Alimentación a través de Ethernet (PoE): ficha técnica
La proliferación de dispositivos de red conectados a IP en la empresa no solo ha impulsado la necesidad de velocidades de datos más rápidas, sino que también ha aumentado la potencia. Esto ha abierto completamente la puerta de la alimentación a través de Ethernet (PoE).
PoE permite que los dispositivos conectados compartan datos y conectividad de alimentación a través de un solo cable Ethernet de cobre, lo que agiliza la infraestructura y simplifica las operaciones. Aunque PoE ha sido parte de la red empresarial desde 1999, sus capacidades e importancia han dado grandes pasos en los últimos años con el desarrollo de dispositivos PoE de alta potencia. Estos dispositivos incluyen dispositivos empresariales comunes como teléfonos de sobremesa, cámaras de seguridad, monitores de video y puntos de acceso inalámbricos para wi-fi o servicios in-building wireless, entre otros.
Con las tecnologías y dispositivos PoE avanzados de hoy en día, las redes empresariales ya no necesitan ejecutar una alimentación CA (corriente alterna) independiente a cada dispositivo conectado. Y eso es solo el principio. Los beneficios de la PoE también incluyen funciones de seguridad eléctrica mejor diseñadas, una mejor gestión de dispositivos y un menor costo de instalación y mantenimiento.
Tanto si se trata de puntos de acceso wi-fi, cámaras de seguridad, iluminación LED, teléfonos IP, seguridad RFID como sistemas de gestión de edificios, la creciente gama de dispositivos PoE supone una gran oportunidad para que la empresa aproveche la energía remota y gestione mejor los gastos relacionados con la infraestructura mientras utiliza el cableado existente. Descubra cómo ahora.
El suministro eléctrico de dispositivos de telecomunicaciones sobre cableado de par trenzado es tan antiguo como el teléfono
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¿Qué es PoE y cómo funciona?
PoE1 es un sistema para transmitir de forma segura alimentación eléctrica y datos a dispositivos remotos mediante cableado Ethernet estándar, categoría 3 y superior. PoE funciona convirtiendo la fuente de alimentación de la red eléctrica en una fuente de baja tensión y, a continuación, transmitiendo la alimentación a través de cableado estructurado a dispositivos habilitados para PoE. El sistema está diseñado para evitar que los datos y las señales de potencia interfieran entre sí. La energía se transmite en los conductores de datos aplicando un voltaje común a cada par. Debido a que la Ethernet de par trenzado utiliza señales diferenciales, esto no interfiere con la transmisión de datos. Como resultado, PoE es capaz de transmitir tanto señales de alimentación como de datos sin interrumpir la señal de datos.
Aunque se eliminan las interferencias de señal, es inevitable que se produzca cierta disipación de energía. Por ejemplo, los sistemas que cumplen el estándar PoE 802.3af-2003 introducen 15,4 vatios de energía en el cableado, pero solo se puede esperar que el dispositivo alimentado reciba 12,95 vatios. La buena noticia es que, a medida que los dispositivos conectados a PoE evolucionan, los estándares del sector necesarios para soportarlos también han evolucionado. Consulte el capítulo 4,1 para obtener más información.
Mediante el uso de cableado de comunicaciones para proporcionar alimentación remota, PoE permite el suministro de alimentación rentable a una amplia gama de dispositivos. Otras ventajas incluyen:
- Los cables y conectores de menor tamaño (frente a la alimentación de línea CA) permiten una mayor densidad
- Supervisión continua del circuito en busca de fallos y otras condiciones de funcionamiento
- El cableado de baja tensión se puede instalar como parte de la red ITC para instalaciones más seguras y de menor costo
- Mejor control y funcionamiento de los dispositivos para una mejor gestión de las instalaciones
- Las sinergias entre el suministro de energía y las comunicaciones permiten una infraestructura inteligente
- Respaldo de SAI, que permite un funcionamiento sólido y fiable
Un sistema PoE consiste en el equipo de suministro de energía (PSE), que suministra la energía, y el dispositivo alimentado (PD), que recibe la energía. La ubicación del PSE dentro del circuito determina el tipo de configuración de PoE. Normalmente, las soluciones PoE se diseñan como de alcance final o de alcance medio.
En una solución PoE de alcance final, el PSE suele estar integrado en el puerto de conmutación Ethernet, colocándolo al principio del enlace con el dispositivo alimentado situado en el otro extremo; por lo tanto, la energía recorre la longitud del circuito. Un extremo al otro: alcance final.
Las ventajas de una configuración de alcance final incluyen facilidad de gestión. Básicamente, tiene un dispositivo que gestionar: el conmutador. Por supuesto, si ese conmutador no es compatible con sus necesidades de alimentación PoE, tendrá que decidir si lo sustituye o no.
Otra ventaja clave de un alcance final es la continuidad del servicio en caso de un corte de energía. La mayoría de los conmutadores LAN integran actualmente un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI). Durante un fallo de alimentación, el SAI entra en funcionamiento para alimentar el PSE de alcance final y garantizar un funcionamiento continuo hasta que se restablezca la alimentación.
Como se mencionó anteriormente, a medida que la señal de alimentación viaja a lo largo del enlace, pierde energía. Para algunos saltos de PoE largos, un diseño de alcance final simplemente no puede soportar los requisitos de distancia y energía del dispositivo o dispositivos que necesita para la alimentación. En ese caso, estará mejor con un diseño de medio alcance.
