Power-over-Ethernet (PoE) - Stromversorgung per LAN-Kabel
Sie lieben all Ihre technischen Geräte, aber der Kabelsalat, der durch ihre Nutzung oft entsteht, ist Ihnen ein Dorn im Auge. Oft wünschen Sie sich, diese Menge an Kabeln reduzieren zu können. Stromkabel, Netzwerkkabel, warum kann man beides nicht in einem Kabel vereinen? Die gute Nachricht ist, dass dies wirklich möglich ist. Das Zauberwort ist Power-over-Ethernet, kurz PoE. Was PoE genau ist und was Sie damit alles machen können, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Das Thema im Überblick
- Was ist Power-over-Ethernet (PoE)?
- Wie funktioniert PoE?
- Warum sollte Power-over-Ethernet eingesetzt werden?
- Was sind die Vorteile von PoE?
- Was sind die Nachteile von PoE?
- Wo kommt PoE zum Einsatz?
- Was muss man bei PoE beachten?
- Welche Standards gibt es für Power-over-Ethernet?
- Wie erkennt man, ob das Gerät für PoE geeignet ist?
- Welche Geräte unterstützen PoE?
- Wie viel Strom können PoE-Geräte liefern?
- Wofür stehen die PoE-Klassen?
- Können alle Ethernetkabel PoE?
- Welche Voraussetzungen braucht Power-over-Ethernet?
- Kann ich gleichzeitig PoE-Geräte und Nicht-PoE-Geräte in meinem Netzwerk verwenden?
- Was ist PoE+?
- Fazit
Power-over-Ethernet ist eine Methode, die es ermöglicht, ein Gerät über ein Netzkabel nicht nur mit Netzwerk und Daten zu versorgen, sondern gleichzeitig auch mit Strom. Dabei gibt es unterschiedliche Standards, die für verschiedene PoE-Implementierungen zur Verfügung stehen. PoE eignet sich besonders gut für die Stromversorgung von Geräten, die eine niedrige bis mittlere Leistung haben. Dazu gehören beispielsweise Kameras, schlüssellose Zugangsgeräte und Wireless Access Points, die in der Lage sind, Netzwerk und Strom in einem Kabel zu nutzen. Dafür werden sogenannte Netzwerk-Switches genutzt. Das PoE-Endgerät benötigt dann keine eigene Stromquelle, es wird direkt über das Datennetz mit Strom versorgt. Es handelt sich bei Power-over-Ethernet also um eine Netzkabelstromversorgung. Das Netzkabel übernimmt in dem Fall die Übertragung von Daten und Strom gleichzeitig.
Für Power-over-Ethernet werden Ethernet-Kabel benötigt, die CATx Standards erfüllen. Diese Kabel bestehen aus vier Kabelpaaren, die verdrillt sind. Über diese Paare wird der Strom an die Geräte geschickt, die PoE-fähig sind. Die ersten PoE-Standards nutzten zwei der verdrillten Paare, um die Daten zu übermitteln, die beiden anderen Paare wurden genutzt für die Übertragung des Stroms. Bei den neuen PoE-Standards läuft es etwas anders, hier werden Daten und Strom über alle vier Paare geschickt. Es ist problemlos möglich, die gleichen Paare für beides zu nutzen, da sich die Stromübertragung und die Datenübertragung nicht gegenseitig stören. Grund dafür ist, dass die Übertragung von Daten und Strom an entgegengesetzten Enden stattfindet. Während Strom eine niedrige Frequenz von 60 Hz oder weniger aufweist, liegen die Frequenzen bei Datenübertragungen zwischen 10 und 100 Mio. Hz.
