Definition Was ist 802.3bt (4PPoE, PoE++)?

802.3bt ist ein 2018 vom IEEE verabschiedeter Standard zur Stromversorgung von Geräten über die LAN-Verkabelung. Er stellt eine Weiterentwicklung des Standards PoE+ (802.3at) dar und bietet höhere Leistungen von bis zu 100 Watt. Der Standard wird auch als 4PPoE oder PoE++ bezeichnet. 802.3bt definiert weitere Leistungsstufen von fünf bis acht und nutzt bis zu vier Adernpaare des LAN-Kabels.

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Die Abkürzung PoE++ steht für "Power over Ethernet++". Eine alternative Bezeichnung ist Four Pair Power over Ethernet (Kurzschreibweise 4PPoE). Es handelt sich um einen im Jahr 2018 vom IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) unter der Bezeichnung 802.3bt veröffentlichten Standard zur Versorgung von Geräten mit elektrischer Energie über das Netzwerkkabel.

Der Standard stellt eine Weiterentwicklung der aus den Jahren 2003 und 2008 stammenden Standards 802.3af (PoE) und 802.3at (PoE+) dar. Im Vergleich zu den Vorgängerstandards bietet PoE++ mit bis zu 100 Watt eine wesentlich höhere Leistung. 4PPoE kann alle vier Adernpaare eines LAN-Kabels für die Energieversorgung verwenden und definiert weitere Leistungsstufen von fünf bis acht.

Ein Vorteil von 802.3bt ist, dass sich auch Geräte mit höherem Energiebedarf wie bspw. WLAN-Accesspoints, Überwachungskameras mit Schwenk-/Neigetechnik (PTZ-Kameras) und Heizelementen, größere Bildschirme oder komplette Rechner an einem Netzwerkkabel betreiben lassen, ohne dass ein zusätzlicher Stromanschluss notwendig ist.

Wie bei allen PoE-Standards erfolgt eine Unterscheidung in Energieversorgungsgeräte (Power Sourcing Equipment; PSE) und Energieverbraucher (Powered Device; PD). Eingespeist wird der Strom entweder direkt an einem Port eines Netzwerkswitches (aktive Speisung) oder über einen zwischen Switch und Endgerät geschalteten Injektor (passive Speisung).

Technische Merkmale von Power over Ethernet++ nach 802.3bt

Hier kurz zusammengefasst die wichtigsten technischen Merkmale von Power over Ethernet++ nach IEEE 802.3bt:

• Spannung: ca. 52 Volt

• Strom: bis zu 2 x 960 Milliampere

• maximale PSE-Ausgangsleistung: 100 Watt

• maximale PD-Nutzleistung: ca. 70 Watt

• genutzte Adernpaare: 2 oder 4

• zusätzliche unterstützte Leistungsklassen: 5, 6, 7, 8

Betrachtungen zur Verlustleistung

Ein PSE nach 802.3bt liefert eine Ausgangsleistung von bis zu 100 Watt. Allerdings beträgt die maximal nutzbare Leistung eines PDs nur circa 70 Watt. Dies ist darin begründet, dass der über das Datenkabel übertragene Strom Wärme und damit Verlustleistung erzeugt. Je länger ein Netzwerkkabel und je kleiner der Adernquerschnitt ist, desto höher wird die Verlustleistung. Rechnet man zu dieser Verlustleistung noch die in den Netzteilen entstehenden Verluste hinzu, ist der Wirkungsgrad von Power over Ethernet nicht besonders hoch und liegt oftmals weit unter 70 Prozent. In den Standards ist auch beschrieben, mit welchen Erwärmungen eines LAN-Kabels bei der Einspeisung von elektrischer Leistung zu rechnen ist. Geschirmte Kabel haben eine etwas geringere Erwärmung, da ein Teil der auf den Doppeladern erzeugten Wärme über die Metallschirmung besser nach außen abgeleitet werden kann.

Einspeisung der elektrischen Energie

Bei der Einspeisung der elektrischen Energie ist eine Unterscheidung zwischen der sogenannten Endspan- und der Midspan-Einspeisung möglich. Die Endspan-Versorgung erfolgt direkt durch 802.3bt-fähige Switches (aktive Speisung). Kommen zwischengeschaltete Energiequellen wie PoE++-Injektoren zum Einsatz, handelt es sich um eine Midspan-Einspeisung (passive Speisung).

Die Midspan-Einspeisung erlaubt die Integration von PDs, ohne dass Switches ausgetauscht werden müssen. Da 4PPoE auf PSE-Seite je angeschlossenem Gerät bis zu 100 Watt Leistung abgibt, ist die Endspan-Energieversorgung über große Switches mit vielen Ports kritisch zu sehen. So müsste ein 48-Port-Switch mit 802.3bt-Unterstützung eine Gesamtleistung von nahezu 5.000 Watt liefern, wenn er an allen 48 Ports jeweils 100 Watt Leistung abgeben würde. Riesige Netzteile wären notwendig und mit einer enormen Hitzeentwicklung in Kabelbündeln wäre zu rechnen. In der Regel sind die Switches daher so konstruiert, dass nur eine beschränkte Anzahl an Ports PoE++ unterstützt. Eine Alternative ist die dezentralisierte Energieeinkopplung über mehrere Midspan-Geräte.

Die eigentliche Übertragung des Stroms findet bei Ethernet und Fast Ethernet für niedrige Leistungsklassen in der Regel auf den nicht genutzten Adernpaaren 4, 5 und 7, 8 statt (Spare-Pair-Speisung). Werden alle Adernpaare zur Datenübertragung genutzt wie bei den voll belegten Gigabit-Ethernet- und 10-Gigabit-Ethernet-Kabeln oder sollen hohe Leistungen übertragen werden, findet die Einspeisung der elektrischen Energie auf allen vier datenführenden Adernpaaren statt (Phantomspeisung).

Erkennung von kompatiblen Endgeräten

Bei der Nutzung von Power over Ethernet++ muss unbedingt vermieden werden, das nicht kompatible Endgeräte durch die Gleichspannung auf dem Netzwerkkabel beschädigt werden. Die Spannung darf nur auf die Adernpaare geschaltet werden, wenn das Endgerät kompatibel ist. Hierfür sieht der Standard ein Prüfverfahren vor.

Um festzustellen, ob ein PD über das Netzwerkkabel angeschlossen ist, prüft das PSE mit einer integrierten Messschaltung Parameter wie elektrischen Widerstand und Kapazität. Das Verfahren wird auch als "Resistive Power Discovery" bezeichnet. Nur wenn definierte Werte gemessen werden, aktiviert das PSE die Energieversorgung auf dem Netzkabel. In einem weiteren Schritt wird die Leistungsklasse des Endgeräts bestimmt. Dadurch ist es dem PSE möglich, die richtige Stromstärke zu liefern. Fordert ein Endgerät beispielsweise die Leistungsklasse acht an, ist zur Energieversorgung ein PoE++-PSE-Gerät notwendig, das alle vier Adernpaare eines Netzkabels zur Leistungsübertragung nutzt.

Abgrenzung zu den anderen Power-over-Ethernet-Standards

PoE (802.3af) und PoE+ (802.3at) nutzen im Gegensatz zu 802.3bt nur zwei Adernpaare zur Energieversorgung der Endgeräte. Während PoE (802.3af) Endgeräte bis Leistungsklasse drei mit maximal 12,95 Watt Leistungsaufnahme unterstützt, erlaubt 802.3at den Betrieb von Endgeräten der Leistungsklasse vier mit bis zu 25,5 Watt.

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