PoE là gì? Khám phá công nghệ Power over Ethernet và ứng dụng

Với các hệ thống camera IP, điện thoại VoIP, hệ thống chiếu sáng hay cảm biến,… khi lắp đặt luôn gặp vấn đề khó khăn trong việc cấp nguồn điện cho các thiết bị cuối. Bởi vì các thiết bị này thường nằm ở các vị trí không có hoặc xa nguồn điện. Theo cách truyền thống, ta sẽ phải đi 2 dây song song tới các thiết bị (gồm 1 dây điện và 1 dây cáp ethernet) hoặc sử dụng loại dây cáp kèm nguồn.

Tuy nhiên cả 2 cách này đều không hiệu quả vì tăng chi phí dây điện, thiếu an toàn về cháy nổ, mất thẩm mỹ. Công nghệ PoE ra đời giải quyết tất cả vấn đề này! Trong bài viết hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau đi tìm hiểu chi tiết về công nghệ này. Từ giải thích khái niệm, tới cách thức hoạt động và các tiêu chuẩn PoE phổ biến và những ứng dụng thực tế của công nghệ này!

Bài viết gồm các nội dung chính sau:

• Power Over Ethernet (PoE) là gì?
• Các khái niệm cần biết về PoE
• PoE hoạt động như thế nào?
• Sử dụng PoE có an toàn cho các thiết bị kết nối không?
• Tôi nên sử dụng loại cáp nào?
• Power Có thể sử dụng cáp CCA (Cu/Al) cho ứng dụng PoE không?
• Thông số điện của các tiêu chuẩn PoE
• Khoảng cách truyền PoE tối đa là bao nhiêu?
• Switch PoE và các ứng dụng

Power Over Ethernet (PoE) là gì?

PoE được viết tắt của Power Over Ethernet, là công nghệ cho phép cấp nguồn điện một chiều DC tới các thiết bị như camera IP, điện thoại VoIP qua dây cáp mạng. PoE giúp loại bỏ nhu cầu về nguồn điện và ổ cắm riêng cho các thiết bị nhưng không tăng khả năng truyền dữ liệu của dây cáp mạng.

Các khái niệm cần biết về PoE

Dưới đây là các thuật ngữ khi tìm hiểu về công nghệ PoE:

PoE, PoE+ và Ultra PoE

Hiện nay công nghệ PoE với các thiết bị như Switch PoE, hay PoE Injector có thể cung cấp lượng điện năng với công suất từ 12 Watt đến hơn 70 Watt với mỗi cổng kết nối. Dưới đây là các tiêu chuẩn PoE và công suất mà nó cung cấp:

Tiêu Chuẩn	Tên Gọi	Năm Xuất Bản	Công Suất Tối Đa	Loại Dây Cáp Hỗ Trợ	Số Cặp Dây Truyền Năng Lượng
IEEE 802.3af	PoE	2003	15.4W	Cat5e, Cat6	2 cặp
IEEE 802.3at	PoE+	2009	30W	Cat5e, Cat6	2 cặp
IEEE 802.3bt Loại 3	PoE++ Loại 3	2018	60W	Cat5e, Cat6, Cat6a	4 cặp
IEEE 802.3bt Loại 4	PoE++ Loại 4	2018	100W	Cat5e, Cat6, Cat6a	4 cặp

Thiết bị được cấp nguồn (PD)

Các thiết bị được cấp nguồn nhờ công nghệ PoE được gọi chung là thiết bị PD. Camera IP, điện thoại VoIP chính là thiết bị PD. Tuy nhiên không phải thiết bị nào cũng hỗ trợ được tính năng PoE. Vì các tiêu chuẩn PoE có khả năng cấp nguồn điện càng mạnh nên hiện nay sự phát triển thiết bị PD ngày càng được mở rộng.

Thiết bị cung cấp điện (PSE)

PSE là tên gọi tắt chung dành cho tất cả các thiết bị hỗ trợ tính năng tạo ra nguồn điện PoE. Thiết bị PSE được chia nhỏ thành 2 loại gồm Midspan và Endspan. Thiết bị PSE sẽ có cổng PoE là các cổng RJ45 để vừa cấp nguồn dữ liệu vừa cấp nguồn điện.

