Power over Ethernet für UC-Geräte: Vorteile und Nachteile

Die Vorteile von PoE für UC

Die Implementierung von PoE kann Unified Communication in Bezug auf den Informationsaustausch, die Anzahl der eingesetzten Geräte und die Wartungskosten modernisieren.

Optimierung der Netzwerkinfrastruktur

Eine PoE-Netzwerkinfrastruktur unterstützt eine unterbrechungsfreie Kommunikation und ermöglicht eine zentralisierte Energieverwaltung mit einer geringeren Anzahl von Kabeln. Da Strom und Daten über dasselbe Ethernet-Kabel übertragen werden, entfällt die Notwendigkeit, in einem Unternehmen zusätzliche Stromkabel und Ladestationen zu installieren. Selbst nicht PoE-fähige herkömmliche Netzwerkgeräte können über PoE-Splitter an PoE-Netzwerke angeschlossen werden; PoE-Injektoren speisen PoE auf der PSE-Seite in bestehende Links ein. Dies hilft Unternehmen, ihre LAN-Designs zu verbessern und das System weniger zu belasten.

Zentrale Verwaltung

Durch die zentrale Verwaltung von PDs, zu denen unter anderem VoIP-Telefone, IP-Kameras und zugehörige Nicht-PoE-Geräte gehören, kann die PoE-Netzwerkinfrastruktur eine ausreichende Reichweite, Sicherheit und Servicequalität bieten. PoE-Switches sind mit einer PD-Manager-Funktion ausgestattet, mit der sie den aktuellen Status der angeschlossenen Geräte automatisch erkennen und bei Bedarf schnell beheben können. PoE-Stromversorgungsgeräte handeln Leistungsklassen und Budgets nach IEEE-Standard aus und vermeiden Überlastsituationen. Um Ausfallzeiten weiter zu minimieren, bieten PoE-Switches mit Uplink zusätzliche Verbindungsmöglichkeiten. Weitere Funktionen sind Fernverwaltung, zusätzliche Ports und Unterstützung für hohe Bandbreiten. Im Handel sind auch Unmanaged PoE-Switches erhältlich.

Flexibilität

Power over Ethernet für UC bietet Unternehmen eine große Auswahl bei der Gestaltung ihrer internen Netzwerke. Angeschlossene Geräte sind für ihren Betrieb nicht auf die Position von Steckdosen, Ladestationen oder Stromquellen angewiesen. Stromausfälle können den Internetzugang dann nicht unterbrechen, wenn PSE und Upstream-Komponenten per USV gepuffert sind. Wenn PoE-Geräte offline gehen, wird die Speisung am Port abgeschaltet, was den Energieverbrauch senkt. Darüber hinaus kann eine PoE-Watchdog/PD-Alive-Funktion nicht reagierende Geräte per automatischem Power-Cycle wiederherstellen.

Sichere Technologie

PoE verwendet Niederspannungssignale von 44 V bis 57 V, um Gleichstrom (DC) mit niedriger Amperezahl zu übertragen. Um die Sicherheit zu gewährleisten, kommen bei PoE Handshake- und Power-Negotiation-Verfahren zum Einsatz, um Netzwerkgeräte in einer Netzwerkinfrastruktur zu verbinden. In diesen Fällen wird kein Strom verschwendet. Die Switches, Splitter, Midspans oder Injektoren, die die UC-Geräte verbinden, ermöglichen einen Detektions- und Klassifizierungsstrom im Milliampere-Bereich an jedem Port. Solche UC-Geräte und Verkabelungssysteme sind physisch sicher für den wiederholten Einsatz in Unternehmen. Die Gleichstromleistung von moderner PoE-Standards beträgt je nach Standard 15,4 W (802.3af, PSE) und etwa 13 W am PD bis zu 90 W (802.3bt, PSE) und etwa 72 W am PD (siehe Abbildung 1).

