Lisää virtaa verkosta

Power over ethernet on jo vanha juttu, mutta uuden standardin ansiosta entistä useampi laite saa pian virtansa verkkokaapelin välityksellä.

Esimerkiksi Cisco on toimittanut poe-puhelimia (power over ethernet) sekä niihin dataa ja virtaa syöttäviä kytkimiä koko tämän vuosituhannen. Puhelin oli luonteva valinta ensimmäiseksi poe-sovellukseksi, koska perinteisessä lankapuhelimessakaan ei tarvittu virtajohtoa. Markkinoilla on kuitenkin paljon muitakin ethernet-liitäntäisiä laitteita, joiden asennusta ja käyttöä erillisen virransyötön tarve hankaloittaa.

Poe-tekniikat ovat suosittuja myös valvontakameroissa ja langattomien verkkojen tukiasemissa. Ne halutaan usein sijoittaa paikkoihin, joissa ei ole kiinteistöä rakennettaessa ajateltu tarvittavan sähköä. Poe-laitteille riittää, että asennuspaikkaan vedetään ethernet-kaapeli, eikä työhön vaadita edes sähköasentajan pätevyyttä.

Näiden kolmen yleisimmän sovelluskohteen lisäksi poe:llä on loputtomasti käyttöä erilaisilla erityisalueilla. Taloautomaation turva- ja ohjauslaitteet, viihdeluolien äänestys- ja arvonta-automaatit sekä myyntipisteiden maksupäätteet ja rfid-tarranlukijat tarvitsevat kaikki verkkoyhteyden mutta vain vähän sähkötehoa.

Sopii vanhaankin verkkoon

Markkinatutkimuslaitosten mukaan poe on jo kasvanut mukavan kokoiseksi liiketoiminnaksi verkkolaitteiden valmistajille. Amerikkalainen Gartner Dataquest arvioi kytkinten poe-portteja toimitetun maailmassa viime vuonna lähes 60 miljoonaa ja ennustaa kokonaismarkkinan kasvavan 116 miljoonaan vuonna 2013. Intialainen Bharat puolestaan arvioi poe-porttien toimitusten kasvavan kaksi kertaa niin nopeasti kuin tavallisten ethernet-porttien.

Markkinoille mahtuu silti muitakin poe-laitteita kuin kytkimiä ja päätelaitteita. Vanhan kaluston sovittaminen poe-käyttöön on siirtymäkaudella aivan oma bisneksensä.

Käytössä olevan kytkimen vaihtaminen poe-kytkimeksi ei ole järkevää, jos sen 48 portista ehkä vain puoleen tusinaan liitettäisiin poe-päätelaite. Silloin on viisaampaa ottaa käyttöön erillinen poe-virransyöttölaite, joka sijoitetaan perinteisen ethernet-kytkimen ja poe-päätelaitteen väliin.

Tällaisesta laitteesta käytetään nimitystä power injector tai midspan (kun poe-kytkintä kutsutaan nimellä endspan). Kun midspaneja on kehitetty erillään kytkimistä, niihin on saatu sijoitettua erilaisia lisätoimintoja kuten tarpeen mukaan mitoitettavia virtalähteitä ja hajautettuja varavirtajärjestelyjä.

Toisaalta poe-kytkimeen voi liittää myös perinteisiä päätelaitteita poe-jakajan avulla. Tällainen hiukan harvemmin käytetty vekotin on tarkoitettu asennettavaksi päätelaitteen läheisyyteen, ja se ohjaa laitteen käyttövirran ethernet-kaapelista tavalliseen virtajohtoon.

Seuraavaksi työasemiin

Poe-tekniikan 802.3af-standardi määritteli päätelaitteiden tehonkulutukselle neljä luokkaa. Vähävirtaisin oli ykkösluokka, jonka mukaiset laitteet saivat kuluttaa enintään 3,84 wattia. Nolla- tai kolmosluokan laitteille sähkötehoa luvattiin toimittaa peräti 12,95 wattia.

Kolmosluokan määrittelemästä tehonkulutuksen ylärajasta tuli ongelma melkein heti, kun päätelaitteiden valmistajat alkoivat tuoda markkinoille yhä monipuolisempia ja houkuttelevampia laitteita.

Värinäytöllä varustetut ip-videopuhelimet, kääntyvät ja zoomaavat valvontakamerat ja useammalla radiolla varustetut 802.11n-tukiasemat tarvitsivat enemmän tehoa. Lisäksi poe-tekniikan ulottuville on sovellus- ja työpöytävirtualisoinnin myötä tulossa kevyttyöasemia, joiden komponenttien virrankulutus laskee vuosi vuodelta.

Virransyöttö- ja päätelaitteiden valmistajat ratkaisivat ongelman tietysti omilla laajennuksillaan. Uuden standardin tarve oli ilmeinen, ja vuonna 2005 perustettiin 802.3at-työryhmä kehittämään työnimellä Poe Plus tunnettua laajennusta. Tämä valmistuikin 11.9.2009.

Uuden standardin mukaisia laitteita kutsutaan tyypin 2 laitteiksi, kun vanhan 802.3af:n mukaisia laitteita kutsutaan tyypin 1 laitteiksi. Jos tyypin 1 päätelaite kytketään tyypin 2 kytkimeen, se toimii edelleen tyypin 1 laitteena. Uudet toiminnot saadaan käyttöön vain, jos kaapelin molemmissa päissä on tyypin 2 laite. Jotta nimeämiskäytäntö olisi loppuun asti sekava, tyypin 2 laitteet muodostavat tehonkulutuksen nelosluokan, joka oli jätetty vanhassa standardissa laajennusvaraksi.

