Power over Ethernet (PoE) ermöglicht es, Daten und elektrische Energie über ein einziges Ethernet-Kabel an ein angeschlossenes Gerät zu übertragen. Statt für jede IP-Kamera, jeden WLAN-Zugangspunkt oder jedes VoIP-Telefon ein separates Stromkabel zu verlegen, liefert PoE die Energie über dieselbe RJ45-Verbindung wie die Netzwerkdaten.
Die Technologie entwickelte sich über drei wichtige IEEE-Standards — 802.3af, 802.3at und 802.3bt — wobei jeder mehr Leistung bereitstellt als der vorherige. Für die Planung von Netzwerkinfrastruktur, die Auswahl von Switches und den Einsatz versorgter Geräte ist es wichtig, die Unterschiede zwischen PoE, PoE+ und PoE++ zu verstehen.
Funktionsweise von PoE
PoE nutzt die unbeschalteten oder datenführenden Adernpaare eines Ethernetkabels, um DC Strom zu übertragen. Das Power Sourcing Equipment (PSE), meist ein PoE-Switch oder Midspan-Injektor, erkennt vor dem Einschalten, ob das angeschlossene Gerät PoE unterstützt. So werden Schäden an Geräten ohne PoE verhindert.
Das versorgte Gerät (PD) handelt seinen Leistungsbedarf über einen Klassifizierungs-Handshake mit dem PSE aus. Anschließend weist das PSE diesem Port das passende Leistungsbudget zu.
PoE funktioniert über standardmäßige Cat5e-, Cat6- und Cat6a-Kabel mit üblichen RJ45-Steckern. Für einfache PoE- und PoE+-Installationen sind keine besonderen Stecker oder Kabel erforderlich.
IEEE PoE-Standards im Vergleich
| Standard | Allgemeine Bezeichnung | Maximale PSE-Leistung | Maximale Leistung am PD | Verwendete Adernpaare | Min. Kabel |
|---|---|---|---|---|---|
| IEEE 802.3af (2003) | PoE | 15.4 W | 12.95 W | 2-Paare | Cat3 |
| IEEE 802.3at (2009) | PoE+ | 30 W | 25.5 W | 2-Paare | Cat5e |
| IEEE 802.3bt Typ 3 (2018) | PoE++ / 4PPoE | 60 W | 51 W | 4-Paare | Cat5e |
| IEEE 802.3bt Typ 4 (2018) | PoE++ / 4PPoE | 100 W | 71.3 W | 4-Paare | Cat5e |
Die Leistungsdifferenz zwischen PSE-Ausgang und PD-Eingang entspricht den Kabelverlusten. Bei längeren Kabelstrecken wird mehr Leistung als Wärme abgegeben, sodass die PD weniger Leistung erhält, als die PSE liefert.
IEEE 802.3af – Original PoE (15.4 W)
Der ursprüngliche PoE-Standard, ratifiziert im Jahr 2003, liefert vom Switch bis zu 15.4 Watt pro Port. Am versorgten Gerät stehen garantiert 12.95 Watt zur Verfügung.
Dieses Leistungsbudget reicht aus für:
- VoIP-Telefone
- Einfache IP-Kameras (fest montiert, ohne PTZ)
- Einfache WLAN-Zugangspunkte (Ära 802.11a/b/g)
- Türzutrittsleser
- IP-Gegensprechanlagen
802.3af nutzt nur zwei der vier Aderpaare im Ethernet-Kabel. Die Stromversorgung erfolgt je nach PSE-Ausführung über die Datenpaare (Modus A) oder die freien Paare (Modus B).
Bei den meisten modernen Installationen reicht 802.3af nicht aus. IP-Kameras der aktuellen Generation mit IR-Beleuchtung, PTZ-Motoren und integrierter Analyse benötigen oft 15–25 Watt. 802.11ac- und 802.11ax-Zugangspunkte benötigen typischerweise 25–30 Watt. 802.3af-Geräte sind in älteren Installationen weiterhin verbreitet, doch neue Installationen sollten mindestens PoE+ einplanen.
IEEE 802.3at — PoE+ (30 W)
PoE+ (802.3at), ratifiziert in 2009, verdoppelt die verfügbare Leistung auf 30 Watt am PSE und 25.5 Watt am PD.