Sicherheit

Der Einsatz von PoE-Geräten in der Netzwerkinfrastruktur hat keine direkten Auswirkungen auf die Unternehmenssicherheit. Die Wahrscheinlichkeit, dass Hacker ihre Aufmerksamkeit auf PoE-kompatible Geräte richten, ist gering, da es in anderen, älteren Netzwerktechnologien weitaus lukrativere Ziele gibt. Es besteht zwar die Möglichkeit, dass ein Hacker im Rahmen eines größeren Angriffs auf Daten versucht, die Stromversorgung zu unterbrechen, doch lassen sich intelligente PoE-Geräte nahtlos in Netzwerk-Sicherheits-Tools und Analysesoftware integrieren, so dass sie Sicherheit und Zuverlässigkeit bieten.

Unterbrechungsfreie Konnektivität

Bei 10/100 MBit/s Ethernet erfolgt die Energieversorgung je nach Mode A/B über Datenleitungen beziehungsweise Reservepaare. Ab 1000BASE-T erfolgt die Phantom-Speisung als Common-Mode über alle vier Leitungspaare des Kabels. Die unterstützte Datenrate ist vom verwendeten Ethernet-PHY abhängig; PoE funktioniert auch mit 1/2,5/5/10 GBASE-T.} Wenn ein PoE-Gerät nicht mehr reagiert oder offline geht, erkennen dies PoE-Switches und setzen das betroffene Gerät automatisch und ohne menschliches Eingreifen zurück.

Kosteneinsparungen

UC-Manager planen PoE-Budgets auf der Grundlage verschiedener Faktoren wie Standards, Ports, die Anzahl der zu unterstützenden Geräte, Reichweite, Leistung und Kosten pro Kabel. Durch PoE entfällt die Notwendigkeit, zusätzliche Stromkabel und zugehörige Geräte zu installieren, wodurch sowohl Energie als auch Kosten gespart werden. Power over Ethernet ist besonders vorteilhaft in Remote-Büros, an Standorten mit häufigen Ausfällen oder in schwierigem Gelände, beispielsweise weit entfernt, in großer Höhe, in der Nähe von Gewässern oder in verlassenen Gebieten. PoE reduziert auch die wiederkehrenden Kosten, die im Rahmen einer Unternehmensmigration entstehen. Eine weniger umfangreiche Netzwerkinfrastruktur führt zu geringeren Installations-, Verteilungs- und Wartungskosten und reduziert den manuellen Aufwand.

Wo PoE für UC möglicherweise nicht geeignet ist

Trotz all seiner Vorteile birgt der Einsatz von PoE für UC auch Herausforderungen, zum Beispiel die folgenden.

Geringe Reichweite

PoE über Kupfer ist pro Link auf 100 Meter begrenzt; in großen Arealen sind Extender, Glasfaser oder verteilte PSE-Standorte einzuplanen. PoE-Kabel haben eine maximale Reichweite von lediglich 100 Metern. Die PoE-Leistungsklasse verändert die zulässige Link-Länge nicht, denn sie ist durch Ethernet spezifiziert. Zwar erweitern leistungsstärkere PoE-Standards die Kabelreichweite, sie liefern jedoch eine ineffiziente Gleichstromleistung. Ein PoE-Repeater/Extender kann die Reichweite der PoE-Netzwerkinfrastruktur über 100 Meter hinaus erhöhen. Durch das Hinzufügen von Repeatern wird das Netzwerk jedoch unübersichtlicher.

Stromverbrauch übersteigt PoE-Leistung

Videokonferenzen, Live-Meetings, lange Telefonate und die Speicherung großer Dateien verbrauchen viel Strom. Einige PoE-Standardversionen liefern weniger Strom pro Port. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Geräte mehr Strom benötigen, als PoE liefern kann. Dies kann zu einer Verringerung der Datenübertragungsgeschwindigkeit und der Anrufqualität führen.