Es gibt einige Gründe, die für die Nutzung von Power-over-Ethernet sprechen. Ein Grund ist die Zeit- und Kostenersparnis, die sich dadurch ergibt, dass die elektrische Versorgung und die Netzwerkkommunikation über eine Leitung läuft. Ein weiterer Grund ist die größere Flexibilität. Geräte können in einem PoE Netzwerk einfacher verlagert werden, da es nicht notwendig ist, dass sie sich in der Nähe eine Steckdose befinden. Da PoE-Switches und Injektoren über eingebaute Sicherheitsfunktionen verfügen, sind PoE-Geräte im Netzwerk optimal vor Überstrom, Überlast, Unterspannung und Überspannung geschützt. Wichtig ist für viele auch, dass die Geräte zuverlässig mit Strom versorgt werden. Eine PoE Infrastruktur stellt sicher, dass alle kritischen Geräte die benötigte Versorgungsspannung aus einer zuverlässigen Quelle bekommen. In den meisten Fällen ist es so, dass PoE-Injektoren von einem UPS System versorgt werden, also einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, auch als USV bekannt. Dadurch ist es möglich, diese UPS auf alle Geräte erweitern zu können. Dafür werden keine weiteren Leitungen oder Adapter benötigt.
Der größte Vorteil ist, dass bei PoE kein Kabel für die Stromversorgung benötigt wird. Dadurch können entsprechende Geräte flexibler eingesetzt werden, da keine Steckdose für den Betrieb notwendig ist. Somit können Geräte, die über PoE betrieben werden, auch dort eingesetzt werden, wo kein zusätzlicher Stromanschluss vorhanden ist oder zu viele Kabel störend sind. Auch der Einsatz von Geräten wie Webcams und Überwachungskameras in Bereichen, in denen kein Stromanschluss zur Verfügung steht, kann durch PoE realisiert werden. Dadurch werden auch die Kosten reduziert, da beispielsweise keine Kabelkanäle benötigt werden.
Zudem kann mit PoE die Stromversorgung sichergestellt werden für den Fall, dass es zu einem Stromausfall kommt. Dafür kann beispielsweise eine UPS an dem PoE-Switch genutzt werden. Werden PoE-Geräte an ein Netzwerk angeschlossen, das über eine hohe Sicherheitsstufe verfügt, erhalten diese den gleichen Schutz wie alle anderen Netzwerkressourcen. Sie stellen also kein Risiko für die Sicherheit dar.
PoE bietet viele Vorteile, hat aber natürlich auch Nachteile. Der größte Nachteil ist in den Leistungsgrenzen zu finden. Das bedeutet, dass nicht jedes Gerät per PoE betrieben werden kann. Alle Geräte, die mit dem älteren PoE-Standard aus dem Jahre 2003 arbeiten, sind begrenzt auf 25,5 Watt. Es gibt nur bestimmte Kleingeräte, die so betrieben werden können, beispielsweise Kameras und IP-Telefone. Benötigen Geräte eine höhere Leistung, ist es notwendig, dass sie den neuen Spezifikationen entsprechen. Aber auch bei diesen Spezifikationen sind auf der Verbraucherseite nur maximal 72 Watt möglich.
Begrenzungen gibt es auch bei der Entfernung, denn die Stromübertragung per PoE reicht höchstens 100 Meter. Muss eine längere Strecke überbrückt werden, ist es notwendig, beispielsweise einen PoE-Extender oder eine andere Methode zu nutzen, um die Stromversorgung sicherzustellen.
Wird PoE in einem Netzwerk ohne hohe Sicherheitsstufe genutzt, stellen PoE-Geräte einen guten Angriffspunkt dar. Zudem sind die Kosten für einen PoE-Switch höher als für herkömmliche Switches. Auch die durch die Nutzung des Stroms entstehende Wärme in den Kabeln kann ein Problem sein. Es handelt sich um Datenkabel, ihre Aufgabe ist es, digitale Signale zuverlässig zu übertragen. Für die Übertragung von Strom sind sie für gewöhnlich nicht konzipiert. Die Stromversorgung ist eine zusätzliche Belastung für das Kabel, dadurch kann es zu einem Temperaturanstieg im Kabel kommen. Bei einer starken Überlastung kann dadurch sogar eine Funkenbildung entstehen. Allerdings gilt das nicht für die normale oder handelsübliche Nutzung, in dem Fall sollten solche Probleme nicht auftreten.