Dies deckt die meisten derzeit mit PoE betriebenen Geräte ab:
- 802.11ac- und 802.11ax-WLAN-Zugangspunkte
- Schwenk-Neige-Zoom-IP-Kameras mit IR-Beleuchtung
- Endgeräte für Videokonferenzen
- Thin Clients und PCs mit kompaktem Formfaktor
- VoIP-Telefone mit mehreren Leitungen und Display
- Netzwerkverbundene LED-Beleuchtung
PoE+ ist weiterhin der am weitesten verbreitete PoE-Standard. Die meisten heute verkauften Enterprise-PoE-Switches unterstützen 802.3at an allen Ports, und die große Mehrheit der mit 25.5W betriebenen Geräte ist für den Betrieb innerhalb des PoE-PD-Budgets ausgelegt.
Wie 802.3af nutzt auch PoE+ zwei Adernpaare. Für längere Strecken wird mindestens Cat5e empfohlen, um ohmsche Verluste zu verringern.
IEEE 802.3bt – PoE++ / 4PPoE (60 W und 100 W)
Der 802.3bt-Standard, ratifiziert im Jahr 2018, führte die Vierpaar-Stromversorgung ein: Dabei werden alle vier Adernpaare des Ethernet-Kabels gleichzeitig genutzt. So lassen sich deutlich höhere Leistungen übertragen, ohne die Stromgrenzwerte einzelner Paare zu überschreiten.
802.3bt legt zwei Typen fest:
Typ 3 (PoE++): bis zu 60 W am PSE und 51 W am PD. Für leistungsstarke Accesspoints, PTZ-Kameras mit Heizung und Digitalanzeigen.
Typ 4 (PoE++): Bis zu 100 Watt am PSE und 71.3 Watt am PD. Geeignet für Laptops, Thin Clients und industrielle Geräte mit hohem Leistungsbedarf.
Da 802.3bt alle vier Adernpaare nutzt, müssen alle vier Paare im Kabel durchgehend verbunden sein. Das ist ab Cat5e Standard; einige ältere Cat3- oder nicht normgerechte Patchkabel verbinden jedoch nur zwei Paare. Prüfen Sie vor dem Einsatz von 802.3bt stets die Kabelqualität.
Anwendungsfälle für 802.3bt
- WLAN 6 und WLAN 6E Access Points: Leistungsstarke APs von Cisco, Aruba und Ubiquiti können 25–40 Watt aufnehmen. 802.3bt Type 3 bietet ausreichend Reserve.
- Outdoor-PTZ-Kameras mit Heizung: Heizungen in Kameras für kalte Regionen können die Gesamtleistungsaufnahme auf 40–50 Watt erhöhen.
- Digitale Beschilderung: Gewerbliche Displays mit integrierten Mediaplayern können 40–60 Watt aufnehmen.
- Laptop-Laden: Mit 802.3bt Typ 4 kann ein Laptop über Ethernet geladen werden; ein separates Netzteil ist damit nicht erforderlich.
- Industrielle IoT-Geräte: Sensoren, Steuerungen und Edge-Computing-Knoten in Fabriken nutzen zunehmend PoE, um die Installation zu vereinfachen.
Kabel- und Steckverbinderanforderungen
Kabel
Für 802.3af und 802.3at wird mindestens Cat5e empfohlen. Cat5e unterstützt 10/100/1000 Mbps und führt die betreffenden Ströme ohne übermäßige Erwärmung.
Für 802.3bt werden Cat5e oder Cat6 benötigt. Die höheren Ströme durch alle vier Paare erzeugen mehr Wärme im Kabelbündel. In hochdichten Installationen mit vielen gebündelten 802.3bt-Kabeln wird Cat6a empfohlen, da der größere Leiterquerschnitt (23 AWG gegenüber 24 AWG bei Cat5e) Widerstandsverluste und Wärmeentwicklung verringert.
Der Standard TIA-568 enthält Derating-Richtlinien für gebündelte PoE-Kabel. Ein Bündel aus 24 Cat5e-Kabeln mit 802.3bt Leistung muss möglicherweise auf 80% der Nennstromkapazität reduziert werden, um sichere Temperaturgrenzen einzuhalten.
RJ45-Steckverbinder
Für alle PoE-Standards werden übliche RJ45-(8P8C)-Steckverbinder eingesetzt. In PoE-Anwendungen ist die Steckverbinderqualität allerdings wichtiger als bei reiner Datenübertragung.
PoE-Steckverbinder müssen während der gesamten Installationsdauer einen niedrigen Kontaktwiderstand aufrechterhalten. Ein hoher Kontaktwiderstand erhöht die Leistungsverluste und erzeugt Wärme an der Anschlussstelle. Verwenden Sie bei 802.3bt-Installationen für die höheren Ströme ausgelegte Steckverbinder, in der Regel mit vergoldeten Kontakten und wirksamer Zugentlastung.