Investitions- und andere Kosten

Unternehmen, die eine Aufrüstung ihrer UC-Dienste planen, möchten ihre älteren analogen Geräte möglicherweise nicht entsorgen. Der Kauf von Geräten, die neuere PoE-Standards wie IEEE 802.3bt (PoE++) unterstützen, ist teurer.

Verwaltung und Bereitstellung

Die Berechnung des PoE-Budgets ist in einer UC-Umgebung von entscheidender Bedeutung. Jeder Port in einem PoE-Switch liefert eine begrenzte Menge an Strom. IT-Manager müssen ein PoE-Budget entwerfen, das sicherstellt, dass die Anzahl der unterstützten UC-Geräte die verfügbare Leistung nicht überschreitet.

Kompatibilität und Konformität

Damit Power over Ethernet für UC effektiv ist, müssen PoE-Geräte mit der Hardware, den Standards, der Spannung, der Kabellänge und der Leistungsabgabe der Netzwerkinfrastruktur kompatibel sein. Ältere Kommunikationsgeräte sind möglicherweise nicht mit PoE-Switches kompatibel oder konform. Der Anschluss nicht kompatibler oder nicht konformer PoE-Geräte erfordert zusätzliche Hardware, was zu erhöhten PoE-Bereitstellungskosten und gegebenenfalls zu Störungen bereits in Betrieb befindlicher herkömmlicher Netzwerke führt.

Wärmeableitung

PoE-Geräte erwärmen sich aufgrund des Stromflusses. Aluminiumkabel erzeugen wegen ihrer im Vergleich zu Kupferkabeln schlechteren elektrischen Leitfähigkeit eine höhere Wärmeableitung. PoE-Geräte, die höhere Geschwindigkeitsstandards unterstützen, neigen zu noch höheren Wärme- und Leistungsverlusten. Zusätzlich führen hohe Bündelungsgrade in Kabeltrassen zu Temperaturanstiegen; für PoE sollten durchgängig massive Kupferleitungen (Cat5e/6/6A) statt CCA eingesetzt und Bündelungen begrenzt werden. Unternehmen können einigen dieser Probleme durch die richtige Wahl von HLK-Systemen und Verkabelung entgegenwirken.

PoE vs. PoDL: Was ist der Unterschied?

Die Begriffe Power over Ethernet (PoE) und Power over Data Line (PoDL) werden häufig verwechselt. Beide sind IEEE-standardisiert. PoDL ist in IEEE 802.3bu definiert, PoE in IEEE 802.3af/at/bt.

PoDL basiert auf Single-Pair Etherne (SPE). SPE nutzt genau ein verdrilltes Adernpaar für Daten und zusätzlich für die Leistungsversorgung. Koaxkabel sind nicht vorgesehen.

PoE nutzt dagegen eine vierpaarige, symmetrische Twisted-Pair-Verkabelung im strukturierten LAN und folgt den üblichen Kupfer-Linklängen von bis zu 100 Metern pro Link. Größere Entfernungen erfordern Extender. PoE kann nicht über Glasfaser übertragen werden. Wird die Datenstrecke mit Glasfaser verlängert, muss PoE am Zielpunkt neu bereitgestellt werden, beispielsweise durch einen PoE-Switch oder einen Glasfaser-zu-PoE-Medienkonverter.

PoDL erreicht je nach SPE-PHY sehr unterschiedliche Reichweiten. Automotive-Varianten liegen typischerweise bei 15 bis 40 Metern, während 10BASE-T1L Strecken von bis zu rund einem Kilometer ermöglicht. Bei beiden Verfahren erfolgt die Übertragung differenziell. Die praktische Störfestigkeit wird vor allem durch die Kabelqualität, die Schirmung, die Erdung/das Bonding und die Verlegeart bestimmt.

Geschirmtes SPE ist in rauen Umgebungen im Vorteil. Für leistungsfähige UC-Endpunkte im Büro ist PoE die naheliegende Wahl, während PoDL für weit verteilte Sensoren/Aktoren mit geringem Verkabelungs- und Platzbedarf sowie großen Reichweiten prädestiniert ist.