بررسی سخت افزاری پین‌های کانکتور RJ45 در طراحی PoE

بررسی سخت افزاری پین‌های کانکتور RJ45 در طراحی PoE

با معرفی و گسترده‌شدن تجهیزاتی با قابلیت اترنت، لزوم تأمین انرژی این دستگاه‌‌ها از برق استاندارد AC به یک عامل محدود‌کننده تبدیل شده است. تلفن‌‌های IP، نقاط دسترسی بی‌سیم، دوربین‌‌های IP و تجهیزات سرور از جمله دستگاه‌هایی هستند که با توجه به نیاز اتصال آداپتور‌ DC به پریز برق، با محدودیت مواجه می‌شوند. نصب منبع تغذیه و کشیدن سیم در بهترین حالت موجب کار اضافی و سیم‌ کشی شلوغ می‌‌شود. در بدترین حالت هم نبود منبع AC در نزدیکی دستگاه عدم امکان استفاده از آنها را در پیخواهد داشت.

در پاسخ به این نیاز، IEEE پروتکل IEEE802.3af را به منظور استانداردسازی سیستم تأمین برق ولتاژ کم به تجهیزات شبکه‌‌ای از طریق خط ارتباطی معرفی کرد. این سیستم در اواسط سال 2003 ارائه شد و از استانداردی با عنوان (Data Terminal Equipment) DTE از طریق رابط وابسته به رسانه (MDI) بهره می‌ گرفت. از این سیستم عمدتاً با نام سیستم انتقال توان الکتریکی از طریق اترنت (PoE) یاد می‌‌شود. PoEتوان الکتریکی را به تجهیزات شبکه‌‌ای از طریق کابل ‌کشی استاندارد 5e (CAT-5) که در جهت انتقال اطلاعات استفاده می‌ شود، منتقل می‌‌کند. تجهیزات را می ‌توان در هر جایی که سیم‌ کشی با ساختار اترنت مستقر باشد نصب کرد بدون اینکه نیازی به پریز برق وجود داشته باشد. از جمله مزایای استفاده از PoE می‌‌توان به افزایش قابلیت جابجایی تجهیزات، ایمنی بیشتر (به دلیل عدم استفاده از برق AC)، سادگی نصب، قابلیت اطمینان، امنیت و صرفه‌جویی در هزینه اشاره کرد. این مزایا منجر به توسعه‌‌ی انواع مختلفی از محصولات مبتنی بر PoE شده است. از نمونه سوییچ PoE می‌توان به  سوییچ چهار پورت هوشمند ساختار اسپادانا مدلSAE-PE450F-XL  ، اشاره کرد که  توانایی انتقال توان را به همراه دیتا از مبدا به مقصد از طریق یک کابل شبکه داراست. عمده‌ترین مزیت سوییچ‌های PoE حذف کابل برق راه انداز در سوییچ‌ها و صرفه‌جویی در هزینه‌ها است. سرعت انتقال دیتا در 4 پورت شبکه و یک پورت Uplink برابر 10/100Mbs برای هر پورت بوده و 4 پورت شبکه قابلیت انتقال توان با استاندارد صنعتی IEEE 802.3af و IEEE 802.3at را برای هر دستگاه PoE استاندارد دارد.

در طراحی PoE دو مدل مختلف از تجهیزات استفاده شده است: تجهیزات منبع توان الکتریکی (PSE) و تجهیزات متصل به توان الکتریکی (PD).

 Powered Devicesتجهیزات شبکه‌ای قابل اتصال به PoEهستند که درجهت پذیرش ولتاژ کم منتقل شده از کابل‌‌کشی اترنت با ساختار CAT-5 طراحی شده‌اند. تجهیزات PSE توان DC را برای دستگاه‌های PDمهیا می‌‌کنند. PSE توانی برابر با 12 وات و ولتاژ 48 ولت را به هر PD منتقل می‌کند.

Endspan & Midspan types

 

انتقال توان از طریق کابل‌کشی با دو تکنیک : تکنیک A و تکنیک B.