Como su nombre indica, un PoE de alcance medio coloca el PSE en algún lugar entre el conmutador de Ethernet y el dispositivo alimentado. Para ello, separa la fuente de alimentación del conmutador, creando un inyector de potencia que se puede empalmar en el enlace sin interrumpir las señales de datos existentes. Por este motivo, los medios de expansión suelen denominarse inyectores PoE. Se puede utilizar un PSE de alcance medio como fuente de alimentación independiente, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1: Alimentación desde equipos LAN con PSE de alcance final (arriba) y alcance medio (abajo)
Una solución PoE de alcance medio puede subdividirse en inyector PoE de un solo puerto o de varios puertos. Se utiliza un inyector de un solo puerto para suministrar alimentación a un solo dispositivo. Es preferible en situaciones en las que no hay suficientes dispositivos PoE para garantizar el costo de un conmutador PoE, o si los datos deben transmitirse primero a larga distancia (p. ej., a través de la fibra), antes de volver a convertirse en cableado de cobre, y luego aplicar PoE.
El inyector PoE de varios puertos (alcance medio) se desarrolló para “inyectar” alimentación en una red Ethernet existente en la que el conmutador de Ethernet no proporciona capacidad PoE. La caja del inyector PoE de puertos múltiples se encuentra entre un conmutador de Ethernet existente y los dispositivos PoE.
Una ventaja clave del uso de una solución de alcance medio frente a una de alcance final es la capacidad de alimentar dispositivos situados a mucha distancia del conmutador. Un alcance medio también le permite mantener los conmutadores que tiene, independientemente de su capacidad para admitir PoE. La desventaja es que, con una solución de alcance medio, necesita instalar y gestionar un dispositivo adicional, el inyector, lo que aumenta el costo y los recursos.
Los PD se encuentran en el extremo de recepción del sistema de distribución PoE y funcionan con corriente continua (CC) de bajo voltaje. Muchos PD también cuentan con un divisor PoE integrado, que separa las señales de alimentación y datos para redistribuirlas a otros dispositivos. Cuando se utiliza en aplicaciones de seguridad VoIP, LAN inalámbrica e IP, un sistema PoE puede ahorrar hasta un 50 por ciento de los costos generales de instalación al eliminar la necesidad de instalar cableado eléctrico y tomas de corriente independientes.
Existe una amplia variedad de dispositivos alimentados que se están implementando en redes empresariales. Con la adopción de PoE++ y sus capacidades de 90 vatios, la lista se está expandiendo rápidamente.
Figura 2: Principales avances tecnológicos de PoE y estándares compatibles
Estos son solo algunos de los tipos de dispositivos:
Puntos de acceso inalámbricos: Los puntos de acceso inalámbricos compatibles con PoE pueden convertir la instalación de la red wi-fi en algo sencillo. Sólo tiene que llevar una conexión de Ethernet hasta la ubicación de instalación del punto de acceso y, a continuación, conectar el punto de acceso en un extremo y un conmutador PoE en el otro.
Conmutadores de red: Los conmutadores de red pequeños alimentados por PoE son un juego de niños en instalaciones de “borde de red”. Póngalos en pequeños racks u oficinas donde un instalador pueda necesitar conectar cinco o seis dispositivos.
Cámaras de seguridad y NVR: Las cámaras de seguridad pueden funcionar con PoE, lo que simplifica enormemente la instalación, especialmente en lugares en los que es difícil acceder a la alimentación. Los conmutadores PoE+ pueden alimentar incluso las cámaras PTZ (basculantes y con zoom) que más energía consumen.
Altavoces IP: Los altavoces IP son un nuevo tipo de dispositivo VoIP más adecuado para aplicaciones de paginación y notificación. El cableado digital de PoE es perfecto para transportar múltiples flujos de audio de alta calidad y su cableado flexible simplifica la instalación y el funcionamiento del sistema.
Telefonía IP: Los teléfonos VoIP con PoE no son nada nuevo, pero la tecnología sigue madurando y ofrece conectividad avanzada. Más allá del cableado simplificado, PoE ofrece la ventaja de que el personal de TI puede encender y encender los teléfonos de forma remota que deben reiniciarse para restaurar la funcionalidad.
Señalización digital/paneles de exposición: La popularidad de la señalización digital está aumentando, y PoE permite a los instaladores aprovechar este mercado en crecimiento. Ahora, las pantallas digitales con PoE están llevando las cosas un paso más allá con características y rendimiento altamente interactivos y más funcionales.
Iluminación: Una nueva aplicación sorprendente para PoE es la iluminación. No es una idea nueva, pero hay disponibles algunos productos exclusivos de iluminación PoE basados en LED.