Thiết bị Endspan

Endspan là một cách triển khai PoE mà nguồn điện được cấp trực tiếp tại thiết bị đích (end device) hoặc thiết bị cuối cùng trong mạng, chẳng hạn như camera an ninh, điểm truy cập mạng (AP), hoặc điện thoại IP. Cách này giúp giảm độ phức tạp của cấu trúc mạng, đặc biệt là khi triển khai trong các hệ thống mới hoặc được thiết kế để hỗ trợ PoE từ đầu. Bộ chuyển mạch PoE là thiết bị điển hình cho Endspan.

Thiết bị Midspan

Midspan là một thiết bị chèn nguồn điện PoE vào giữa đường truyền Ethernet, nằm giữa switch mạng và thiết bị đích. Điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng một thiết bị Power over Ethernet Injector (PoE Injector) hoặc midspan switch.

Ưu điểm của phương pháp này là cho phép áp dụng PoE cho các hệ thống mạng đã tồn tại mà không cần phải thay đổi hoặc nâng cấp switch hiện tại. Midspan cung cấp khả năng tích hợp PoE vào mạng mà không cần thay đổi cơ sở hạ tầng mạng đã có.

PoE hoạt động như thế nào?

Để cấp nguồn PoE qua cáp Ethernet người ta sử dụng 3 kỹ thuật chính:

• Phương án A: sử dụng 2 cặp dây dẫn trong số 4 cặp dây xoắn trong cáp mạng để vừa truyền tín hiệu và nguồn điện. Kỹ thuật này thường được sử dụng trong mạng 10BASE-T và 100BASE-TX sử dụng với hệ thống dây cáp mạng Cat5.
• Phương án B: sử dụng 2 cặp dây dẫn dự phòng không truyền dữ liệu trong 4 cặp dây xoắn của dây mạng để cấp nguồn điện. Kỹ thuật này tách biệt việc truyền dữ liệu và truyền điện trên các cặp dây dẫn khác nhau.
• 4PPoE: sử dụng tất cả 4 cặp dây dẫn của dây mạng để cấp nguồn điện với công suất tối đa.

“Alternative A” và “Alternative B” là hai phương thức khác nhau để truyền tải nguồn điện qua cùng dây dữ liệu trong cáp Ethernet. “Alternative A” truyền nguồn điện trên cùng cặp dây dữ liệu, trong khi “Alternative B” sử dụng các cặp dây dự phòng để truyền tải nguồn điện.

Cả hai phương pháp này không làm ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu vì Ethernet sử dụng differential signaling. Tương tự như cách nguồn điện phantom được sử dụng trong việc cung cấp nguồn cho micro condenser.

Các tiêu chuẩn PoE của IEEE cho phép sự giao tiếp giữa thiết bị cung cấp nguồn (PSE) và thiết bị sử dụng nguồn (PD), điều này giúp xác định có thiết bị hỗ trợ PoE hay không, và cho phép các thiết bị này đàm phán về lượng nguồn điện cần hoặc có sẵn, tránh hỏng hóc cho các thiết bị không tương thích.

4PPoE là một phương thức khác, sử dụng cả bốn cặp dây trong cáp Ethernet để truyền tải cả nguồn điện và dữ liệu. Điều này cho phép cung cấp nguồn điện có công suất cao hơn, thích hợp cho các ứng dụng như camera pan–tilt–zoom (PTZ), điểm truy cập mạng hiệu suất cao, hoặc thậm chí là sạc pin laptop.

Sử dụng PoE có an toàn cho các thiết bị kết nối không?

Nếu PoE tuân thủ các tiêu chuẩn IEEE 802.3af/at/bt thì rất an toàn khi ta lắp đặt đúng cách. Ngay cả khi ta sử dụng Switch PoE và kết nối với các thiết bị không hỗ trợ PoE. Bởi vì, các thiết bị PSE ngày nay rất thông minh, chúng sẽ tiến hành kiểm tra xem thiết bị mình kết nối có hỗ trợ PoE hay không? Nếu không thì chúng sẽ chỉ cấp dữ liệu chứ không cấp nguồn tới các thiết bị đó.

Trong trường hợp sử dụng Passive Switch PoE thì ta sẽ cần phải kết nối cổng PoE với đúng thiết bị PoE. Vì loại Switch này không có tính năng thông minh hỗ trợ nhận diện thiết bị kết nối có PoE hay không. Điều này cũng tương tự khi sử dụng PoE Injector trong mạng.

Tôi nên sử dụng loại cáp nào?

Ta không cần phải sử dụng loại cáp đặc biệt hay chuyên dụng nào cho nhu cầu PoE. Nhưng nhớ rằng kết nối Ultra-PoE yêu cầu cáp mạng loại 8 chân, nhưng có loại cáp rẻ tiền chỉ có 4 chân. Vì chúng chỉ hỗ trợ tốc độ fast Ethernet.

