Как рассчитать энергетический бюджет PoE для коммутатора

К вычислить Бюджет мощности PoE, сложите максимальную потребляемую мощность, которую коммутатор должен выделить каждому подключенному устройству, а затем добавьте практический запас на случай неопределённых нагрузок и будущих изменений. Полученная сумма должна оставаться в пределах общего бюджета PoE коммутатора, при этом каждое устройство также должно укладываться в пределы мощности своего отдельного порта.

Это звучит просто, но во многих неверных расчетах смешиваются четыре разных величины: энергопотребление устройства, мощность, подаваемая на порт коммутатора, потери в кабеле и собственное потребление переменного тока самого коммутатора. В данном руководстве эти величины разделены, и представлен надежный метод расчета для камер, Беспроводная точка доступа, телефоны и устройства контроля доступа.

Как рассчитать энергетический бюджет PoE: формула

Используйте следующую формулу планирования:

Требуемый бюджет PoE = сумма расчетной мощности всех устройств, получающих питание, + резерв

Для повторяющихся устройств:

Требуемый бюджет PoE = Σ(количество × расчетная мощность в ваттах на одно устройство) × коэффициент запаса

Коэффициент резервирования 1,20 обеспечивает запас мощности в размере 20%. Этот процент является результатом проектного решения, а не требованием IEEE. В случае хорошо задокументированной стационарной установки может применяться иная политика, тогда как для проекта с неопределёнными вариантами устройств, нагревателями или возможностью будущего расширения может потребоваться больший запас.

Перед применением формулы определите, какая мощность подходит для каждого устройства. Предпочтительно в следующем порядке:

1. Максимальный объем PoE, выделенный коммутатором для данного устройства, получающего питание.
2. Максимальная входная мощность PoE или требуемая мощность, указанная производителем устройства, с четким указанием точки измерения.
3. Применимый диапазон классов PoE, если более точное подтвержденное значение отсутствует.

Не следует рассчитывать потребляемую мощность, исходя только из значения в режиме простоя. Камера может потреблять больше энергии при работе инфракрасных светодиодов, нагревателя или двигателя PTZ. У точки доступа пиковое потребление может наблюдаться во время загрузки или при высокой нагрузке на радиоканал.

Понимание мощности на порт и общего бюджета PoE

A переключатель PoE имеет как минимум два предела мощности.

Предел	Что это означает	Пример
Ограничение на каждый порт	Максимальная мощность, которую может обеспечить один порт PoE	30 Вт на PoE+ порт
Общий бюджет PoE	Максимальная суммарная мощность PoE, доступная на всех портах	400 Вт для всего выключателя

Оба условия должны выполняться:

• Каждое устройство с питанием должно соответствовать параметрам выбранного порта.
• Общая мощность всех подключенных устройств не должна превышать общий бюджет PoE.

Например, 24-портовый коммутатор с номинальной мощностью 30 Вт на порт и общей мощностью 400 Вт не может одновременно обеспечивать мощность 30 Вт на всех 24 портах. Для этого потребовалось бы 720 Вт. Однако он по-прежнему может питать 24 устройства с меньшим энергопотреблением, если их совокупная потребность не превышает 400 Вт.

Таким образом, количество портов PoE указывает на то, сколько устройств можно подключить, а не на то, сколько устройств с максимальной потребляемой мощностью могут работать одновременно.

Мощность PSE отличается от мощности PD

В концепции PoE используются два полезных термина:

• PSE: Оборудование для подачи питания, например PoE-коммутатор.
• P.S.: Устройство с источником питания, например, камера или точка доступа.

Часть мощности теряется в виде тепла в кабеле, поэтому мощность, доступная на устройстве PD, ниже той, которую устройство PSE может обеспечить на своём порте.

Тип PoE	Общее название	Максимум на PSE	Максимальная сумма, доступная для PD
Тип 1	IEEE 802.3af / PoE	15,4 Вт	13 Вт
Тип 2	IEEE 802.3at / PoE+	30 Вт	25,5 Вт
Тип 3	IEEE 802.3bt / PoE++	60 Вт	51 Вт
Тип 4	IEEE 802.3bt / PoE с повышенной мощностью	90 Вт	71,3 Вт

Эти соотношения объясняют, почему устройству, потребляющему 25 Вт на входе, может потребоваться порт PSE типа 2 мощностью 30 Вт. Эта разница учитывает наихудшие условия подачи питания, включая потери в кабеле.