Y mucho más: Existe una amplia variedad de otros dispositivos PoE disponibles, incluidos teclados de control de acceso, relojes sincronizados, paneles de discusión, codificadores de video para convertir las salidas de cámaras analógicas tradicionales en IP, PC de cliente ligero y mucho, mucho más
Aplicaciones, mercados y tendencias de PoE
Según la firma de consultoría e investigación tecnológica The Building Services Research and Information Association (BSRIA), “se espera que los envíos de PoE en todo el mundo crezcan a una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) de alrededor del 11-13 % hasta 2023, superando los 180 millones de puertos vendidos anualmente al final del periodo”.2
La amplia aceptación en el mercado es el resultado de una tormenta perfecta, en la que las capacidades de PoE coinciden con una explosión en la implementación de edificios inteligentes/ciudades inteligentes. En su informe, BSRIA señala: “El crecimiento de la implementación de PoE se debe principalmente a la convergencia de varias tecnologías y tendencias sociopolíticas, lo que incluye edificios más inteligentes, niveles más altos de eficiencia energética, mayor movilidad, el auge de IoT, las regulaciones energéticas y de edificios, la denominada Industria 4,0 y la adopción masiva de LED”.
Figura 3
El mercado PoE puede dividirse en tres segmentos principales: comercial, industrial y residencial, con la mayor parte del crecimiento procedente de aplicaciones comerciales e industriales. La creciente popularidad del segmento de dispositivos de alimentación comercial a través de Ethernet (PoE) se atribuye al aumento de la demanda del sector minorista, el sector de atención médica y los edificios de oficinas. Dentro de cada sector, PoE proporciona la infraestructura común para admitir una amplia variedad de dispositivos alimentados: Teléfonos VoIP, sistemas de control de acceso, controles de iluminación, alarmas, escáneres de códigos de barras, RFID, relojes, cámaras de seguridad IP, pantallas de señalización digital, monitores de computadora, terminales de PoS, puntos de acceso inalámbricos, sensores de edificios inteligentes, control de acceso a edificios, sistemas de detección de incendios, sistemas AV y mucho más.
Tabla 1: Ejemplos de la proliferación de dispositivos PoE que se implementan en diversos entornos
Mientras tanto, el Internet de las cosas industrial (IIoT) añade otra dimensión significativa al potencial de crecimiento de PoE. A medida que las empresas de fabricación, distribución y logística continúan ampliando sus redes hasta el límite, están implementando enormes cantidades de sensores y controladores de baja potencia para ayudar a impulsar mejoras en áreas como la automatización, el control de calidad y el procesamiento. Según un estudio de Verified Markets Research, Inc., “El mercado del Internet de las cosas industrial (IIoT) se valoró en 61,27 miles de millones de USD en 2018 y se prevé que alcance los 103,38 miles de millones de USD en 2026, creciendo a una CAGR del 6,7 % de 2019 a 2026”. Este crecimiento está impulsando aún más la adopción y el desarrollo de PoE.
Las aplicaciones PoE residenciales también han experimentado un crecimiento masivo recientemente, con la continua adopción de seguridad doméstica basada en IP, electrodomésticos inteligentes, controles de automatización y mucho más. Como resultado de la creciente demanda de dispositivos/sistemas conectados y con más energía, el mercado de PoE superará los 2000 millones de USD en 20253.
La evolución de PoE: estándares, tipos y clases
La evolución de la tecnología PoE refleja la evolución de los dispositivos que admite, desde sus dispositivos de alimentación estándar precursores, como teléfonos, hasta el primer estándar PoE en 2003 y el último estándar IEEE 802.3bt4 que suministra como mínimo 71 vatios sobre cableado estructurado. No es raro que la introducción de varios dispositivos conectados sea anterior a los estándares.
Tabla 2: Características operativas de PoE según el estándar, el tipo y la clase
IEEE 802.3af (2003): Este primer estándar de PoE, conocida simplemente como PoE, suministraba hasta 15,4 vatios (CC) utilizando dos de los cuatro pares en redes 10/100/1000BASE-T. Las soluciones PoE que cumplieron este estándar también se denominan Tipo 1, ya que se diseñaron inicialmente para admitir dispositivos de baja potencia (15 W). Las primeras aplicaciones de tipo 1 incluían relojes IP, teléfonos VoIP y cámaras de seguridad sencillas.
IEEE 802.3at (2009): la segunda generación de PoE (Tipo 2) se conoce como PoE+. Ampliaba el estándar IEEE802.3af para proporcionar más potencia de CC a los PD. La salida de PSE máxima para el PoE de tipo 2 es de 30 W, con una entrada de PD mínima de 24,4 W. Esto hace que PoE+ sea bueno para aplicaciones como la iluminación LED de mayor potencia. Las redes PoE que cumplen con el estándar IEEE 802.3at también son compatibles con el estándar 802.3af anterior.
IEEE 802.3bt (2018): PoE++ es el estándar de PoE más actual y el primero en especificar el uso de los cuatro pares trenzados* para admitir la red 2.5G/5G/10GBASE-T. El estándar define dos tipos de PoE: tipo 3 y tipo 4, que suministran hasta 60 W y 100 W, respectivamente. El estándar IEEE 802.3bt admite 10 Mbps, 100 Mbps y 1 Gbps heredados, así como conectividad de 2,5, 5 y 10 Gbps. También admite la escala de alimentación entre conmutadores de Ethernet y dispositivos conectados, incluso permitiendo que los dispositivos no utilizados se apaguen de forma remota para aumentar la eficiencia energética.
*En 2011, Cisco introdujo su sistema patentado Universal Power Over Ethernet (UPoE), que amplió el estándar IEEE 802.3at para utilizar los cuatro pares de cableado para suministrar hasta 60 vatios de potencia. Aunque la UPoE sigue siendo una tecnología no estandarizada, se sigue utilizando en muchos casos.