Kaapelit kuumina

802.3at nostaa päätelaitteen saaman enimmäistehon lähes kaksinkertaiseksi eli 25,5 wattiin.

802.3af hyväksyi kaapeliksi minkä hyvänsä vähintään kategorian 3 mukaisen ethernet-kaapelin. 802.3at vaatii vähintään kategorian 5 kaapeloinnin, jota nykykaapeloinneista onkin valtaosa. Toisin kuin edeltäjänsä, 802.3at on määritelty myös gigabitin ethernetille.

Tehonsiirtoon tarvitaan kaksi johdinparia. Laitteiden tarvitsema sähkövirta voi kulkea samoissa johtimissa kuin data, jolloin kyseessä on niin sanottu A-tila. Viitoskategorian kaapeleissa on kuitenkin neljä paria, ja jos virta kulkee eri johtimissa kuin data, kyseessä on B-tila. Jos tehonsiirtoon käytetään kaikkia neljää paria, voidaan laskea virran voimakkuutta, jolloin siirrossa hukkaantuu vähemmän energiaa. Toisaalta siirtyvän tehon määrä voidaan kaksinkertaistaa 51 wattiin!

Usein näkee kuitenkin puhuttavan 30 tai 60 watista. Tämä on virtaa syöttävän kytkimen tai muun laitteen lähettämä sähköteho. Standardissa on varauduttu maksimimittaisen eli sadan metrin pituisen kaapelin aiheuttamiin tehohäviöihin. Samasta syystä vanhassa standardissa puhuttiin 15,4 watin lähetystehosta.

Tehohäviöt merkitsevät kaapelin lämpenemistä. Yksittäiselle kaapelille tämä ei ole ongelma, mutta kaapelinousuissa kulkevat kymmenien kaapelien niput voivat kuumentua pahastikin. Jos poe-laitteita on paljon, onkin syytä käyttää vähintään kategorian 6 mukaista kaapelia, jolla tehohäviöt ovat pienempiä.

Tehoa tarpeen mukaan

Vanhan 802.3af-standardin mukaisilla päätelaitteilla oli kiinteät teholuokat. Virtaa syöttävä laite tutki ensin yksinkertaisilla sähköisillä testeillä, tukiko päätelaite poe:tä lainkaan, ja jos tuki, minkä luokan laite oli kyseessä.

Uudessa standardissa käytetään kehittyneempää menettelyä. Tehontarpeet kysellään tyypin 2 laitteilta valmistajariippumattomalla, 802.1AB-standardin mukaisella LLDP-käytännöllä ja ANSI/TIA-1057:n mukaisella LLDP-MED-käytännöllä. Päätelaitekohtaiset attribuutit siirrettiin ethernet-standardiin 802.3bc samana päivänä kuin 802.3at valmistui.

802.3af-standardin neliportaisen tehoasteikon sijasta päätelaite voi nyt ilmoittaa tehontarpeensa 0,1 watin tarkkuudella. Tämän ansiosta voidaan säästää esimerkiksi virtalähteiden mitoituksessa. Koko poe-järjestelmän mitoittaminen teoreettisen maksimin mukaan on silkkaa tuhlausta, koska kaikki laitteet ovat hyvin harvoin päällä samanaikaisesti.

802.3at avaa virranhallinnalle muitakin uusia mahdollisuuksia. Päätelaitteiden priorisoinnin ansiosta akkukäyttöisen varavirtajärjestelmän kapasiteetti voidaan ohjata välttämättömille puhelimille ja valvontakameroille, vaikka kaikille työasemille ei riittäisikään virtaa.

Lisäksi 802.3at sallii tehonsyötön hallinnan dynaamisesti päätelaitteen ilmoittamien tietojen mukaan. Videopuhelu vie enemmän virtaa kuin tavallinen äänipuhelu, ja valvontakamera tarvitsee lisää tehoa, kun liiketunnistin on käynnistänyt sen tai kun vartija suuntaa sen kohti epäilyttävää henkilöä.

Laitteita voidaan myös kytkeä pois käytöstä kalenterin mukaan. Esimerkiksi wlan-tukiasemat ovat monissa firmoissa aivan turhaan päällä öisin ja viikonloppuisin. 802.3at sallii niiden sammuttamisen, kun ketään ei ole paikalla.

Ensi vuonna pitäisi valmistua energiatehokkaan ethernetin standardi 802.3az. Se perustuu huomioon, että verkon siirtonopeus vaikuttaa tehontarpeeseen: Sadan megabitin ethernet vie vähemmän virtaa kuin gigabitin ethernet, kymmenestä gigabitistä puhumattakaan. Mikä pahinta, siirretyn datan määrällä ei juurikaan ole merkitystä, vaan energia kuluu pelkän siirtovalmiuden ylläpitoon.

802.3az mahdollistaa dynaamisen signaloinnin päätelaitteiden kaistantarpeen mukaan. Joutoaikana ja kevyen keskustelukäytön aikana linkkiä voidaan pitää yllä sadan megabitin nimellisnopeudella, kun taas suurten tiedostojen siirron ajaksi nopeus nostetaan gigabittiin.

802.3at:ta varten tehty työ virranhallinnan kehittämiseksi on helpottanut myös energiatehokkaan ethernetin kehitystyötä. Siinä voidaan käyttää suoraan 802.3bc-standardin määrityksiä.