IL POWER OVER ETHERNET (PoE)

Credo sia noto a tutti che da qualche anno a questa parte hanno fatto la loro comparsa sul mercato una serie di dispositivi "periferici" che hanno, come caratteristica peculiare, il fatto di "prendere l'alimentazione" direttamente dal cavo di rete: per lo più questa tecnologia è applicata a telefoni IP ed access point che sono senza dubbio avvantaggiati dal fatto di avere un solo cavo (i primi perchè almeno è sufficiente mettere il telefono in una qualunque presa esattamente come per i vecchi telefoni, mentre i secondi perchè spesso montati in luoghi "scomodi").

Chiaramente la ovvia domanda che ciascuno di noi si è fatto è: "ma come diavolo funziona il PoE? Quali sono gli standard di riferimento?". Probabilmente la seconda domanda sembrerà banale, ma risulta particolarmente utile  quando si guardano le caratteristiche degli switch. Naturalmente una conoscienza di base dell'ethernet è indispensabile per comprendere al meglio quanto sto per dire (trovate eventualmente qualche appunto nella Knowledge Base, sez. "Varie").

LA NOMENCLATURA

E' sempre importante usare i termini giusti quando si parla di telecomunicazioni (il professore di Elettronica I diceva che i "telecomunicazionisti" parlano solo per sigle tounge smile e debbo dire ad anni di distanza che tutti i torti non li aveva):

  • PSE: il Power Sourcing Equipment è l'apparato in grado di "erogare tensione" ai devices PoE. Si tratta normalmente di uno switch (ed in tal caso lo switch viene anche chiamato endspan) oppure di un apposito power injector (per gli amici midspan)se si deve rendere PoE una rete già dotata di apparati
  • PD: il Powered Device è invece l'apparato che vogliamo alimentare (il telefono Voip, l'Access Point, ecc ecc)
  • 802.3af: è la designazione ufficiale secondo la IEEE dello standard per i dispositivi PoE
  • Modo A/B: indica in che modo il cavo viene usato per alimentare il PD (vedi oltre): un PSE non può contemporaneamente essere in modo A e B sulla stessa porta.

CORRENTI E TENSIONI (E ANCHE POTENZE!)

Naturalmente un punto fondamentale quando si parla di alimentazione è la tensione/corrente assorbita dal dispositico che dovrà essere, nel nostro caso, fornita dal PSE al PD. L'esperienza comune insegna che normalmente questi piccoli device hanno tensioni di alimentazione dell'ordine di 5 o 10 Volt con assorbimenti sempre nell'ordine dell'Ampere, per un totale di una decina di W (ricordo che la potenza in Watt è data dal prodotto della tensione in Volt per la corrente in Ampere): in molti casi la potenza è anche meno di 10 Watt (ad esempio, i miei AP DLINK sono alimentati a 5 V, assorbono 1 A e quindi consumano in via teorica 5 Watt tondi tondi).

Dato che ovviamente ogni produttore fa funzionare i propri aggeggi alla tensione che più gli aggrada, lo standard PoE prevede che il PSE eroghi una tensione che nominalmente dovrebbe essere 48 Volt ma potrebbe anche oscillare tra i 37 ed i 57 Volt: sarà poi compito del PD trasformare questa tensione in quella a lui necessaria (di solito con convertitori DC/DC - evitate di usare in modo amatoriale un regolatore della serie 78xx perchè rischiate di arrostirlo!). Sebbene possa sembrare una tensione elevata, dobbiamo anche considerare le perdite del cavo che abbassano la tensione disponibile ai capi del device.

Passiamo adesso alle correnti: lo standare IEEE prevede una massima corrente di 400 mA (con un picco massimo di 450 mA - di solito il picco si verifica all'avvio del dispositivo), ovvero al massimo un PD potrà assorbire dal suo PSE 400 mA "a regime" e 450 mA ad esempio in fase di avvio (ma con tempi moolto limitati). Aggiungo anche che un PSE DEVE interrompere l'alimentazione quando la corrente richiesta supera i 450 mA: questa è ovviamente una forma di protezione che evita danni al PSE se il device ha problemi oppure se c'è un corto sul cavo.