A medida que los requisitos de los dispositivos alimentados y conectados han aumentado constantemente, es necesario clasificar aún más las aplicaciones y soluciones PoE en función de sus perfiles de alimentación. Los dos indicadores clave a tener en cuenta en la categorización de PoE son la energía que puede generar el PSE y la cantidad mínima de energía que necesita el PD para funcionar. Como se mencionó anteriormente, la señal de alimentación de CC del PSE se disipa a medida que atraviesa el conductor de cobre. Por lo tanto, la alimentación del PSE debe superar el mínimo necesario en el PD con una cantidad concreta.
Basándose en estas métricas, la industria ha definido ocho clases de energía diferentes basadas en la salida PSE y la entrada PD. La figura 4 indica los perfiles de energía para los tipos y clases de varios PoE. *
*Nota: Los cuatro tipos de la figura 4 se refieren a las evoluciones en el desarrollo de PoE tal como se definen en los estándares aprobados. (Véase el apartado anterior Desarrollo de estándares de PoE).
Figura 4: Tipos y clases de aplicaciones de PoE
Diseño e implementación de cableado PoE
Durante la última década, se ha visto a la PoE como una estrategia de alimentación clave: permitía a administradores de redes, instaladores e integradores utilizar el cableado estructurado para proporcionar tanto energía como datos a muchos de sus dispositivos de red. Si bien la capacidad de ejecutar datos y energía de bajo voltaje a través del mismo cable podría simplificar significativamente la implementación y administración de redes PoE, planificarlas y diseñarlas para lograr el mejor equilibrio entre costo, rendimiento y capacidad de administración puede ser complicado. Los ingenieros deben tener en cuenta varias variables clave. Los factores clave que afectan e influyen en el diseño y funcionamiento eficientes de su red PoE incluyen:
- Topología del canal: infraestructura de canalización de cables
- Gestión de cargas térmicas: agrupación de cables, espaciado y longitudes
- Selección de cables, cables y conectores
Con respecto a la topología de canales, el estándar PoE++ de cuatro pares dirige la distribución de energía a los PD a través de tipos de cableado existentes que tienen hasta cuatro pares trenzados y tienen hasta 100 metros de longitud. Para obtener información detallada sobre las distintas topologías para admitir PoE de cuatro pares, consulte el Cableado genérico de ISO/IEC 11801 para instalaciones del cliente, estándar de componentes y cableado de telecomunicaciones de par trenzado equilibrado ANSI/TIA-568-C.2 y la serie CENELEC EN 50173 de sistemas de cableado genérico de tecnología de la información.
De acuerdo con el alcance actual del debate sobre PoE de cuatro pares, todo cableado debe (como mínimo) cumplir los requisitos de rendimiento del cableado de la categoría 5e a través de un canal de 100 metros, incluido el peor de los casos: cuatro conexiones. Debe tenerse en cuenta que el cableado de Categoría 5e solo proporciona el nivel mínimo de rendimiento necesario.
Por lo tanto, se recomienda utilizar cableado de categoría 6 o categoría 6A; preferiblemente, soluciones como GigaSPEED® XL® o GigaSPEED X10D® de CommScope que se hayan probado para verificar el cumplimiento de la categoría o clase correspondiente según las series de estándares ANSI/TIA-568 e ISO/IEC 11801 y CENELEC EN 50173.
En una topología de cableado de red tradicional, las tomas PoE se conectan directamente a través de cables horizontales al panel de conexiones de la sala de telecomunicaciones del suelo. Para muchas instalaciones que implican PoE de cuatro pares, especialmente nuevas instalaciones, un enfoque de cableado conocido como red de conectividad universal (UCG) puede proporcionar un enrutamiento de cables más sencillo y una mayor flexibilidad.
Con los conceptos de diseño UCG, la capacidad de adaptarse fácilmente a los movimientos, adiciones y cambios simplemente conectando el PD a un distribuidor de zona ahorra mano de obra y materiales, reduciendo los costos iniciales de instalación de CapEx y el OpEx continuo. Los estándares TIA-862-B, CENELEC EN 50173-6y el borrador ISO/IEC 11801-6 describen un concepto de diseño similar. Ambos se centran en aplicaciones no específicas de usuarios, muchas de las cuales utilizan PoE.
El modelo UCG, como se muestra en la Figura 5, utiliza tendidos de cables desde la sala de equipos hasta “zonas de construcciones” específicas. Un punto de consolidación (CP) dentro de cada zona permite la instalación de cableado fijo hasta el CP; luego el cableado de bajada pasa desde el CP hasta la toma de cada PD. Este enfoque proporciona flexibilidad adicional en el cableado desde el CP hasta el primer TO en cada célula, así como capacidad adicional para TO adicionales según sea necesario.
Esta estrategia, ideal para nuevas instalaciones, también puede resultar útil durante las instalaciones de reequipamiento, donde los CP bien colocados permiten que los largos tramos de paquetes de cables desde la sala de telecomunicaciones se fijen en canalizaciones difíciles. Una vez instalado el cableado fijo, los instaladores tienen más flexibilidad para tender y cambiar el cable de extensión del CP al TO que atiende a los PD para datos y equipos de edificios inteligentes.
