Poe là gì và cách thức hoạt động của nguồn điện qua ethernet

Kết nối Internet ngày nay đã trở nên cần thiết vì hầu hết mọi thiết bị điện tử đều cần có kết nối internet hoạt động để hoạt động bình thường. Mặc dù hầu hết các thiết bị đều có tùy chọn kết nối Wi-Fi, nhưng nhiều thiết bị và bộ định tuyến mạng vẫn sử dụng cổng và cáp Ethernet để kết nối với đường truyền internet có dây. Trước đây chúng ta đã tìm hiểu về cách truyền dữ liệu qua đường dây điện trong bài Power Line Communication, hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu Cách truyền nguồn qua đường dữ liệu là PoE (Power over Ethernet).

PoE (Cấp nguồn qua Ethernet) là gì?

Như tên cho thấy, cung cấp năng lượng điện thông qua cáp Ethernet được gọi là PoE.

Tất cả chúng ta đều biết rằng cáp Ethernet được sử dụng để truyền dữ liệu và kết nối mạng nhưng bạn có biết rằng hầu hết thời gian chúng ta không sử dụng tất cả các đường kết nối có trong cáp Ethernet. Ví dụ, hãy xem xét cáp Ethernet trong hình bên dưới, nó có 8 đường nhưng trong số đó, chỉ có 4 đường thường được sử dụng để trao đổi dữ liệu (Orange, Orange-white, Green & Green-white) trong khi bốn đường còn lại vẫn ở chế độ chờ. Vì vậy, việc trao đổi dữ liệu vẫn có thể thực hiện được ngay cả sau khi chúng tôi loại bỏ các dòng nhàn rỗi này ở cả hai đầu, đó là lý do tại sao trong cáp Ethernet cấp thấp chỉ có bốn dòng thay vì tám dòng. Vì vậy, bốn dòng nhàn rỗi có thể được sử dụng để truyền tải điện. Thiết lập đơn giản này sử dụng các đường dây nhàn rỗi để cung cấp điện cho tải được gọi là Cấp nguồn qua Ethernet.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét mạch đơn giản để hiểu rõ hơn về PoE. Trong mạch này, bốn dây được loại bỏ (cụ thể là Blue, Blue-White, Brown & Brown-White) khỏi giắc cắm trên mỗi đầu cáp. Như đã nói trước đó, cặp dây màu nâu và xanh lá cây này không được sử dụng trong các ứng dụng Ethernet tốc độ thấp vì vậy việc tước bỏ giắc cắm của chúng sẽ không gây ra bất kỳ gián đoạn nào cho việc liên lạc. Vì vậy, một đầu nên được kết nối với nguồn điện và đầu kia với tải, vì vậy để làm ví dụ, chúng tôi đang sử dụng pin làm nguồn điện và máy ảnh làm tải. Với nguồn & tải trong vòng kín, mạch bên dưới được hoàn thành và camera sẽ hiển thị phản hồi. Vì sử dụng thiết lập đơn giản này, chúng tôi đã chuyển nguồn điện đến một thiết bị đơn giản thông qua cáp Ethernet, có thể nói rằng PoE đã đạt được.

Cách Power over Ethernet hoạt động và tại sao nó được sử dụng

Lý do chính để sử dụng PoE qua hệ thống cung cấp điện thông thường là để giảm chi phí cung cấp nguồn điện cho mỗi thiết bị ngoại vi kết nối với mạng. Ví dụ, nếu bạn có 10 camera gián điệp được phân bổ trên toàn bộ tòa nhà, trong trường hợp đó, nó cần 10 bộ cấp nguồn để cung cấp năng lượng cho chúng và đó không phải là vấn đề chính. Vấn đề chính là đi dây 220 đường dây điện gần mỗi thiết bị ngoại vi là không thực tế, vì vậy sử dụng PoE là lựa chọn tốt nhất để kết nối tất cả các thiết bị ngoại vi với hệ thống trung tâm.

Giờ đây, việc tách cáp Ethernet, để kết nối từng thiết bị ngoại vi với hệ thống trung tâm, bản thân nó đã là một công việc tẻ nhạt, do đó, bộ phun PoE và bộ chia PoE được sử dụng.

