемы защиты чувствительных измерительных элементов от других активных устройств связи, таких как, например, ISDN и ТфОП, которые используют передачу постоянного напряжения по разным парам и могут быть случайно подключены к тестеру.

После завершения тестирования кабеля устройство-потребитель к линии не подключено, поэтому оборудование PSE будет находится в режиме поиска. Напряжение постоянного тока, передаваемое в линию в процессе поиска, не будет оказывать влияние на тестирование канала передачи данных (тесты возвратных потерь, вносимых потерь и перекрестных наводок на ближнем конце). Однако они могут повлиять на замеры постоянного тока, используемые большинством сетевых тестеров в процессе сертификации для измерения сопротивления в линии и тестирование схемы соединения. Постоянное напряжение, создаваемое оборудованием PSE в процессе поиска, может случайно привести к включению защитных схем тестирующего оборудования.

Поэтому подачу питания в тестируемую линию необходимо отключать. Это проще всего сделать путем отключения питания устройства PSE. Однако это часто имеет нежелательный эффект, связанный с отключением питания во всех линиях, а не только в тестируемой линии.

К счастью, большинство устройств PSE поставляется с программной утилитой настройки, которая позволяет включать и выключать питание на отдельных портах. При выключенном питании линии передачи данных в линиях с поддержкой PoE можно тестировать так же, как и обычные линии.

Тестирование оборудования PSE

Следующий вопрос, на котором стоит остановится — это тестирование оборудования PSE. Существует несколько возможных подходов — от сложных и высокоточных до предельно простых.

Устройства PSE можно тестировать с помощью лабораторного оборудования, предназначенного для измерения производительности (КПД) источников питания. Эти устройства класса high-end можно конфигурировать для измерения КПД устройств PSE, находящихся как в режиме поиска, так и в режиме подачи питания. Проблема состоит в том, что эти устройства дороги, громоздки и сложны в использовании. Они предназначены скорее для использования производителями оборудования, а не сетевыми специалистами в данной области.

Более простая и менее дорогая альтернатива предоставляется простыми устройствами, которые состоят из обычного резистора, индикатора и разъема RJ-45. Эти устройства подключаются к сетевой розетке и обеспечивают наличие требуемого сопротивления в линии для оборудования PSE. При этом оборудование PSE подает напряжение в 48 В, что сопровождается включением светодиодного индикатора.

Эти устройства обеспечивают простой способ тестирования оборудования PSE, однако они не предоставляют никакой информации о его уровнях напряжения и мощности. Кроме того, они не обеспечивают способ документирования наличия питания PoE. Их следует считать быстрым и простейшим решением для определения того, работает сеть или нет.

Наиболее полезное решение должно предоставлять больше информации, чем описанное выше простейшее решение, и подходить для полевых условий. Недавно компания Fluke Networks представила модуль DTX для проверки сетевых служб для кабельного анализатора DTX. Этот новый модуль (DTX-NSM) подключается к задней панели анализатора DTX и, будучи частью того же самого набора, используемого сегодня для сертификации линий, обеспечивает более обширное тестирование PoE. Это решение позволяет проверять, имеется ли соответствующее напряжение для приложений PoE и обеспечивает ли оборудование PSE то качество питания, которое отвечает требованиям альтернативы A или B стандарта IEEE 802.3af. Еще одно преимущество интегрирования тестов PoE в процесс сертификации линии заключается в возможности документировать и архивировать результаты теста PoE как часть процесса сертификации.

Новый стандарт и несовместимое оборудование PSE

Прежде мы рассматривали, как выполняется тестирование питания и каналов передачи данных на всех типах PoE-совместимых линий, отвечающих стандарту 802.3 af. Однако этот стандарт не поддерживает Gigabit Ethernet, который использует все четыре пары для передачи данных. По этой причине некоторые производители представили PoE-оборудование Gigabit Ethernet, которое не отвечает ни одному из существующих стандартов. Кроме того, некоторое оборудование PSE может подавать питание мощностью более 15 Вт для поддержки устройств, требующих питания повышенной мощности. Это оборудование уже успело получить широкое распространение на рынке, что побудило институт IEEE создать рабочую группу для решения этих проблем путем выпуска обновления к стандарту. Эта рабочая группа 802.3 at отвечает за расширение возможностей стандарта 802.3 af.

После утверждения проекта нового стандарта и его принятия он должен предусматривать мощность величиной как минимум 30 Вт, требуемой для высокоскоростных точек доступа с высокой скоростью передачи данных и приводных устройств, таких как камеры с функциями масштабирования, а также перемещением в горизонтальной и вертикальной плоскости. Кроме этого, в задачи рабочей группы входит разработка способа взаимодействия оборудования PSE с сетями Gigabit и 10 Gigabit Ethernet.

Тестирование нового оборудования PSE

Когда все четыре пары проводов задействованы для передачи данных, очень трудно предотвратить случайную подачу напряжения постоянного тока назад к сетевому коммутатору или маршрутизатору, где оно может причинить серьезные повреждения. Производителям, представившим вспомогательные устройства Gigabit, удалось преодолеть эту проблему путем внедрения трансформаторов или конденсаторов, которые блокируют перенаправление постоянного тока к коммутатору или маршрутизатору.

Это создает дополнительные трудности при тестировании сети. Трансформаторы или конденсаторы не влияют на высокочастотные сигналы, используемые для измерения вносимых потерь, перекрестных наводок на ближнем конце и возвратных потерь. Однако даже когда питание выключено, эти устройства будут определяться как места разрывов путем подачи сетевым тестером постоянного тока для проверки схемы соединения. Таким образом, линия не сможет быть успешно сертифицирована. Чтобы решить эту проблему, отключите проверку тестером схемы соединения. Другие функции, такие как тестирование вносимых потерь, перекрестных наводок на ближнем конце и возвратных потерь, будут выполняться лишь при условии успешного завершения тестирования схемы соединения.

Заключение

Быстрый рост популярности технологии PoE означает, что сетевые специалисты должны понимать влияние ее работы на процесс сертификации.

Разное оборудование PoE влияет на этот процесс по-своему. Путем настройки процедур тестирования соответствующим образом сетевые специалисты могут легко выполнять проверку производительности систем PoE вместе с используемой Ethernet-инфраструктурой.

Игорь Панов

http://ockc.ru