Estándares útiles del sector
Consulte los siguientes estándares para obtener orientación sobre el diseño y la implementación de redes PoE.
TIA TSB 184-A Pautas de soporte para suministro de energía a través de cableado de par trenzado balanceado
ISO/IEC TS 29125 Tecnología de la información: requisitos para cableado de telecomunicaciones para alimentación remota de equipo terminal
CENELEC CLC/TR 50174-99-1 Tecnología de la información: Instalación de cableado—Parte 99-1: alimentación remota
NEC NFPA 70 Código E TIA 569-2 Consideraciones adicionales de canalizaciones y espacios para respaldar la alimentación remota en los cableados de par trenzado balanceado
Revisión de ISO/IEC 14763-2, que incluye la planificación y la instalación (en desarrollo) de alimentación remota
Figura 5: Cableado de zonas mediante puntos de consolidación
Para minimizar los costos de refrigeración y maximizar la vida útil de la infraestructura de cableado, es importante tener en cuenta la carga térmica del cableado. Cuando se aplica energía remota al cableado equilibrado, la temperatura del cableado aumentará debido a la generación de calor en los conductores de cobre. Más corriente significa más calor, y eso limita el número de recorridos de cable permitidos en un solo paquete. Por lo tanto, las distancias más largas significan una mayor resistencia acumulada, lo que aumenta aún más la temperatura.
La figura 6 ilustra la peor relación posible entre la corriente (expresada en miliamperios) y la carga térmica en pares de cables de distintas categorías dentro de un paquete de 37 cables.
El estándar IEEE 802.3bt de PoE de cuatro pares asume un aumento de temperatura máximo de 10 grados Celsius cuando los cuatro pares están energizados. Para cables con un rango de temperatura de funcionamiento de -20 grados Celsius a 60 grados Celsius, la temperatura ambiente no debe superar los 50 grados Celsius. Utilizar un cable de categoría superior con menor resistencia a CC y mejor disipación del calor es una forma de ayudar a reducir el aumento de temperatura.
Figura 6: Efectos de la corriente CC en la temperatura del cable
Otras dos variables importantes que contribuyen a una carga térmica elevada son el tamaño y la separación de cada paquete de cables. Los estándares de instalación de cableado ISO/IEC 14763-2, ISO/IEC TR 29125, CENELEC TR 50174-99-1 y TIA-TSB-184-A recomiendan los paquetes de cables con 24 cables o menos para permitir los peores casos en cuanto al calibre del conductor, la administración y las condiciones de instalación. Tomando como base un amplio trabajo de modelado y medición realizado durante el desarrollo de CENELEC TR 50174-99-01 y TIA TSB 184-A, el tamaño de paquete recomendado es de 24 cables.
El tamaño del paquete de 24 cables es una recomendación de los estándares aplicables, no un requisito… pero debe seguirse como regla general. A veces, es posible que se necesiten tamaños de paquete más grandes; un diseñador/instalador cualificado puede realizar la evaluación necesaria para determinar si un tamaño de paquete provocará un sobrecalentamiento. Las tablas de los estándares de cableado TIA, ISO/IEC y CENELEC correspondientes en la implementación de administración remota proporcionan un mecanismo para comprobar si un determinado tamaño de paquete de una categoría de cable es aceptable. Para una temperatura ambiente y unas condiciones de instalación determinadas, si la corriente por par es mayor que la corriente máxima en el puerto PoE, el tamaño del paquete de cables es aceptable.
Para determinar la corriente máxima que no superará la temperatura nominal de un cable con una clasificación 60 de grados Celsius, un diseñador/instalador puede consultar la información de la tabla 3 siguiente. Por ejemplo, si se instala un paquete de 61 cables de categoría 6A en 45 grados Celsius de temperatura ambiente, la corriente máxima es de 1,162 amperios en aire y 1,008 amperios en conducto, que es superior a la corriente máxima de 0,96 que el equipo IEEE 802.3bt suministrará. Por lo tanto, el paquete de 61 cables de categoría 6A puede soportar fácilmente todas las aplicaciones IEEE 802,3 PoE a una temperatura ambiente de 45 grados Celsius. Además, debe tenerse en cuenta que estas capacidades de corriente en IEEE 802.3bt son para un cableado de 24 AWG de 100 metros en el peor de los casos con una resistencia de bucle de 25 ohmios. Con cables de mayor rendimiento, los tamaños de los paquetes se pueden aumentar a menudo en distancias más cortas y se pueden reducir los tamaños de los calibres. Como referencia, la categoría 6A utiliza un conductor de 23 AWG.
Los paquetes más pequeños pueden ayudar a reducir la carga térmica
Tabla 3: Capacidad de corriente por par a una temperatura ambiente de 45˚ C para una categoría de cable frente al número de cables en paquete para cables estándar con clasificación 60˚ C
También debe tenerse en cuenta que, dados los altos niveles de potencia asociados a los PoE de cuatro pares (4PPoE), se debe gestionar una infraestructura de cableado y paquetes de cables específicos para garantizar una disipación adecuada del calor. Por ejemplo, la instalación en conductos degrada el rendimiento térmico, con un aumento de temperatura mayor que la instalación al aire libre. La instalación en conductos debe minimizarse a solo aquellas áreas exigidas por la autoridad local que tenga jurisdicción (AHJ), utilizando un porcentaje de llenado máximo de 40 por ciento y tamaños máximos de paquete de 24 cables por paquete.
