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Proseguendo nell'analisi del mondo PoE ci scontriamo con altre due domande interessanti: come fa un PSE a sapere che il device collegato supporta il PoE? Ed in quale modalità? E di quanta potenza avrà bisogno? Ed infine, come ci dobbiamo relazionare con le perdite sui cavi?

DETECTION PHASE

Una cosa importante da sottolineare subito è che, secondo le specifiche, un PSE NON DEVE FORNIRE ALIMENTAZIONE ad un device non PoE: questo implica che un PSE dovrà innanzitutto avere un sistema per capire se il dispositivo collegato è PoE ed in seguito capire quale modalità usare. Questa operazione viene chiamata DETECTION.

Il PD indica di voler essere alimentato semplicemente mettendo una resistenza di 25 Kohm tra la coppia che deve essere usata per l'alimentazione (vedi modo A oppure B): dato che normalmente la resistenza (sarebbe più corretto parlare di impedenza...)  di queste linee è o molto più  bassa di 25 KOhm (es. le coppie dati 1,2,3,6 dovrebbero avere qualche centinaio di Ohm) o molto più alta (le coppie non usate sono lasciate scollegate e quindi con resistenza infinita), semplicemente misurando la corrente assorbita il PSE riesce a capire se il device è PD o meno. Se ovviamente è PD, dovrà fornire l'alimentazione secondo lo schema indicato, altrimenti cesserà questa fase e si comporterà da semplice switch. Al PSE sono richiesti almeno due "tentativi" fatti con tensioni comprese tra 2.8 e 10 V ma con un limite massimo di corrente di 1 mA.

Attenzione ad un piccolo particolare: il sistema di cui sopra è quello proposto nello standard 802.3af che però è relativamente recente (2002/2003). Cisco ha implementato un suo meccanismo di detection basato sul "corto circuito": in pratica, il PD deve cortocircuitare le linee interessate per l'alimentazione (vedi sempre modo A/B) ad una ben precisa frequenza; il PSE quindi invia un segnale a quella ben specifica frequenza su una coppia e si aspetta di vederlo ritornare pari pari sull'altra coppia.

Al termine della detection phase è possibile avere una classification phase durante la quale il PD indica la classe di funzionamento (sempre basandosi su assorbimenti tensioni/correnti). Questa fase è comunque opzionale e può non essere presente (in tal caso lo switch assume che l'apparato sia di classe 0).

LE PERDITE SUL CAVO

Vale la pena di fare qualche calcolo su quanta potenza viene persa sui cavi dal PSE al PD, anche per capire i limiti di funzionamento del "PoE dei disgraziati" citato precedentemente parlando del modo B.

PREMESSA: per comprendere quanto esposto di seguito è necessario avere una minima base di elettrotecnica, ovvero almeno sapere risolvere semplici circuiti resistivi. In caso contrario, prendete per buoni i risultati!

Per calcolare le perdite del cavo, dobbiamo innanzitutto sapere (a spanne) qual'è la resistività media dei cavi usati nei cablaggi: girellando su Internet si trovano dei valori approssimati di circa 0.08 Ohm/metro (spesso viene dato il valore della "resistenza di anello" per 100 metri di cavo, ovvero la resistenza che una coppia presenta quando l'altra estremità viene cortocircuitata - in pratica, per sapere la resistività al metro bisogna dividere per 200).

Facciamoci quindi uno schema equivalente (ma semplificato) di quella che potrebbe essere la nostra situazione:

poe

Credo che una breve spiegazione sia necessaria, cominciando dalla parte di sinistra (quella racchiusa in rosso, per intenderci): si tratta del generatore compreso della relativa resistenza interna Rg, il cui compito è quello di evidenziare la caduta di tensione del generatore man mano che aumenta la corrente prelevata.

Si passa poi al "cavo di andata" che è sempre e comunque realizzato da una coppia di conduttori (non è importante qui la modalità); lo stesso dicasi per il "cavo di ritorno". Possiamo ragionevolmente supporre che tutte le resistenze in gioco siano uguali, dato che dipendono dalla lunghezza del cavo stesso: in questo modo possiamo genericamente indicare con R la "resistenza di una coppia", il cui valore è la metà di R1 (oppure R2, o R3 o R4 - comunque sono tutte uguali) e quindi R = R1/2.

Infine, per quanto riguarda il carico, useremo la potenza Pc = Ic*Vc come elemento indicativo, dato che sappiamo che gli apparati PoE devono "supportare" tensioni variabili (non solo: gli apparati poi di solito viaggiano a tensioni moooolto minori dei 48 V).

Fatte queste premesse, possiamo velocemente scrivere queste due equazioni:

eq1

Con una veloce operazione otteniamo:

eq2

che possiamo facilmente sostituire nella prima equazione ottenendo:

eq3

eq4

Moltiplicando ambo i membri per Vc si ottiene una semplice equazione di secondo grado:

eq5

Le cui soluzioni sono date da:

eq6

e di conseguenza il valore della corrente sul carico Ic risulterà:

eq7

Una prima cosa che ad occhio potrebbe sconvolgere è il fatto che esistano due soluzioni all'equazione, entrambe apparentemente valide: e questo è giusto, dato che il nostro obiettivo è fornire una certa potenza al carico, possiamo ottenere questo risultato usando "tanta tensione e poca corrente" oppure usando "poca tensione e tanta corrente".

Proviamo ad infilare qualche valore nelle equazioni e vediamo cosa succede:

  • Vg=48V (by design) con una Ic massima di 400 mA
  • Rg è stimabile intorno ai 0.8 ohm (forse anche di più, ma prendiamo un generatore "con le palle")
  • Pd = 10 W
  • Cavo di 50 metri: quindi R1 vale 50 * 0.08 = 4 ohm  ovvero R=2ohm

Infiliamo i numeri nelle formule e troviamo le seguenti due soluzioni:

  1. Vc = 46,97V con Ic=0,21 A
  2. Vc = 1,02V con Ic=9,80 A

Ovviamente solo la prima soluzione è accettabile, perchè dobbiamo ricordare la limitazione dei 400 mA massimi. La considerazione carina è che comunque ci "siamo persi per strada" circa 1 volt e 0,2 W.

Prendiamo ora un caso diverso, ovvero il famoso PoE dei disgraziati, ovvero quello dove si attacca l'alimentatore direttamente alle coppie "spare" con semplici adattatori. I numeri da usare sono in questo caso:

  • Vg=7,5V (tensione di alimentazione classica di molti apparati "home")
  • Rg è stimabile intorno ai 0.8 ohm
  • Pd = 5W
  • Cavo di 20 metri: quindi R1 vale 20 * 0.08 = 1,6 ohm  ovvero R=0,8 ohm - facciamo però 1 ohm supponendo di usare un cavo più "economico".

Mettendo i numerelli nelle formule si trova:

  1. Vc = 4V con Ic=1,25 A
  2. Vc = 3,5V con Ic=1,42 A

Stavolta le soluzioni sembrano entrambe plausibili dato che sono valori moolto simili: la considerazione però interessante è che molto probabilmente l'apparato non funzionerà perchè la tensione di alimentazione è troppo bassa! Questo spiega perchè il PoE usa 48 V, tensione senza dubbio sufficiente ad evitare eventuali perdite dei cavi, ma nemmeno troppo alta da causare "problemi" di tipo elettrico/normativo.

Ergo, se volete fare il PoE dei disgraziati, usate una tensione di alimentazione un po' più alta di quella richiesta dall'apparato.