Wie sich Geräte im Netzwerk mit Strom versorgen lassen

So funktioniert Power-over-Ethernet (PoE)

| Autor / Redakteur: Dr. Martin Klapdor [Redaktion: Thomas Kuther] / Andreas Donner

Eine Überwachungskamera im Internet der Dinge: lässt sich via Power-over-Ethernet mit Strom versorgen.
Eine Überwachungskamera im Internet der Dinge: lässt sich via Power-over-Ethernet mit Strom versorgen. (Bild: © bluebay - stock.adobe.com)

Über Power-over-Ethernet lassen sich Geräte im Internet of Things ebenso wie zahlreiche andere netzfähige Endgeräte mit Strom versorgen. Wir beleuchten Vor- und Nachteile.

Niemand weiß so genau, wie viele Geräte in den nächsten fünf Jahren über das Internet of Things verbunden sein werden. IBM prognostiziert für das Jahr 2020 etwa 30 Mrd. Anbindungen an das IoT. Ein wichtiger Faktor für den wachsenden Erfolg vernetzter Endgeräte ist die Stromversorgung. Eine praktikable Lösung bietet Power-over-Ethernet, kurz PoE. Dieses Verfahren ermöglicht es, die in einem Netzwerk eingebundenen Geräte über die vorhandene Datenverbindung, also das angeschlossene Netzwerkkabel, mit Strom zu versorgen.

Nicht nur für IoT-Geräte ist Power-over-Ethernet interessant, viele netzwerkfähige Endgeräte können über die Ethernet-Schnittstelle mit Strom versorgt werden.

Tabelle: Die PoE-Standards im Überblick.
Tabelle: Die PoE-Standards im Überblick. (Bild: Netscout)

Endgeräte ohne eigene Stromleitung betreiben

Der offensichtliche Vorteil von PoE liegt also zunächst darin, dass weniger Stromversorgungskabel, Steckdosen und Netzteile benötigt werden. Als Stromquelle dienen PoE-Injektoren oder Switches/Hubs. So ist es also auch möglich, Geräte komplett unabhängig vom Stromnetz zu installieren. Besonders an Installationsorten, an denen Leitungen nur schwer oder überhaupt nicht verlegt werden können, ist ein solches Verfahren sehr vorteilhaft. Mögliche Anwendungsszenarien sind beispielsweise die nachträgliche Installation von Überwachungskameras an einem Gebäude oder Leuchten im Rahmen der Gebäudeautomation. Ein weiterer Vorteil von PoE liegt in der gesteigerten Ausfallsicherheit der verbundenen Geräte über eine zentrale und unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV).

Limitierte Leistungsabgabe als großes Manko des PoE

Natürlich hat auch die Verwendung von PoE die sprichwörtliche zweite Seite der Medaille: Der größte Nachteil dieses Verfahrens liegt in der limitierten Leistungsabgabe. Unternehmen, Netzwerk- und Elektrotechniker müssen bedenken, dass nur bestimmte Kleingeräte die Stromversorgung per Netzwerkkabel erlauben. Zu diesen Geräten zählen zum Beispiel kleine Kameras, WLAN-Access-Points, IP-Telefone, NAS-Systeme und sparsame Notebooks. Zusätzlich muss auch die begrenzte Gesamtleistung von Power-over-Ethernet berücksichtigt werden, es können also nicht alle Ports gleichzeitig die volle Stromentnahme abrufen. So ist zudem ein Power Hub notwendig, wenn ein Netzwerk mehrere PoE-Endgeräte gleichzeitig mit Energie versorgen soll.

Wärmeentwicklung als Risikofaktor

Datenkabel sind, wie es der Name schon vermuten lässt, darauf ausgelegt, digitale Signale zuverlässig zu übertragen. Sie sind also nicht automatisch dafür konzipiert, Strom zu leiten. Durch die zusätzliche Belastung, die die Stromversorgung für das Kabel bedeutet, kann ein Temperaturanstieg im Kabelbündel hervorgerufen werden. Bei starker Überlastung kann es sogar zur Funkenbildung kommen und dadurch die Steckverbindungen beschädigt werden. Die Wärmeabgabe wird durch drei Faktoren beeinflusst: Höhe des Stroms, Größe des Leiterwiderstands und Länge der Übertragungsstrecke. Bei einer normalen und handelsüblichen Nutzung von Power-over-Ethernet sind diese Faktoren jedoch so niedrig, dass in der praktischen Anwendung keine Probleme auftreten sollten.