Power-over-Ethernet wird für gewöhnlich nur von Netzwerkgeräten genutzt. Da die Netzwerkkabel hauptsächlich für die Datenübertragung konzipiert werden, können sie meistens keine hohen Spannungen aushalten. Aus diesem Grund nutzen oft nur Netzwerkgeräte, die wenig Leistung benötigen, PoE. Zu diesen Geräten gehören beispielsweise IP-Telefone, Kameras, kleine NAS-Server, kleine Hubs, Switches und Medienserver. Dadurch wird PoE hauptsächlich in Privathäusern genutzt. Besonders durch die steigende Nutzung von Smart-Home-Geräten nimmt die Verwendung von PoE immer mehr zu. Überwachungskameras stehen hier besonders im Mittelpunkt. Nicht immer steht dort, wo sie installiert werden sollen, eine Steckdose zur Verfügung. Durch PoE ist es möglich, diese Kameras zuverlässig mit Strom zu versorgen, ohne neue Leitungen legen lassen zu müssen. Im industriellen Bereich kommt PoE ebenfalls zum Einsatz, hier wird es hauptsächlich für Messgeräte und Sensoren genutzt.
Wichtig ist, dass für den Einsatz von PoE bestimmte Kabel genutzt werden müssen. Nicht jedes Kabel ist in der Lage, die gleichzeitige Versorgung mit Strom und Daten jederzeit sicherzustellen. PoE Kabel können sehr leicht erhitzen durch die zusätzliche Stromübertragung. Dadurch kommt es zu einer zusätzlichen Dämpfung. Folge davon ist, dass weniger Daten übertragen werden können. Die maximalen Übertragungsleistungen sollten bestenfalls an die jeweiligen Temperaturbedingungen angepasst werden. Daher sollte beim Kauf des Kabels darauf geachtet werden, Modelle zu nehmen, bei denen der AWG-Wert für den Aderquerschnitt nicht über 24 liegt.
Ist die zu überwindende Strecke länger als 100 Meter, sollte ein zusätzlicher Extender genutzt werden, da es ansonsten zu einer Verringerung der Spannung kommen kann. Generell ist es so, dass die auftretenden Verluste umso höher sind, je länger das Netzwerkkabel ist. Beim Einsatz eines PoE-Switches sollte zudem der Energiebedarf der Powered Devices (PD), also der Endgeräte, die über Ethernet PoE mit Strom versorgt werden, bekannt sein. Ist der Leistungsbedarf aller Geräte zu groß für den PoE-Switch, kann es zu Problemen bei der Performance kommen.
Es gibt mehrere PoE Standards, die vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), Cisco und der HDBaseT Alliance für die Definition von PoE veröffentlicht wurden. Neben IEEE 802.3af, IEEE 802.3at und IEEE 802.3bt gehören auch Cisco UPOE und Power over HDBaseT (PoH) dazu.
Es gibt mehrere PoE Standards, die vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), Cisco und der HDBaseT Alliance für die Definition von PoE veröffentlicht wurden. Neben IEEE 802.3af, IEEE 802.3at und IEEE 802.3bt gehören auch Cisco UPOE und Power over HDBaseT (PoH) dazu.