La conseguenza immediata è che la massima potenza che può essere fornita ad un PD è:

P = V x I = 48V x 400mA = 48V x 0,4A = 19,2 W

In realtà le cose non stanno proprio così e la massima potenza è di circa 15.4 Watt.

Naturalmente i dispositivi non sono tutti uguali e per questo motivo sono state create delle classi che indicano di quanta potenza il device necessita per funzionare: va sottolineato che queste sono le potenze che devono essere disponibili al PD e NON quelle che devono essere erogate dal PSE! In altre parole, se il mio access point ha bisogno di 10 W, il mio switch dovrà erogare più di 10 W perchè nel mezzo dovremo considerare le perdite del cavo.

Le varie classi sono riportate nella tabella sottostante:

Classe Range potenza (Watt)
0 (predefinita) 0.44 - 12.95
1 0.44 - 3.84
2 3.84 - 6.49
3 6.49 - 12.95
4 Riservata

Ciascuna classe ha sia un valore minimo che uno massimo: il primo indica qual'è la potenza "a riposo" del dispositivo (ovvero la minima potenza che il PSE deve fornire affinchè il dispositivo resti acceso), mentre ovviamente la seconda indica la massima potenza assorbibile dal PD.

Tanto per fare un esempio (sul quale ho recentemente messo le mani) un bel Cisco 3750-48PS (una bella macchina stackabile da 48 porte PoE) supporta 48 PD di classe 2 ma solo 24 di classe 3, proprio perchè questi ultimi possono richiedere il doppio della potenza di quelli di classe 2.

MODI DI FUNZIONAMENTO: IL MODO B

Perchè si parte dal modo B? Perchè è logicamente quello più semplice! Se si riguarda attentamente il cablaggio di una rete Ethernet secondo lo standard 568B (quello più usato) si vedrà che le coppie 4/5 (coppia BLU) e la 7/8 (coppia MARRONE) non sono utilizzati nelle reti a 100 Mbps (sono nel cablaggio a Gigabit vengono usate tutte e 4 le coppie). La prima e più semplice considerazione è quindi quella di usare una coppia per il "positivo" e l'altra per il "negativo": in realtà lo standard specifica che un PD deve supportare qualunque polarità (ovvero sulla coppia BLU può esserci sia il "più" che il "meno" a discrezione dell'apparato PSE - sarà poi il PD a provvedere con apposito ponte a diodi a sistemare la cosa).

Personalmente, il modo B l'ho chiamato anche "il PoE dei disgraziati" visto che è abbastanza banale costruirsi una coppia di adattatori per rendere PoE dispositivi che non lo sono.

Lo svantaggio del MODO B è che richiede tutte e quattro le coppie! Sembra banale, ma in molti casi le coppie non usate o hanno problemi (cavi interrotti) oppure sono state usate per "sdoppiare" delle prese di rete (=portare due prese con un solo cavo) oppure ancora sono usate per portare, ad esempio, il segnale telefonico sulla coppia BLU. 

MODI DI FUNZIONAMENTO: IL MODO A
Nel modo A invece l'alimentazione viene fornita al dispositivo usando le stesse coppie dei dati (ovvero 1 & 2 e 3 & 6): sebbene possa sembrare più complesso, non presenta molte difficoltà in quanto con un semplice trasformatore si disaccopia l'alimentazione dal segnale dati. D'altra parte poi bisogna ricordare che i segnali Ethernet sono differenziali, sistema per definizione "tollerante" nei confronti di una stessa tensione applicata alla coppia.
Il vantaggio principale del modo A è che non richiede coppie aggiuntive e quindi può essere portato anche praticamente ovunque sia disponibile una coppia di rete (al contrario del modo B che richiedeva, oltre alle coppie della rete, anche le altre 2 normalmente libere).

Possiamo paragonare il modo A alla alimentazione "phantom" dei microfoni normalmente usati in ambito musicale.

CONTINUA...