Như thể hiện trong hình, bằng cách sử dụng PoE Injector và PoE Splitter, chúng ta có thể bỏ qua tất cả các rắc rối của việc xác định màu sắc, rút dây, hàn và quấn các đầu lỏng lẻo. Bây giờ chúng ta hãy xem xét chức năng của các thiết bị này và cách chúng có thể được sử dụng.

PoE Injector

Thiết bị này có hai cổng đầu vào và một cổng đầu ra. Đầu vào đầu tiên dùng để kết nối cáp Ethernet bình thường và đầu vào khác để kết nối nguồn điện DC, trong khi đầu ra được sử dụng để kết nối cáp PoE Ethernet.

Trên đầu vào, chúng tôi có: Kết nối Ethernet bình thường + nguồn điện DC

Trên đầu ra, chúng tôi có: PoE Ethernet (Có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị PoE)

Vì vậy, chức năng bộ phun PoE đang cung cấp PoE Ethernet bằng cách sử dụng kết nối Ethernet bình thường và nguồn điện DC.

Bộ tách PoE

Thiết bị này có một cổng đầu vào và hai cổng đầu ra. Đầu vào là để kết nối cáp Ethernet PoE trong khi các cổng đầu ra cung cấp nguồn Ethernet & DC bình thường.

Trên đầu vào, chúng tôi có: PoE Ethernet

Trên đầu ra, chúng tôi có: Kết nối Ethernet bình thường + nguồn điện DC

Vì vậy chức năng của bộ chia PoE hoàn toàn ngược lại với PoE Injector đó là chia kết nối PoE Ethernet thành Ethernet bình thường và bộ nguồn DC có thể sử dụng được.

Bộ mở rộng PoE

Một PoE Extender được sử dụng khi có một mạng trải dài trên những khoảng cách lớn như trung tâm mua sắm, khách sạn, nhà hàng, tòa nhà văn phòng, doanh nghiệp, khu học tập và địa điểm thể thao. Ở những nơi đó không thể sử dụng kết nối Ethernet 100 mét bình thường và đây là lúc PoE Extender phát huy tác dụng. Thiết bị này có thể được sử dụng để mở rộng các thiết bị mạng Ethernet vượt ra ngoài giới hạn khoảng cách 100m cơ bản, khiến nó trở thành một lựa chọn khả thi cho nhiều trường hợp.

Các thiết bị ngoại vi ngày nay hỗ trợ PoE Ethernet nên chúng ta có thể bỏ qua bộ chia và kết nối trực tiếp cáp với thiết bị như trong hình.

Bây giờ, thiết lập này sẽ hoạt động nếu có một hoặc hai thiết bị nhưng nếu có nhiều thiết bị thì việc mua PoE Injector cho mọi thiết bị không phải là giải pháp tốt nhất. Đối với những trường hợp cụ thể như vậy, chúng tôi có PoE Hub có thể thay thế nhiều PoE Injector.

Trung tâm PoE

Trung tâm PoE hoạt động tương tự như bộ phun PoE ngoại trừ nó có nhiều kết nối Ethernet trong khi cung cấp nhiều đầu ra PoE Ethernet. Hub được sử dụng tốt nhất nếu bạn có nhiều thiết bị PoE trên một đầu và kết nối Ethernet bình thường cung cấp máy chủ ở đầu kia. Có thể dễ dàng hiểu được hoạt động của trung tâm từ sơ đồ khối dưới đây.

Cho đến bây giờ, chúng tôi giả định rằng có sẵn các đường dây miễn phí trong cáp Ethernet có thể được sử dụng cho PoE mà không gặp nhiều khó khăn.

Bây giờ bạn có thể hỏi, còn trường hợp tất cả các đường trong cáp Ethernet được sử dụng thì sao? Chà, trường hợp này không phải là trường hợp hiếm khi internet tốc độ cao và các hệ thống truyền dữ liệu sử dụng tất cả các đường truyền dữ liệu. Ngay cả trong những trường hợp đó, PoE vẫn có thể đạt được nhưng nó trở nên phức tạp khi so sánh với cấu hình trước đó.