- IEEE 802.3af Standard
Dieser Standard definiert die Anforderungen an die Versorgung per PoE mit bis zu 15,4 Watt Gleichstrom, ohne dass dadurch die Datenrate eines Ethernet-Netzwerks beeinträchtigt wird. Dieser Norm entspricht das Power Sourcing Equipment, kurz PSE. Dabei handelt es sich um eine Komponente der PoE-Architektur. Diese stellt fest, ob ein PoE-Gerät angeschlossen ist und eine Stromversorgung benötigt. PSE überträgt die PoE-Leistung über zwei der vier Kabelpaare in 10/100/1000BASE-T-Netzen - IEEE 802.3at Standard
Bei diesem Standard handelt es sich hauptsächlich um eine Erweiterung des Standards IEEE 802.3af. Durch diesen Standard soll eine stärkere Versorgung der PoE-Geräte erreicht werden, er ermöglicht fast eine Verdoppelung der elektrischen Leistung auf 30 Watt. Der Standard ist abwärtskompatibel zum vorherigen Standard und auch bekannt als PoE+. - IEEE 802.3bt Standard
Das ist nun der neueste PoE-Standard. Dieser ermöglicht die Stromversorgung über alle vier Paare eines Standard-Ethernet-Kabels. Er unterstützt das 2,5G/5G/5G/10GBASE-T-Netzwerk. Der IEEE 802.3bt Standard definiert zwei Arten von PoE, Typ 3, der bis zu 60 Watt Leistung liefert und Typ 4, der bis zu 100 Watt Leistung bietet. - Cisco UPOE
Der Standard UPOE wird von Cisco entwickelt, die Abkürzung steht für Universal Power Over Ethernet. Er erweitert den IEEE 802.3at Standard um alle vier Kabelpaare. Dadurch können bis zu 60 Watt Leistung geliefert werden, wodurch die Auswahl an Geräten, die über PoE genutzt werden können, erweitert wird. - Power over HDBaseT (PoH)
PoH ist ein Standard, der von der HDBaseT Alliance eingeführt worden ist. Als Basis fungiert der IEEE 802.3 at Standard, er wird aber modifiziert, um so auf sichere Weise bis zu 100 Watt Gleichstrom über vier Kabelpaare bereitstellen zu können.
Ein Gerät ist immer dann für PoE geeignet, wenn es einem der genannten Standards entspricht. Da PoE noch immer ein recht neuartiges Konzept ist, können die meisten älteren Geräte dafür nicht genutzt werden. Ob neue Geräte PoE-fähig sind, kann für gewöhnlich der Beschreibung entnommen werden.
Bislang sind es nur bestimmte Kleingeräte, die eine Stromversorgung über das Netzwerkkabel ermöglichen. Dazu gehören beispielsweise kleine Kameras, IP-Telefone, WLAN-Access-Points, sichere Zutrittskontrollsysteme, Sicherheitskameras, Netzwerk-Switches, Kiosksysteme (POS) und auch kleine, sparsame Notebooks. Besonders häufig kommt PoE mittlerweile in Sicherheitssystemen, bei Smart Homes und in der industriellen Automation zum Einsatz.
PoE-Geräte können maximal 15,4 Watt pro Port liefern, bei PoE+-Geräten sind es maximal 30 Watt pro Port. Allerdings entsteht im Netzwerkkabel immer eine gewisse Verlustleistung. Dieser Anteil ist umso größer, je länger das Kabel ist. Es gibt eine garantierte Mindestleistungsabgabe an PD-Geräte, diese liegt bei PoE bei 12,95 Watt pro Port und bei PoE+ bei 25,5 Watt pro Port. Bei den PSE-Geräten gibt es ein maximales Leistungsbudget. Das ist die Gesamtleistung in Watt, die PSE-Geräte gleichzeitig an PD-Geräte liefern können. Das Leistungsbudget der meisten PSE-Geräte ist allerdings nicht hoch genug, um die maximale Leistung an alle Ports zu liefern, die PoE-fähig sind. Der Grund dafür ist ganz einfach, die meisten Nutzer brauchen diese Leistung gar nicht.
Alle Geräte, die PoE oder auch PoE+ für die Stromversorgung nutzen, erhalten eine Klasse von 0 bis 4. In welche Klasse sie eingeordnet werden, hängt davon ab, wie viel Strom sie brauchen. Das PD-Gerät übermittelt seine Klasse an das PSE-Gerät, sobald beide verbunden werden. Dadurch weiß das PSE-Gerät, wie viel Strom es zur Verfügung stellen muss. Geräte der Klasse 1, 2 und 3 benötigen sehr wenig bis zu einer mittleren Menge an Strom. Besonders viel Strom benötigen Geräte der Klasse 4. Sie sind nur kompatibel mit PoE+-PSE-Geräten.
