Расчёт длины линии при передаче энергии по сетям Ethernet

Идея передачи энергии по сетям Ethernet достаточно проста: ток питания для устройств сетей Ethernet протекает непосредственно по кабелю для передачи данных. Однако существуют ограничения, которые осложняют этот процесс. Одним из них является длина линии. Поскольку ток вызывает нагревание кабеля, затухание сигнала возрастает, что приводит к сокращению возможной дальности передачи данных. Это особенно характерно для новых сетей типа 4PPoE (на основе 4-парных кабелей для передачи энергии по сетям Ethernet) при передаваемой мощности 55 или 100 ватт, когда ток величиной до одного ампера протекает по каждой витой паре.

Установочные кабели категории 5e с сечением токопроводящей жилы AWG 24 (0,22 мм2) быстро достигают своих «природных ограничений». Они быстро нагреваются, в частности, когда тепло не достаточно эффективно отводится от пучков кабелей большого сечения. Кабели категории 6 или 7A сечением AWG 23 (0,26 мм2) или AWG 22 (0,33 мм2) обладают преимуществом более низкого сопротивления. Для каждого проекта очень важно учитывать конкретные области применения, для которых конфигурируется кабельное решение. Достаточна ли в долгосрочной перспективе для данного конкретного проекта сеть 1 Gigabit Ethernet с кабелями класса D или E? Или же требуется сеть 10 Gigabit Ethernet с кабелями класса EA или выше? (Понятие «категория» существует в североамериканском стандарте (TIA/EIA-568A), а в европейском стандарте (ISO/IEC) это понятие заменено на понятие «класс»).

Разработчикам также придётся более тщательно учитывать параметры PoE в будущем. В чём заключаются конкретные ограничения? Какова допустимая нагрузка планируемой системы? Что необходимо учитывать при планировании новой рассчитанной на перспективу системы?

Швейцарская компания Reichle & De-Massari (R&M) разработала калькулятор PoE, который определяет возможные длины линий путём моделирования различных областей применения. Особенно заслуживает внимания тот факт, что типы кабелей, конструкция пучков, температура воздушной окружающей среды и другие параметры могут быть заданы не менее чем для трёх участков кабельной линии. При помощи специальной программы рассчитываются предполагаемые температуры внутри кабельного пучка на определённом участке линии и полученная в результате максимальная возможная длина линии. Программа также принимает во внимание действующие международные стандарты.

Большое число конфигурируемых параметров в данном калькуляторе позволяет потребителям рассчитывать допустимые длины линий передачи для конкретных областей применения. Вводя различные входные параметры, можно быстро получить предельные значения, но при этом не будет достигнута планируемая дальность передачи, по крайней мере, не будет обеспечена надёжная передача данных.

В обычных случаях можно показать, что, когда имеются реалистические рамочные условия с приложениями до Power over Ethernet Plus (PoEP, мощность 26 ватт), редко требуется принимать во внимание ограничения дальности передачи. Однако, если кабельное решение также подходит для будущих поколений сетей PoE (4PPoE), разработчики могут применять следующие правила эмпирического приёма для приближённых расчётов:

  • Кабельное решение класса D для 1 Gigabit Ethernet:
    при использовании кабелей категории 5e (AWG 24) длина линии с неразъемным соединением должна рассчитываться в соответствии с конкретными условиями прокладки и, при необходимости, может быть уменьшена;
    при использовании кабелей категории 6 (AWG 23) обычно возможно достичь стандартной длины линии 90 метров.
  • Кабельное решение класса EA для 10 Gigabit Ethernet:
    при использовании кабелей категории 6A (AWG 23) длина линии с неразъемным соединением должна рассчитываться в соответствии с конкретными условиями прокладки и, при необходимости, может быть уменьшена.

При реализации конкретного проекта расстояние, на которое необходимо проложить линию с неразъемным соединением, является решающим фактором. Калькулятор PoE даёт возможность исследовать различные варианты для очень реалистичных условий. Калькулятор можно загрузить в виде файла Excel со страницы: Power over Ethernet calculator на сайте компании R&M.

В официальном документе компании R&M «4PPoE – Parameters for Network Planning» приведена информация о физической картине процесса. Документ содержит практическую информацию для разработчиков и установщиков сетей о том, как подготовить кабельную систему для соответствия требованиям 4PPoE.