Не следует добавлять предполагаемый процент потерь в кабеле к значению PSE, рассчитанному на основе класса: в этом случае поправка может быть учтена дважды. Отдельную поправку на потери в кабеле следует добавлять только в том случае, если расчет ведется исходя из показателя потребления со стороны объекта защиты (PD), и это требуется соответствующей документацией или инженерным методом.

Общественность Технический обзор Ethernet Alliance по технологии PoE в нём приведены эти значения PSE и PD. Кроме того, в нём объясняется, что стандарт IEEE 802.3bt Autoclass может помочь совместимому оборудованию распределять питание с учетом измеренной максимальной потребности PD, включая такие факторы, как потери в кабеле и запас на износ.

Пример расчета энергетического бюджета PoE

Предположим, что в проекте используются:

• 16 исправлено IP-камерас, мощность каждого из которых составляет 12 Вт
• 4 беспроводные точки доступа, каждая из которых рассчитана на мощность 20 Вт
• 2 VoIP-телефона, потребляемая мощность каждого из которых составляет 7 Вт

Сначала рассчитайте базовый спрос:

Камеры: 16 × 12 Вт = 192 Вт

Точки доступа: 4 × 20 Вт = 80 Вт

Телефоны: 2 × 7 Вт = 14 Вт

Общая мощность базы: 192 Вт + 80 Вт + 14 Вт = 286 Вт

Теперь добавьте резерв на планирование проекта в размере 20%:

286 Вт × 1,20 = 343,2 Вт

При использовании данного метода планирования у коммутатора с подтвержденным бюджетом PoE в 400 Вт остается 56,8 Вт:

400 Вт − 343,2 Вт = 56,8 Вт

Общая сумма соответствует, но расчет ещё не завершён. Необходимо также убедиться, что каждая камера, точка доступа и телефон соответствуют мощностным характеристикам своего порта и используют поддерживаемый тип PoE по стандарту IEEE.

Если какое-либо устройство требует питания по стандарту IEEE 802.3bt, коммутатор, поддерживающий только стандарты IEEE 802.3af/at, не подходит для этого устройства, даже если в общем бюджете остается сотни ватт.

Какую мощность устройства следует указать?

При первоначальном проектировании следует исходить из максимальной нагрузки

Наиболее надежным расчетным значением обычно является максимальная мощность, которую устройство может потреблять в предусмотренной конфигурации, а не его типичное потребление в режиме ожидания.

Проверьте дополнительные нагрузки и режимы работы:

• ИК-подсветка
• Движение PTZ
• Нагреватели или вентиляторы для камер
• USB-аксессуары, питание для которых обеспечивается точкой доступа
• Несколько активных модулей Wi-Fi
• Управление динамиком или дисплеем на телефоне или домофоне
• Поведение при запуске и обновлении прошивки

В техническом паспорте устройства могут быть указаны как “типовые”, так и “максимальные” значения. При планировании мощностей следует использовать максимальные значения, если только производитель не предоставил более конкретный утвержденный метод.

Использовать данные о распределении переключателей, если они доступны

Управляемый коммутатор может отображать фактическое потребление, запрошенный класс и выделенную мощность отдельно. Эти значения не всегда совпадают.

Показатель потребляемой мощности помогает в мониторинге, однако коммутатор может резервировать больше мощности, чем устройство потребляет в данный момент. При принятии решения о том, можно ли безопасно подключить дополнительные устройства, следует руководствоваться логикой распределения мощности коммутатора и документацией по управлению питанием, а не просто вычитать текущее значение потребляемой мощности.

Не стоит полагать, что каждое устройство с поддержкой PoE+ потребляет 30 Вт

“PoE+” обозначает поддерживаемый тип питания; это не означает, что каждое подключенное устройство постоянно потребляет 30 Вт. Устройство с более низким энергопотреблением, соответствующее стандарту, может потреблять гораздо меньше.

Однако, когда точный объем запросов или максимальная нагрузка неизвестны, использование соответствующего значения класса порта является более осторожным подходом, чем делать предположения на основе измерений в режиме простоя.

Почему устройства PoE сначала работают, а потом выходят из строя

Недостаточный энергобюджет может не привести к немедленному сбою. К типичным признакам относятся:

• Камеры перезапускаются, когда ночью включаются инфракрасные светодиоды.
• Камеры PTZ отключаются во время перемещения или нагрева.
• Точки доступа перезапускаются, когда все радиомодули становятся активными.
• Подача питания на последнее подключенное устройство отключена.
• Порты с более низким приоритетом отключаются при исчерпании бюджета.
• Во время одновременного перезапуска после сбоя питания устройства неоднократно перезапускаются.