Trong trường hợp của một hệ thống truyền tốc độ cao, cả dữ liệu và điện năng được gửi qua cùng một đường nhưng các thiết bị đặc biệt được sử dụng cho việc đó. Đơn vị đặc biệt này là công tắc PoE, làm tăng thêm chi phí không giống như trước đây khi chúng ta có thể đơn giản loại bỏ các đường không sử dụng ở cả hai đầu và sử dụng nó cho thuận tiện của chúng tôi.

Công tắc PoE

Switch PoE là một switch mạng có khả năng cung cấp nguồn qua Ethernet từ mỗi giao diện trong khi vẫn có thể chuyển tiếp các khung. Nói một cách đơn giản, nó hoạt động giống như một cổng kết nối nhiều thiết bị PoE với một PC.

Trong sơ đồ khối, bạn có thể thấy cách nhiều thiết bị PoE được kết nối với bộ chuyển mạch PoE bằng cáp Ethernet và PC giao tiếp với các thiết bị này thông qua bộ chuyển mạch PoE. Bộ chuyển mạch PoE yêu cầu một Đường lên tới mạng hiện có để mở rộng và tăng thêm các cổng.

Tiêu chuẩn PoE

Các thiết bị PoE tuân theo các tiêu chuẩn nhất định về giao tiếp dữ liệu và cung cấp điện. Vì vậy, các tiêu chuẩn này được tuân theo trong khi thiết kế các thiết bị này. Thông thường, có bốn loại tiêu chuẩn được tuân theo khi thiết kế các thiết bị này và chúng được phân chia dựa trên khả năng xử lý điện năng của chúng.

IEEE Extension	Kiểu	Công suất điện
IEEE802.3af	Loại 1	15,4Watt
IEEE802.3at / PoE +	Loại 2	30,8Watt
IEEE802.3bt / UPoE	Loại 3	60Watt
IEEE802.3bt	Loại 4	90Watt

Bạn có thể xem bảng này và chọn Switch PoE, Injector hoặc Router thích hợp cho các thiết bị PoE của mình.

Ứng dụng PoE

Hệ thống chiếu sáng thông minh: Hệ thống chiếu sáng có thể được điều khiển thông qua máy chủ hoặc máy tính từ xa sẽ rất hữu ích.
Nhà thông minh: PoE giúp thiết kế nhà thông minh dễ dàng vì trong nhà thông minh, kết nối mạng được thiết lập ở mọi góc của không gian sống trong khi mọi thiết bị chia sẻ dữ liệu với nhau và điều này có thể đạt được dễ dàng hơn bằng cách sử dụng PoE.
Hệ thống bảo mật: Văn phòng và Viện có thể tăng năng suất của họ bằng cách cài đặt các thiết bị PoE để bảo mật.
PoE cũng được sử dụng cho RFID và hệ thống báo động.

Hạn chế của PoE

Mặc dù mọi thứ trông có vẻ xanh tươi ở đây nhưng không phải vậy. Có nhiều nhược điểm đối với PoE và một vài trong số đó sẽ được thảo luận dưới đây.

Chi phí: Như thường lệ, bất kỳ cài đặt công nghệ nào đều có giá trị. Mặc dù bằng cách cài đặt PoE, chúng tôi có thể tiết kiệm tiền nhưng nó chỉ áp dụng nếu có nhiều hơn bốn đến năm thiết bị trong khu vực. Điều này là do việc cài đặt PoE sẽ khiến bạn tốn hàng nghìn nhưng bạn sẽ hoàn thành công việc với vài trăm nếu chỉ có một hoặc hai thiết bị PoE. Vì vậy, cài đặt PoE không phù hợp cho những ngôi nhà mà thiết bị PoE bị giới hạn ở một hoặc hai. Trong trường hợp đó, mua một dây mở rộng hoặc một bộ chuyển đổi sẽ hoàn thành công việc thay vì chi một số tiền lớn cho thiết lập PoE.
Độ phức tạp: Việc cài đặt thiết lập PoE sẽ thêm phức tạp cho bất kỳ ai không cần phải nói. Giống như bạn phải hiểu các điều khoản mới về PoE và gặp rắc rối khi mua các hệ thống phù hợp bất cứ khi nào bạn muốn cài đặt một thiết bị PoE mới vào nhà hoặc văn phòng của mình.