El espaciado entre paquetes en las vías también afecta a la carga térmica general en todos los paquetes. Durante las pruebas de laboratorio, los ingenieros de CommScope observaron lo siguiente:
- Cuando los paquetes están separados por 0,3 veces el diámetro del paquete, se calientan como un único paquete.
- Un único paquete de 24 cables de SYSTIMAX® GigaSPEED X10D calienta 5 grados Celsius cuando recibe energía, mientras que cinco paquetes de 24 cables de SYSTIMAX GigaSPEED X10D aumentan en 14 grados Celsius.
- Cuando los cinco paquetes de 24 cables están dispuestos uno al lado del otro sin espacios de aire, cada uno aumentó su temperatura en 14 grados Celsius. Al espaciar los mismos paquetes en 0,66x el diámetro del paquete, el aumento de temperatura se limitó a 10 grados Celsius.
- Cuando el número de paquetes de 24 cables se aumentó a nueve y se dispuso sin espacios de aire entre ellos, el resultado fue un aumento de la temperatura de 22 grados Celsius. Al espaciar los mismos paquetes en 0,84 veces el diámetro del paquete, el aumento de temperatura se redujo a 19 grados Celsius.
Factores que afectan a la carga térmica
Como ilustra la tabla 4, a medida que aumenta la longitud del canal, también lo hace la temperatura de funcionamiento. Cuando las temperaturas de funcionamiento superan los 20 grados Celsius, una forma de reducir la carga térmica es acortar la longitud del canal. Al planificar la red PoE, CommScope recomienda garantizar que los enlaces permanentes no superen los 90 metros. El rendimiento del canal de cableado y la implementación de referencia con 90 medidores de cableado fijo más 10 medidores de cables se basan en la temperatura de funcionamiento de 20 grados Celsius.
Este modelo asume la misma temperatura a lo largo de todo el cableado. Si es necesario, la temperatura de cada segmento de cable se puede calcular de acuerdo con la temperatura ambiente específica y el tamaño del paquete.
Como el aumento de la carga térmica también puede aumentar la pérdida de inserción, CommScope también recomienda reducir la longitud máxima del cable para temperaturas más altas. Esto es conforme al estándar ANSI/TIA-568-C.2 sobre cableado y componentes de telecomunicaciones de par trenzado equilibrado, o bien a los estándares de las series ISO/IEC 11801 o CENELEC EN 50173.
Tabla 4: Comparación entre la longitud del canal independiente de la tecnología y la temperatura
La corriente de salida continua máxima del PSE en modo normal, por encima de un par o 480 miliamperios (mA) CC por conductor, es de 1920 mA CC. Esto representa la corriente máxima permitida para el estándar 802.3bt. La solución de cableado que seleccione debe cumplir o superar este requisito.
Los sistemas de cableado CommScope van un paso más allá, ya que están garantizados para admitir todas las implementaciones definidas en todos los estándares PoE de IEEE. Aunque no está estandarizado, también se admite la implementación de UPoE de Cisco. La PoE IEEE 802,3 y UPoE de Cisco están cubiertas por el programa de garantía de aplicaciones y garantía ampliada de productos de CommScope, cuando se implementan en una instalación de CommScope certificada que cumple las directrices de diseño e instalación pertinentes.
Tabla 5: Capacidad de corriente por par a una temperatura ambiente de 45 grados Celsius para una categoría de cable frente al número de cables en paquete
El consejo de CommScope es implementar cable de categoría 6A, especialmente para aplicaciones PoE de cuatro pares, e incluir dos recorridos de cable por dispositivo conectado. Esto garantiza el máximo margen para el crecimiento futuro y duplica el número de distribuciones de zonas disponibles en el futuro. Es técnicamente fácil justificar la elección de la categoría 6A para fines de PoE. Cuanto más alta sea la categoría, más altas serán las corrientes soportadas y, como se ha visto anteriormente, mejor será la resistencia al calentamiento del paquete, por lo que funcionará mejor a largas distancias.
Si los conectores están desenchufados bajo carga, se crea una corriente inductiva dentro del conector que puede producir chispas en una o más superficies de contacto, provocando la corrosión de las superficies. Cuando los conectores están desacoplados, la formación de arco eléctrico puede degradar la comunicación sobre el hardware de conexión. EN 60512-99001 e IEC 60512-99-002 proporcionan estándares de prueba para evaluar los posibles daños por desacoplamiento bajo carga.
Al diseñar el área de contacto lejos del área de formación de arco eléctrico, como en el diseño de marco principal de CommScope que se muestra en la Figura 7, la formación de arco no afectará al área de contacto crítica. Por lo tanto, las tomas de corriente pueden soportar de forma fiable las aplicaciones IEEE 802.3bt 4PPoE.
Figura 7: El diseño de estructura de plomo de CommScope localiza el área de formación de arco de forma segura lejos del área de contacto
A diferencia de la creencia popular, se necesitan cables para las redes inalámbricas. Recientemente, el cableado para aplicaciones inalámbricas ha mejorado significativamente. La categoría 6A actual se está convirtiendo rápidamente en la predeterminada para los nuevos sistemas In-building Wireless y wi-fi. La categoría 6A combina bien con la tecnología 10GBASE-T LAN y la administración remota; también es compatible con soluciones de capacidad, cobertura multitecnológica y multioperador.