Эти симптомы могут быть вызваны и другими причинами, в том числе некачественной прокладкой кабелей, падением напряжения, несовместимостью режимов PoE, перегревом, проблемами с прошивкой или неисправностью блока питания.

Прежде чем возлагать вину исключительно на общую мощность, проверьте журнал коммутатора, состояние PoE, распределение мощности по портам и время возникновения событий.

Контрольный список по энергопотреблению PoE перед покупкой коммутатора

1. Перечислите все устройства с источником питания

Укажите точную модель, количество, тип PoE, максимальную мощность и все подключаемые к источнику питания аксессуары.

2. Разделить существующие устройства и устройства, предусмотренные в рамках планов развития

Не включайте будущие устройства в общий «резерв». Перечислите известные возможности расширения отдельно, а затем добавьте резерв на то, что пока остается неопределенным.

3. Проверить все типы портов

Убедитесь, что необходимые порты поддерживают стандарты IEEE 802.3af, 802.3at или 802.3bt в зависимости от потребностей. Даже при высоком общем бюджете невозможно модернизировать порт, поддерживающий только тип с более низкой мощностью.

4. Ввести плановые значения

Умножьте количество устройств каждой модели на их подтвержденную номинальную мощность, а затем сложите результаты по группам.

5. Создать резерв с соответствующей документацией

Выберите резерв с учетом неопределенности нагрузки проекта, условий эксплуатации, особенностей перезапуска и планов развития. Запишите это значение в процентах, чтобы другой технический специалист мог проверить расчет.

6. Сравнивайте с бюджетом питания по PoE, а не с номинальной мощностью входного переменного тока

Потребляемая мощность коммутатора на входе переменного тока или общая потребляемая мощность системы включает в себя мощность собственной электроники и потери при преобразовании. При планировании подключения устройств с питанием через PoE следует руководствоваться заявленным производителем выходным бюджетом PoE.

7. Проверьте также путь передачи данных

Достаточная мощность не гарантирует достаточной пропускной способности. Необходимо отдельно рассчитать битрейты камер, нагрузку на восходящий канал точки доступа, особенности многоадресной передачи данных и пропускную способность восходящего канала.

Пример с использованием 24-портового коммутатора LuLeey с поддержкой PoE+

LuLeey’s 24-портовый управляемый коммутатор Gigabit PoE+ указывается следующим образом:

• 24 порта PoE+ стандарта IEEE 802.3af/at со скоростью 10/100/1000 Мбит/с
• До 30 Вт на каждый порт PoE
• Общий бюджет PoE — 400 Вт
• 2 × дополнительных гигабитных линий связи RJ45
• 2 × 1G SFP-канала связи с сетью верхнего уровня

Для данной модели любой предлагаемый список устройств должен пройти три независимые проверки:

1. Ни одно устройство не потребляет больше энергии, чем может обеспечить поддерживаемый порт стандарта IEEE 802.3af/at.
2. Общая мощность, распределяемая на стороне выключателя, не превышает 400 Вт.
3. Пропускная способность гигабитного доступа и канала вывода данных соответствует расчетному трафику.

Слоты 1G SFP представляют собой оптоволоконные каналы связи, а не дополнительные порты PoE и не порты 10G SFP+. Выбор оптоволоконного модуля — это отдельная задача, при решении которой необходимо учитывать скорость передачи данных, длину волны, тип волокна, разъем и расстояние.

Окончательный ответ

К рассчитать энергетический бюджет PoE правильно:

1. Перечислите все устройства с питанием от сети и укажите для каждого из них подтверждённую максимальную или выделенную потребность в питании по PoE.
2. Умножьте мощность каждого устройства на количество таких устройств.
3. Добавьте группы.
4. Предусмотреть документально зафиксированный резерв на планирование.
5. Убедитесь, что результат не превышает общий бюджет PoE коммутатора.
6. Убедитесь, что каждое отдельное устройство также соответствует типу PoE и предельной мощности своего порта.

Не умножайте мощность каждого порта на его максимальное значение, если не каждому подключенному устройству действительно требуется такое распределение мощности. Также не следует полагаться исключительно на типовую мощность или мощность в режиме ожидания.

Для проверки проекта LuLeey предоставьте точный список устройств, максимальную мощность каждого устройства, длину кабелей, количество необходимых каналов связи с сетью и планы по расширению. Эта информация позволит оценить как бюджет PoE, так и пропускную способность сети ещё до начала монтажа.