Definition Was ist PoE (Power over Ethernet)?

Mit Power over Ethernet (PoE) lassen sich netzwerkfähige Geräte per Ethernetkabel mit der für den Betrieb benötigten elektrischen Energie versorgen. Das macht separate Anschlüsse und Verkabelungen zur Energieversorgung überflüssig und erleichtert die Installation der Geräte. Es existieren verschiedene PoE-Standards mit jeweils unterschiedlichen maximal möglichen elektrischen Leistungen.

Das Kürzel PoE steht für Power over Ethernet. Es handelt sich dabei um ein Verfahren, mit dem sich die für den Betrieb von netzwerkfähigen Geräten benötigte elektrische Energie über das Ethernetkabel bereitstellen lässt. Das Netzwerkkabel überträgt in diesem Fall nicht nur die Netzwerksignale und Daten, sondern auch den elektrischen Strom zur Energieversorgung.

Power over Ethernet ist in verschiedenen Standards spezifiziert und ermöglicht abhängig vom jeweiligen Standard unterschiedliche maximale elektrische Leistungen. PoE hat sich bei der Versorgung von Geräten wie IP-Kameras, Überwachungskameras, WLAN-Accesspoints, IP-Telefonen oder IoT-Geräten etabliert, bei denen zusätzliche Stromanschlüsse eingespart werden sollen oder aufgrund der ungünstigen, abgesetzten Lage zum Beispiel bei Decken- oder Außeninstallationen nur aufwendig zu realisieren wären.

Die Vorteile von PoE sind kurz zusammengefasst folgende:

• Einsparung separater Stromanschlüsse

• Reduzierung des Aufwands und der Kosten für Verkabelung und Installation

• höhere Flexibilität bei der Platzierung der Geräte

• höhere Verfügbarkeit der angeschlossenen Geräte durch eine zentrale, unterbrechungsfrei abgesicherte Stromversorgung (USV)

• vereinfachte Verwaltung und Wartung der Geräte

In den letzten Jahren hat sich PoE vor allem hinsichtlich höherer Leistungen, erweiterter Einsatzbereiche und besserer Standardisierung weiterentwickelt. Mittlerweile lassen sich per Power over Ethernet auch Geräte mit deutlich höherem Energiebedarf mit elektrischer Energie versorgen.

Prinzipielle Funktionsweise von Power over Ethernet

Power over Ethernet unterscheidet zwischen dem mit elektrischer Energie zu versorgenden Gerät, dem so genannten Powered Device (PD), und dem die elektrische Energie liefernden Gerät, dem Power Sourcing Equipment (PSE). Die Energieeinspeisung findet entweder durch so genannte Endspan-Devices (zum Beispiel Switches) oder Midspan-Devices (Einheiten zwischen Switch und Endgerät wie PoE-Injektoren oder PoE-Patchpanels) statt. Je nach Standard werden zwei oder alle vier Adernpaare des Ethernetkabels zur Energieübertragung genutzt. Grundsätzlich ist es möglich, die für die Datenübertragung ungenutzten Adernpaare für die Energieversorgung zu verwenden oder die elektrische Energie per Phantomspeisung zusätzlich auf den beschalteten Datenleitungen zu übertragen. Übliche Kabeltypen, die bei PoE zum Einsatz kommen, sind beispielsweise Cat5e- oder Cat6-Kabel.

Das mit einem PoE-Anschluss verbundene Endgerät muss für die Versorgung mit elektrischer Energie selbst PoE-fähig sein oder über einen so genannten PoE-Splitter, der die Spannung vom Netzwerkkabel trennt und separat ausgibt, angeschlossen werden. In diesem Zusammenhang wird auch zwischen passivem und aktivem PoE unterschieden. Bei passivem PoE geht das PSE davon aus, dass das PD PoE-kompatibel ist und mit der über das Netzwerkkabel bereitgestellten elektrischen Leistung etwas anfangen kann. Ist das aber nicht der Fall, kann das zu Schäden an den Endgeräten oder sogar zu deren Zerstörung führen.

Bei aktivem PoE prüft das PSE die PoE-Tauglichkeit der angeschlossenen Geräte. Die einspeisenden PoE-Geräte können zur Prüfung das so genannte Resistive-Power-Discovery-Verfahren verwenden. Mithilfe einer speziellen Messschaltung prüft die Stromquelle den Innenwiderstand des angeschlossenen Endgeräts. Nur wenn er in einem vorgegebenen Bereich liegt (typisch etwa 25 kOhm) und die Kapazität einen bestimmten Wert nicht überschreitet, aktiviert die Stromquelle die Energieversorgung.