Das Sortiment von CZT mit RJ45- und Ethernet-Steckverbindern umfasst geeignete Produkte für PoE-, PoE+- und PoE++-Anwendungen sowie Varianten für Feldanschlüsse und vorkonfektionierte Baugruppen.
PSE-Typen: Switches, Injektoren und Midspans
PoE-Switches
Ein PoE-Switch integriert die Stromversorgungseinrichtung direkt in die Switch-Hardware. Jeder Port kann unabhängig PoE Leistung liefern. PoE-Switches sind bei Neuanlagen der häufigste PSE-Typ.
Wichtige technische Daten:
- Leistungsbudget je Port: maximal verfügbare Wattzahl pro Port
- Gesamtes Switch-Leistungsbudget: die gleichzeitig über alle Ports verfügbare Leistung. Ein 24-port-PoE+-Switch mit 370W Gesamtbudget kann nicht alle 24 Ports zugleich mit 30W versorgen; dafür wären 720W nötig.
- Unterstützte PoE-Standards: 802.3af, 802.3at oder 802.3bt
PoE-Injektoren
Ein PoE-Injector (Midspan) ergänzt einen nicht PoE-fähigen Switch-Port um PoE. Er wird zwischen Switch und Endgerät geschaltet und speist Strom in das Kabel ein. So lässt sich PoE gezielt an einzelnen Ports bereitstellen, ohne den gesamten Switch auszutauschen.
Einport-Injektoren werden häufig eingesetzt, um einem einzelnen Gerät PoE hinzuzufügen. Multiport-Midspans mit üblicherweise 8, 12 oder 24 Ports kommen bei größeren Installationen zum Einsatz.
PoE-Splitter
Ein PoE-Splitter arbeitet umgekehrt: Er trennt Strom und Daten auf einem PoE-Kabel und stellt einen separaten DC-Stromausgang bereit. So lassen sich Geräte ohne PoE über einen PoE-Switch mit Strom versorgen, indem der DC-Ausgang des Splitters mit dem Stromeingang des Geräts verbunden wird.
Berechnung des PoE-Leistungsbudgets
Berechnen Sie bei der Auslegung einer PoE-Installation zunächst den benötigten Gesamtleistungsbedarf:
- Listen Sie alle versorgten Geräte und ihre maximale Leistungsaufnahme auf (die PD-Klasse finden Sie im Datenblatt des Geräts).
- 20% Reserve für künftige Erweiterungen hinzufügen
- Prüfen Sie, ob das Gesamtbudget des Switches PoE über diesem Wert liegt
- Portbezogene Budgets für leistungsstarke Geräte prüfen
Beispiel: 20 IP-Kameras mit je 15W + 10 Access Points mit je 25W = 300W + 250W = 550W. Mit 20% Reserve wird ein Gesamtbudget von 660W für die Switch-PoE benötigt.
Rückwärtskompatibilität
Die Normen PoE sind abwärtskompatibel. Ein Switch PoE++ (802.3bt) kann Geräte 802.3af und 802.3at versorgen und handelt im Klassifizierungshandshake die passende Leistungsstufe aus. Ein Gerät PoE+ erhält an einem Switch 802.3af nur 15.4W. Es arbeitet dann möglicherweise mit reduzierter Leistung oder gar nicht, wenn es mehr als 12.95W benötigt.
Prüfen Sie stets, ob der Mindestleistungsbedarf Ihrer versorgten Geräte innerhalb des PSE-Budgets je Port liegt.
Zusammenfassung
| Falls Sie benötigen … | Verwendung … |
|---|---|
| Einfache IP-Kameras und VoIP-Telefone | PoE (802.3af, 15.4W) |
| Moderne Access Points, PTZ-Kameras und Thin Clients | PoE+ (802.3at, 30W) |
| WLAN-6E-Access-Points, Hochleistungskameras und Displays | PoE++ Typ 3 (802.3bt, 60W) |
| Laptop-Laden und industrielle Hochleistungsgeräte | PoE++ Typ 4 (802.3bt, 100W) |
Für die meisten neuen Unternehmensinstallationen bietet PoE+ (802.3at) als Grundlage, ergänzt um PoE++ (802.3bt) an ausgewählten Hochleistungsports, das passende Verhältnis von Leistung und Kosten. Verwenden Sie durchgehend Cat6a-Verkabelung, um heutige und künftige Leistungsstufen ohne Bedenken hinsichtlich einer Belastungsreduzierung zu unterstützen.
CZT liefert RJ45-Steckverbinder, Patchkabel und Ethernetkomponenten für PoE-Infrastruktur. Entdecken Sie unseren Katalog für RJ45- und Ethernet-Steckverbinder oder kontaktieren Sie uns mit Ihren projektspezifischen Anforderungen.