Nein, nicht alle Ethernetkabel können PoE. Geeignet für PoE sind nur Kabel ab CAT5e. Diese Kabel bestehen aus vier verdrillten Kabelpaaren, über die PoE Strom an die PD-Geräte schickt. Wie leistungsstark ein Netzwerk ist, hängt immer von der Wahl der richtigen Kabel ab. Auch wenn Kabel ab CAT5e für PoE geeignet sind, sollten CAT6A-Kabel verwendet werden für PoE. Diese werden als zukunftssichere Technologie angesehen und sind in der Lage, alle Anforderungen von PoE zu erfüllen.
Soll ein Gerät nicht nur Daten, sondern auch Strom über ein Netzwerkkabel beziehen, muss dafür auch Strom in die Datenleitung gebracht werden. Die beste Möglichkeit dafür ist der Netzwerkverteiler. Für gewöhnlich kommt dafür ein PoE-Switch zum Einsatz. Auch die Wahl des richtigen Kabels ist wichtig, wenn die Datenübertragung nicht beeinträchtigt werden soll. Das Kabel muss PoE-geeignet sein, das ist bei Kabeln ab CAT5e der Fall. Das Kabel sollte möglichst nicht zu lang sein, da es ansonsten zu einem Spannungsabfall kommen kann. Natürlich müssen die Geräte, die per PoE versorgt werden sollen, auch PoE-fähig sein. Dafür müssen sie einem der PoE-Standards entsprechen.
Es ist problemlos möglich, in einem Netzwerk sowohl PoE-Geräte als auch Nicht-PoE-Geräte zu verwenden. Es ist aber nicht möglich, mit Nicht-PoE-Geräten PD-Geräte mit Strom zu versorgen. Ebenfalls können sie selbst nicht Strom von einem PSE-Gerät beziehen. Für Nicht-PoE-Geräte wird immer eine separate Stromquelle benötigt.
PoE+ ist eine andere Bezeichnung für den IEEE 802.3at Standard. Der Unterschied zu seinem Vorgänger, dem Standard IEEE 802.3af ist, dass PSE-Geräte bei PoE+ in der Lage sind, fast doppelt so viel Strom zur Verfügung zu stellen über ein einziges Netzwerkkabel. PoE+-PSE-Geräte können aber nicht nur für PoE+-PD-Geräte Strom zur Verfügung stellen, sondern auch für PoE-PD-Geräte.
Dagegen ist es PoE-PSE-Geräten nicht möglich, auch PoE+-PD-Geräte mit Strom zu versorgen. Sie können nur für PoE-PD-Geräte genutzt werden. Der Grund dafür ist, dass PoE+-PD-Geräte mehr Strom benötigen als PoE-PD-Geräte.
PoE ist zwar noch nicht allzu sehr verbreitet, kann aber für mehr Ordnung sorgen. Durch das Einsparen von Stromkabeln wird es ordentlicher, es muss nicht mehr so viel versteckt werden und zudem sind wieder ein paar mehr der sowieso immer zu rar gesäten Steckdosen wieder frei. Außerdem ist es damit auch möglich, Geräte mit Strom zu versorgen, die an Stellen ohne Stromversorgung angebracht werden. Das bedeutet für Sie, dass Sie nun endlich auch Ihre Überwachungskameras anbringen können, ohne einen Elektriker beauftragen oder mit Kabeltrommeln und Verlängerungskabeln arbeiten zu müssen. Noch kommt PoE nicht oft zum Einsatz, das könnte sich aber schon bald ändern. Mit der Zeit wird es immer mehr Geräte geben, die PoE-fähig sind. Auch die Technik wird sich verbessern, sodass bald vielleicht auch größere Geräte darüber betrieben werden können. PoE hat sicherlich eine Zukunft.
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