Kontinuierliche Überwachung ist unerlässlich

Da über PoE versorgte Geräte auch in geschäftskritischen Bereichen eingesetzt werden oder sicherheitsrelevante Aufgaben übernehmen können, sollten diese kontinuierlich im Netzwerk überwacht werden. Nur auf diese Weise kann ein Ausfall zeitnah und ohne aufwändigen Vor-Ort-Einsatz eines Technikers geortet und behoben werden. Ebenso können Techniker durch das schnelle Auffinden der Fehlerquelle verhindern, dass erst alle, möglicherweise geschäftskritischen, Endgeräte außer Betrieb gesetzt werden müssen. Für Unternehmen ist es besonders wichtig, die Zeitspanne zwischen dem Auftreten einer Störung und ihrer Behebung möglichst gering zu halten. Durch ein geeignetes Monitoring des Netzwerkes sowie der PoE-Geräte ist es den Technikern möglich, fehlerhaft kommunizierende Endpunkte schnell ausfindig zu machen. Gerade bei komplexen Netzwerken mit zahlreichen verbundenen Endgeräten gestaltet sich diese Suche ansonsten sehr aufwendig und damit kostenintensiv.

Netzwerktester unterstützen Techniker bei der Fehlersuche

Die Notwendigkeit einer Überwachung des Netzwerks wird auch an anderer Stelle deutlich: Damit die Endgeräte mit Strom versorgt werden können, ist eine bestehende Datenverbindung notwendig. Sobald diese abbricht, sind auch die Geräte nicht mehr erreichbar. Laut aktuellen Prognosen werden die meisten IP-Geräte entweder über 802.11 WLAN oder 802.3 Ethernet angeschlossen. Über diese Verbindung sollte also der Leistungsdurchsatz gemessen werden. Um den bisher beschriebenen Herausforderungen gerecht werden zu können, sollten Techniker einen PoE-fähigen Netzwerktester einsetzen, der sowohl Kupfer als auch Glasfasernetzwerkverbindungen überprüfen kann. Dieser Tester sollte außerdem in der Lage sein, PoE unter Last am Verbindungspunkt zu messen und die geforderte Leistung mit der empfangenen Leistung zu vergleichen. Idealerweise sollte das Gerät die Testergebnisse automatisch auswerten und zusätzlich die Verbindung zwischen Buchse und Switch-Slot beziehungsweise Port oder VLAN sowie Informationen über die getesteten Endgeräte aufführen.

Martin Klapdor.
Martin Klapdor. (Bild: Schwarz- Petra Vallentin / Netscout)

Analysten sehen Wachstumspotenzial von PoE

Bisher wurde PoE hauptsächlich für IP-Telefone, Kameras und Wireless Access Points eingesetzt. Doch mit wachsender Beliebtheit von IoT-Geräten, ob in Unternehmen oder in der Gebäudeautomation, wird PoE einen immer größeren Stellenwert einnehmen. Das Analystenhaus Dell´Oro rechnet in den nächsten fünf Jahren mit der Implementierung von über 750 Mio. PoE-fähigen PSE-Switch-Ports. Sind Techniker und Netzwerkexperten dafür verantwortlich PoE-Geräte zu überwachen, benötigen sie hierfür das passende Werkzeug. In Form eines Netzwerktesters verschafft dieser ihnen Überblick über alle angeschlossenen Geräte sowie über die erforderlichen Maßnahmen zu ihrer Sicherheit und Wartung.

Über den Autor

Dr. Martin Klapdor ist Senior Solutions Architect beim Business-Assurance-Anbieter Netscout in Schwalbach im Taunus.

Dieser Beitrag stammt von unserem Schwesterportal ELEKTRONIKPRAXIS.

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