¿Qué categoría? ¿Cuántos cables hay por punto de acceso?
Como se ha mencionado, se prefiere la categoría 6A por su mayor ancho de banda y capacidad de gestión de la energía en lugar de una categoría inferior. Si elige una categoría de Ethernet inferior, corre el riesgo de tener que sustituir el cableado en unos años si aumentan sus necesidades de energía.
Los puntos de acceso 802.11ax (wi-fi 6) de hoy en día pueden tener una velocidad máxima de 6,77 Gbps. Esta velocidad requiere una conexión 10GBASE-T. La recomendación de CommScope (así como la de BICSI) es proporcionar dos cables de categoría 6A por punto de acceso (AP). Esto garantizará la capacidad de admitir el crecimiento futuro o nuevos dispositivos de punto de acceso más potentes, a medida que estén disponibles. Los estándares ISO/IEC 11801-6 y ANSI/TIA 162-A también recomiendan dos cables de categoría 6A por zona de punto de acceso wi-fi.
Figura 8: Punto de acceso RUCKUS® R850
Supervisión de la distribución de PoE a través de cableado estructurado
Como hemos visto, los estándares de cableado en TIA, ISO/IEC y CENELEC establecen los tamaños de paquete de cables recomendados en función del entorno y las categorías de cableado. El anexo 1 de la ISO/IEC 18598 (estándar AIM) aborda la necesidad de documentar los tamaños de los paquetes de cables y los niveles de energía de cada cable del paquete.
Un sistema de gestión automatizada de la infraestructura (AIM), como la solución imVision® de CommScope, puede automatizar dicho registro para garantizar que se documenten los diseños que cumplen con los estándares. Lo hace correlacionando el consumo de energía del conmutador en tiempo real por puerto con el tamaño del paquete de cables y el tipo de cable, como se muestra en la figura 9.
Figura 9: Documentación de tamaños de paquetes y niveles de energía con la solución de gestión automatizada de infraestructuras imVision
El número de cables de un paquete es un número estático; sin embargo, el estado del PoE y del cableado de datos cambia. Esto se debe a la naturaleza dinámica de la conectividad entre los puertos del panel y el conmutador. Cuando se realizan cambios de conectividad, imVision actualiza automáticamente el estado del cable dentro de un paquete de cables, lo que proporciona una vista en tiempo real del estado PoE de cada paquete de cables.
La mayoría de las pautas de las normas de cableado definen un tamaño máximo para el paquete de cables basado en la situación más exigente de tener todos los cables en un paquete que proporcione corriente de clase 8 de PoE (90 vatios), según se define en la norma IEEE 802.3bt.
Sin embargo, en la práctica, no todos los cables de un paquete de cables podrían ser energizados o, si están energizados, puede que no se encuentren al nivel de la corriente de la clase 8 de PoE. Puesto que imVision vigila automáticamente el estado PoE de cada cable dentro de un paquete en tiempo real (Figura 10), por lo que los tamaños de los paquetes no tienen que estar limitados por el tamaño máximo establecido en las pautas. Por el contrario, imVision proporciona la flexibilidad para usar el tamaño de paquete adecuado para esa instalación.
imVision también proporciona una gestión única basada en estándares de los tamaños de paquetes de cables, que se ha vuelto cada vez más importante a medida que se han desarrollado estándares PoE de mayor potencia. Las ventajas de la monitorización, la grabación y la documentación de PoE son cada vez más importantes, ya que el número y los tipos de dispositivos habilitados para PoE de la empresa siguen aumentando. Hay varios factores que lo están impulsando, entre ellos:
- Estándar 4PPoE (IEEE P802.3bt), que suministra hasta 90 vatios a los dispositivos finales
- Convergencia de TI e instalaciones en una plataforma IP/Ethernet común
- La Internet de las cosas (internet of things, IoT) y su ecosistema cada vez mayor de dispositivos conectados
Figura 10: imVision muestra el estado PoE de cada cable en un paquete en tiempo real
En su laboratorio de I+D de Greensboro, NC, CommScope prueba aplicaciones PoE de nueva generación para verificar el rendimiento y la seguridad de los sistemas de cableado estructurado que los soportan. Su rendimiento térmico en diferentes condiciones de instalación reales es de especial interés. Además, el laboratorio ofrece demostraciones de aplicaciones PoE de última generación, como cámaras de seguridad de alta definición, sistemas in-building wireless y señalización digital en colaboración con socios del ecosistema.