Tiêu Chuẩn PoE	Loại Cáp Tối Thiểu	Yêu Cầu Ghim Chân (IEEE 802.3af/at/bt)	Chế Độ Hỗ Trợ
IEEE 802.3af (PoE)	Cat5e	4 chân/ 2 cặp	Chế độ A và B
IEEE 802.3at (PoE+)	Cat5e	4 chân/ 2 cặp	Chế độ A và B
IEEE 802.3bt Type 3	Cat5e	8 chân/ 4 cặp	4PPoE
IEEE 802.3bt Type 4	Cat6a hoặc Cat8	8 chân/ 4 cặp	4PPoE

Power Có thể sử dụng cáp CCA (Cu/Al) cho ứng dụng PoE không?

Cáp CCA là loại cáp có lõi nhôm bên ngoài bọc lớp đồng. Nó không giống loại cáp mạng lõi đồng thông thường. Mà nhôm thì không phải là chất dẫn điện tốt, nó có nhiều điện trở và khi truyền điện sinh ra nhiệt năng lớn. Do đó, nếu sử dụng cáp CCA cho ứng dụng PoE thì tiêu hao điện năng lớn và nguy cơ về cháy nổ cao.

Vì vậy, mình khuyên bạn không nên sử dụng loại cáp CCA cho các ứng dụng PoE. Mặc dù các tiêu chuẩn PoE không hề yêu cầu về loại cáp đặc biệt nhưng nó phải là cáp đồng. Đừng bất chấp sử dụng cáp CCA vì lợi ích về chi phí. Điều này không đáng kể so với những tổn thất và nguy cơ có thể xảy ra.

Thông số điện của các tiêu chuẩn PoE

Tiêu chuẩn PoE	Điện áp PD	Điện áp PSE	Công suất tối thiểu PD	Sản lượng tối thiểu PSE
IEEE 802.3af	33-57V	44-57V	12,95 W	15,40 W
IEEE 802.3at	42.5-57V	50-57V	25,5 W	30 W
IEEE 802.3bt Loại 3	42.5-57V	50-57V	51 W	60 W
IEEE 802.3bt Loại 4	41.1-57V	52-57V	71 W	100W

Khoảng cách truyền PoE tối đa là bao nhiêu?

Vì PoE cấp nguồn qua dây cáp mạng nên nó cũng có giới hạn 100m. Ngoài khoảng cách này ta sẽ gặp các vấn đề về hiệu suất truyền dẫn lẫn tín hiệu yếu. Trong trường hợp ta muốn truyền dẫn PoE ở khoảng cách xa hơn 100m. Ta phải sử dụng thiết bị bộ mở rộng nguồn PoE (PoE Extender). Thiết bị này sẽ được lắp đặt ở giữa Switch PoE và camera IP để tăng khoảng cách cấp nguồn lên. Nó sẽ cho bạn thêm 100m khoảng cách nữa và nếu bạn muốn nối càng xa thì ta lại phải sử dụng càng nhiều PoE Extender.

Switch PoE và các ứng dụng

Switch PoE được coi là một trong những thiết bị PSE tiêu biểu nhất. Với việc thêm tính năng PoE vào bộ chuyển mạch, ta có thể giải quyết vấn đề nguồn điện cho các hệ thống camera IP, giám sát hay điện thoại VoIP. Đây cũng chính là những ứng dụng thực tế phổ biến nhất dành cho loại Switch PoE này.

Với công nghệ PoE phát triển, các loại Switch PoE++ có khả năng cung cấp nguồn điện lên tới 70W cho các thiết bị kết nối. Do đó, mở rộng ứng dụng của thiết bị này cho nhiều hệ thống khác nhau. Không chỉ dừng lại ở các camera IP nhỏ gọn mà có thể cấp nguồn cho camera loại PTZ.

Switch PoE có thể áp dụng cho nhiều hệ thống khác nhau từ điểm truy cập mạng, thiết bị IoT, đèn LED và chiếu sáng, máy chủ VoIP.

Mong rằng qua bài viết này, bạn đã có cái nhìn chi tiết nhất về công PoE, hiểu được các khái niệm liên quan và cách hoạt động của nó. Nếu còn điều gì thắc mắc, hãy để lại dưới phần bình luận, mình sẽ giải đáp chi tiết và sớm nhất!