تکنیک Aروش سیمپلکس یا «تغذیه‌‌ی فانتوم» نام دارد که توان الکتریکی را به تجهیزات انتهایی می‌‌رساند. توان الکتریکی در این حالت همانند داده منتقل می‌‌شود. کابل‌‌کشی CAT-5 جهت استاندارد اترنت 10BaseTو 100Base-TX از دو جفت داده/سیگنال متصل به پین‌های 1 و2 هم چنین پین‌های 3 و 6 کانکتور RJ-45 استفاده می‌‌کند. تجهیزات منبع تغذیه نیز توان را به این پین‌‌ها از طریق کانکتور ترانسفورماتور کوپلینگ سیگنال میانی می‌رساند. در PD، توان الکتریکی از این خطوط و با استفاده از تکنیک معکوس به دست می‌‌آید.

شکل1. Power Over Ethernet alternative A

 

تکنیک B توان الکتریکی را از جفت سیم‌‌های یدکی موجود در کابل منتقل می‌‌کند به طوری که منبع تغذیه ولتاژ مثبت را بر روی پین‌‌های 4 و 5 و همچنین ولتاژ منفی را بر روی پین‌‌های 7 و 8 اعمال می‌کند.

 

شکل2. Power Over Ethernet alternative B

 

اطلاعات بیشتر در زمینه‌ی تجهیزات متصل به توان الکتریکی (PD)

تجهیزات PD به گونه‌‌ای طراحی شده‌اند که PoE را با هر فرمتی (گزینه ‌های A یا B) بپذیرند تا بتوانند بدون در نظر گرفتن هر یک از گزینه‌‌های اجرا شده در PSE، توان الکتریکی را دریافت کنند. دستگاه‌های PD در هنگام کار با تکنیک A، به صورت اتوماتیک خود را با قطب مربوطه در ولتاژ منبع تغذیه تنظیم می‌کنند. این مسئله تضمین می‌کند که دستگاه حتی اگر از کابل‌های crossover استفاده کند به عملیات خود ادامه می‌دهد (این در مواقعی که یک رابطه وابسته به رسانه MDI (Media Depended Interface) مانند کارت شبکه‌‌ی کامپیوتر به PD متصل شود، اتفاق می‌افتد).

تجهیزات متصل به توان (PD) از +48 VDC (بصورت تقریبی) تغذیه شده از PSE استفاده می‌‌کنند، به این معنی که می‌‌توان آن‌ها را به عنوان تجهیزاتی ایمن با ولتاژ بسیار پایین (SELV) دسته‌بندی کرد. حداکثر جریان تأمین شده از سوی PSE در حدود 350mA است که با اندکی افت در کابل CAT-5، PD با توانی در حدود 12 وات محدود می‌‌شود. در این حالت مقاومت مجاز کابل 20 اهم است.

اطلاعاتی بیشتر در مورد تجهیزات تغذیه توان (PSE)

PSE ‌ها به دو نوعEndspan  و Midspan تقسیم می‌شوند. PSE‌های نوع Endspan معمولا در تجهیزات جدیدتر استفاده می‌‌شوند که در آن‌ها به یک سوییچ یا روتر جدید نیاز است. PSE‌هایی با نوع Midspan نیز اغلب در شبکه‌‌های موجود و به منظور افزودن قابلیت‌‌های PoE به این شبکه‌ها مورد استفاده قرار می‌‌ گیرند در حالی که تجهیزات Endspan به صورت طی بین سوییچ کنونی و PD متصل  می شوند. همچنین امکان استفاده از آ‌‌ن‌ها بصورت واحدهای خطی تکی یا چندگانه نیز وجود دارد. منبع تغذیه‌‌هایی با توان اولیه در جهت استفاده‌‌ی تشخیصی طراحی می‌‌شوند و در هنگام شناسایی تجهیزاتی با امکان اتصال به PoE آن را به شبکه متصل می‌‌کنند. PSEپس از اتصال فرآیند تشخیص را آغاز می‌کند که در آن از ولتاژهای کم برای تشخیص نوع PD متصل شده استفاده می‌‌شود تا از آسیب به تجهیزات شبکه‌ای غیر PoE جلوگیری شود. همچنین PSE به تشخیص شرایط مختلف بار نامطلوب شامل اتصال کوتاه کابل‌‌های ارتباطی، قطع‌شدن PD و اتصال تجهیزات غیر PoE هستند. هنگامی که یک خطا شناسایی می‌شود، PSE پیش از بروز هرگونه آسیب، توان الکتریکی را قطع می‌کند.