In einem darauf folgenden Schritt übermittelt das PoE-kompatible Endgerät noch seine Leistungsklasse an das PSE, damit die richtige Menge an elektrischer Leistung zur Verfügung gestellt werden kann. Dabei wird je nach PoE-Standard zwischen verschieden vielen Leistungsklassen unterschieden.

Grundsätzlich muss bei Power over Ethernet zwischen der maximalen Leistung am Port des PSE und der durch das PD maximal nutzbaren Leistung unterschieden werden. Der Unterschied ergibt sich durch die im Kabel entstehende Verlustleistung. Je länger ein Netzwerkkabel ist, desto höher können die auftretenden Leitungsverluste werden. Je mehr Strom über ein Datenkabel übertragen wird, desto mehr Wärme entsteht im Kabel. Erwärmte Kabel können zudem durch zusätzlich auftretende Dämpfungseffekte die Übertragung der Datensignale beeinträchtigen. Die maximalen Übertragungsleistungen sind daher den Temperaturbedingungen anzupassen. In den Standards ist beschrieben, mit welchem Temperaturanstieg beispielsweise bei der Nutzung von PoE++ (4PPoE) zu rechnen ist. Bei einem für LAN-Installationen typischen U/UTP-Kabel ist bei der Verwendung von PoE und hohen übertragenen Leistungen mit einer signifikanten Erwärmung des Kabels zu rechnen. Geschirmte Kabel erhitzen sich etwas weniger, da das Metall der Schirmung hilft, die im Inneren entstehende Wärme nach außen abzutransportieren. Der Wirkungsgrad der kompletten Energieübertragung wird durch die Verluste in den Netzteilen weiter reduziert. In der Summe kann unter besonders ungünstigen Bedingungen der erzielbare Wirkungsgrad unter 70 Prozent liegen.

Übernehmen Ethernet-Switches die Versorgung der Endgeräte mit Energie, ist darauf zu achten, dass die Gesamtleistung des jeweiligen Switches groß genug ist, um alle belegten Anschlussports mit ihrer Maximalleistung zu versorgen. Unter Umständen reicht die Leistung des Switches hierfür nicht aus und die Maximalleistung je Port ist von der Anzahl der angeschlossenen Geräte abhängig.

Die verschiedenen PoE-Standards

Der Standard IEEE 802.3af nutzt zwei Adernpaare (entweder freie Paare zum Beispiel in 10Base-T- und 100Base-TX-Netzwerken oder Phantomspeisung über die Datenleitungen). Dabei ist die Spannung auf den Kabeln begrenzt und beträgt 44 bis 57 Volt. Dank der relativ hohen Spannung können die Verlustleistung und die entstehende Wärme in den Kabeln niedrig gehalten werden. Die maximal erzielbare Leistung liegt bei 15,4 Watt.

PoE+ (IEEE 802.3at) erweitert die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung über das Netzwerkkabel. IEEE 802.3at erlaubt Leistungen von bis zu 30 Watt pro Netzwerkport. Die Minimalspannung erhöht sich von 44 auf 50 Volt und der Maximalstrom von 350 auf 600 Milliampere.

IEEE 802.3bt, auch als PoE++ oder als Four-Pair-Power-over-Ethernet (4PPoE) bezeichnet, nutzt alle vier Adernpaare des Netzwerkkabels für die Energieübertragung. Die maximal erzielbaren Leistungen liegen zwischen 70 und 90 Watt. Dank dieser hohen Leistungen können auch Endgeräte mit größerem Energiebedarf wie Bildschirme oder komplette Rechner über das Datenkabel mit Energie versorgt werden.

Nachfolgende Tabelle zeigt eine kurze Übersicht über die wichtigsten Eckdaten der verschiedenen PoE-Standards:

Typische Einsatzbereiche von Power over Ethernet

Typische Einsatzbereiche und per PoE und LAN-Kabel mit Energie versorgte Geräte sind:

• VoIP-Telefone und -Konferenzsysteme

• IP-Kameras wie Überwachungskameras

• WLAN-Accesspoints

• digitale Displays

• Thin Clients

• Kassensysteme und Terminals

• Zutrittskontrollsysteme und Sicherheitskartenleser

• Smart-Home-Komponenten

• IoT-Geräte

• LED-Beleuchtungen

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