El nuevo laboratorio de CommScope se inauguró cuando el Institute of Electrical and Electronics Engineers aprobó el nuevo estándar de cuatro pares PoE (4PPoE) conocido como IEEE 802.3bt, que permite conexiones de dispositivos de mayor potencia de hasta aproximadamente 90 vatios en el equipo de fuente de alimentación. Dado que los conmutadores PoE pueden suministrar más energía, es necesario realizar más investigaciones para verificar el impacto en el cableado estructurado de todo tipo de condiciones de instalación. Algunas de las nuevas aplicaciones PoE que se pueden probar son:
- Cámaras de seguridad de alta tecnología con funciones avanzadas como zoom y reconocimiento facial
- Computadoras con alimentación PoE, dispositivos de cliente ligero y señalización digital
- Sistemas in-building wireless
- Sistemas de iluminación LED
- Sistemas de gestión de edificios que incorporan seguridad, iluminación, control de HVAC, control de acceso e in-building wireless
- Redes de Internet de las cosas (IoT)
A lo largo del desarrollo del nuevo estándar IEEE, CommScope ha estado compartiendo con los organismos de normalización los resultados de las pruebas basándose en los desafíos teóricos del nuevo suministro de mayor energía. Para su investigación inicial en el nuevo laboratorio, CommScope está probando equipos de Cisco, Signify (anteriormente Philips Lighting) y Thinlabs. El objetivo es demostrar un escenario de edificio de oficinas inteligente con iluminación, cámaras de seguridad y conmutadores LAN conectados a través de 4PPoE con cableado SYSTIMAX. Los ingenieros de CommScope analizan las emisiones de calor del cable en un entorno real con cables instalados en techos y paredes mientras se ejecutan aplicaciones de alta potencia.
Video: CommScope abre un laboratorio de investigación de alimentación a través de Ethernet
Equipos de prueba en el laboratorio PoE de CommScope
Conclusión
La reciente introducción de nuevas opciones de conectividad (wi-fi 6, 5G, espectro compartido y más), ha ayudado a aumentar la implementación de dispositivos periféricos de IoT y OT convergentes, como cámaras de seguridad IP, iluminación LED y señalización digital 4K/HD. Los dispositivos periféricos adicionales incluyen unidades de punto de venta, junto con sistemas de administración de edificios inteligentes y sensores como control de acceso (cerraduras inteligentes), servicios de ubicación, detección de incendios y evacuación. Mientras tanto, los sistemas domésticos inteligentes habilitados para 5G también están empezando a ganar auténtica tracción en el mercado. Debido a su eficiencia, versatilidad y seguridad, la alimentación a través de Ethernet (PoE) es la tecnología preferida para suministrar energía a estos dispositivos periféricos, puntos de acceso inalámbricos y mucho más.
El último estándar de alimentación a través de Ethernet de 802.3bt (también conocido como PoE de cuatro pares o simplemente 4PPoE) estipula la compatibilidad con 90 vatios, entregables a través de cableado de categoría 6A. Aunque los puntos de acceso (AP) inalámbricos más antiguos tienden a consumir una cantidad mínima de energía, algunos puntos de acceso más recientes necesitan más potencia para controlar todos sus radios y suministrar energía a los dispositivos conectados a través de sus puertos USB. Se espera que el número de dispositivos periféricos habilitados para PoE, como la señalización digital HD/4K, las cámaras de giro, inclinación y zoom (PTZ) y la iluminación LED inteligente, sigan aumentando en los próximos años.
Es probable que también se considere la alimentación a través de Ethernet cada vez más importante como fuente de alimentación de respaldo estable para dispositivos periféricos convergentes donde el tiempo de disponibilidad sea vital. Por ejemplo, una cámara de alta definición puede transmitir datos a varias aplicaciones, como sistemas de seguridad, recuento de personas, analítica de aprendizaje automático (ML) y sensores de ocupación. Al combinar y centralizar la alimentación y los datos en el conmutador de red con circuitos de alimentación dedicados, PoE simplifica y automatiza la resolución de problemas y la administración.
Sin embargo, aunque simplifica y agiliza la infraestructura de red, diseñar una red PoE que proporcione el mejor equilibrio entre rendimiento, rentabilidad, fiabilidad y escalabilidad es cualquier cosa menos sencillo.
En los capítulos anteriores, hemos proporcionado una descripción general de algunos de los conceptos y consideraciones clave, que pueden ser útiles para tener en cuenta a la hora de diseñar, desarrollar e integrar su sistema PoE en la red empresarial más amplia. Es cierto que se trata de una descripción general de alto nivel. Esperamos que aproveche los enlaces a otros activos que le permitan profundizar en cuestiones específicas.
Y, como siempre, nunca está solo; CommScope está aquí para ayudarle a orientarse y asesorarle, así podrá planificar y prepararse para lo que viene a continuación.
Sentar las bases para un nuevo nivel de energía por ethernet (POE)
Un resumen de la tecnología PoE que explica el estado de los esfuerzos de normalización y las pautas y recomendaciones claves para garantizar que su infraestructura de cableado sea capaz de admitir PoE.
1 IEEE 802.3bt-2018: Estándar IEEE para la Enmienda de Ethernet 2: Capa física y parámetros de gestión para alimentación a través de Ethernet sobre 4 pares
2BSRIA espera un rápido crecimiento en aplicaciones de alimentación a través de Ethernet
3El tamaño del mercado de soluciones de PoE global superará los 2000 millones de USD en 2025; Global Market Insights, Inc.; mayo de 2019
4 IEEE 802.3bt-2018: Estándar IEEE para la enmienda de Ethernet 2: Capa física y parámetros de gestión para alimentación a través de Ethernet sobre 4 pares
¿Qué impulsa el futuro de PoE?
Los avances de alimentación a través de Ethernet van más allá de los conmutadores de red más potentes y la compatibilidad con la conexión in-building wireless. Conozca lo que hay en la tienda para el futuro PoE de su red.