PoE (Power over Ethernet)

Power over Ethernet (PoE) é uma técnica que possibilita transmitir em um único cabo, energia e dados, eliminando a necessidade de infraestrutura elétrica para energizar dispositivos habilitados para IP. 

Em um sistema de CFTV por exemplo, antes tínhamos que nos preocupar com duas instalações: Uma à rede elétrica para energizar a câmera e outra para enviar as imagens coletadas ao dispositivo de gravação. Agora, o PoE simplifica tudo ao possibilitar que dados e energia trafeguem no mesmo cabo UTP. 

Os benefícios são muitos e vão desde a redução de custos com infraestrutura e tempo de instalação até a minimização de impactos visuais decorrentes do excesso de fios no ambiente. É possível fornecer até 100W de energia DC para cada porta PoE, o suficiente para colocar em funcionamento Tvs, painéis de autoatendimento entre outros. 

1 - Como surgiu o padrão Power over Ethernet (PoE)? 

Com a chegada dos cabos UTP categoria 5 ao mercado, começaram a aparecer várias “gambiarras” com o intuito de aproveitar dois pares de fios não utilizados na transmissão de dados para fornecer energia elétrica aos dispositivos conectados na extremidade da rede. No entanto, a inexistência de um padrão para implementação da técnica originava uma série de incompatibilidades entre soluções de diferentes fabricantes, criando barreiras para integração de várias tecnologias. Diante desse problema o IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) publicou em 2003 o padrão IEEE 802.3af que normatizou a técnica de transmissão de energia elétrica via protocolo ethernet por cabos de par trançado.

2 - Equipamentos PoE 

Os equipamentos PoE são classificados em dois grupos: PSE (Power Sourcing Equipment) Aparelhos usados para energizar o cabo UTP: Injetores passivos e ativos ou switches PoE. 

A diferença entre injetor passivo e ativo é que o primeiro fornece energia de maneira constante ao cabo independentemente se há um dispositivo do outro lado ou se ele precisa ser alimentado. É comum associar o seu uso com divisores que separam dados e corrente em dois conectores distintos (RJ45 para dados e P4 para energia).

O injetor ativo e o switch, oferecem funcionalidades adicionais como a detecção automática de dispositivos compatíveis com PoE. Isso quer dizer que se você conectar um computador para acessar a internet eles identificarão automaticamente que não há necessidade de enviar energia, apenas dados, evitando a queima da placa de rede do PC.

PD (Powered Device)

São os dispositivos energizados: Câmeras, telefones, sensores, entre outros.

3 - Funcionamento

Três métodos podem ser usados para energizar o cabeamento: 

 Método A 

A energia é adicionada ao cabo UTP nos pares que não trafegam dados 4-5,7 e 8. Basta a utilização de um kit de injetor passivo (PSE) e divisor nas extremidades de cada cabo para tornar qualquer sistema de cabeamento estruturado compatível com PoE.

 Método B e C

Em ambos energia e dados trafegam simultaneamente nos mesmos pares e utilizam como PSE switches ou injetores ativos.

Entretanto o método B utiliza os pares 1-2,3 e 6 e o C utiliza todos os pares do cabo UTP, portanto consegue transmitir mais energia.

4 - Vantagens de usar PoE

-> Instalação Simplificada: O PoE é a saída para simplificar a infraestrutura de cabeamento em locais de difícil acesso como topo de edifícios e tetos suspensos. 

-> Redução de custos: A redução do escopo de infraestrutura elétrica ou aproveitamento do cabeamento estruturado existente é a chave para economizar em projetos de expansão. 

-> Manutenção facilitada: Junto com a redução do número de tomadas elétricas, minimiza-se os pontos de falha do sistema, resultando em menos problemas para a equipe técnica; 

-> Centralização de redundância elétrica: Como todos os cabos UTP terminam em uma sala técnica, fica mais fácil usar o UPS ou gerador de forma centralizada; 

-> Menor impacto visual: Transmitir dados e energia elétrica juntos pode reduzir o excesso de cabos aparentes evitando comprometer o projeto arquitetônico de ambientes como lojas e galerias de arte; 

-> Mais segurança: Como o PoE trabalha com tensões menores que o sistema elétrico tradicional a distribuição de energia acontece de forma mais segura. 

-> Alta compatibilidade: Redes com suporte a dispositivos PoE são totalmente compatíveis com dispositivos não PoE; 

-> Fácil conectividade: O conector RJ45, amplamente utilizado em qualquer projeto de infraestrutura torna plug and play a instalação de novos dispositivos;

5 - Quanto de energia fornece, classes e normas

A norma IEEE 802.3af padronizou o fornecimento de até 14,4W de potência via cabo de rede, contudo, a demanda impulsionada pela indústria 4.0, IoT e a crescente automação de edifícios têm disseminado dispositivos IP para todos os lados exigindo que o PoE forneça maior quantidade de energia para viabilizar aplicações mais complexas. 

Desta forma, a evolução da técnica foi natural. A classe 4 padronizada pela norma IEEE 802.3bt prevê o fornecimento de 100W, potência suficiente para energizar a maioria dos equipamentos que ficaram de fora na primeira classe (câmeras PTZ, monitores de TV, alto-falantes, leitores de cartão, laptops, entre outros). 

O The Edge por exemplo, é um edifício ultramoderno desenvolvido para a AKD e Deloitte no Sul de Amsterdã que tem seu sistema de iluminação suportado por PoE.

Veja com mais detalhes a evolução da tecnologia

Classe	Norma	Pode ser conhecido como	Potência Máxima PSE *	Potência Máxima PD **	Dispositivos Suportados ***
1	PoE , PoE de 2 pares	IEEE 802.3af	15,4W	12,95W	Telefones VoIP, Sensores , Access Points (2 antenas), Câmeras CFTV simples
2	PoE+, PoE Plus	IEEE 802.3at	30W	25,5W	Câmeras CFTV com inclinação e zoom, Access Point (6 antenas), monitores LCD, sensores biométricos, tablets
3	PoE de 4 pares , PoE 4P, PoE ++, UPOE	IEEE 802.3bt	60W	51W	Dispositivos de Videoconferência VoIP, dispositivos de automação predial
4	PoE (High Power)	IEEE 802.3bt	100W	71W	A maioria dos dispositivos que se comunicam por IP

* Se refere a potência nominal máxima de saída no PSE (Power Sourcing Equipment);

** Potência máxima que chega ao PD; (Powered Device)

*** Podem haver outras aplicações;

6 - Cuidados que você deve ter

É muito importante seguir as normas de cabeamento estruturado para eliminar problemas como elevação de temperatura e transmissão dos dados. 

Quanto mais energia se quer transmitir, maior será a elevação da temperatura no feixe de cabos lançados em eletrodutos e eletrocalhas, por isso é indicado o uso de categorias superiores de cabo como o Cat 6A e Cat 7A em aplicações PoE de 4 pares. Ficar de olho em fatores como tamanho dos lances, se estão sendo utilizados conectores que suportam desconexão sob carga também são imprescindíveis para não comprometer a confiabilidade da solução ao longo do tempo.

Fonte: Redes Tecnologia e Serviços

Topologia em Fibra Óptica

Uma vez que a inserção de potência luminosa numa fibra em uma única direção é simples, a tecnologia de transmissão por fibras ópticas mais utilizada é a ponto- a-ponto.
Esse fato tende a favorecer a incorporação de fibras ópticas em sub-redes configuradas em anel ou estrela, já que são topologias baseadas em enlaces ponto-a-ponto.
As topologias em barramento, baseadas em conexões bidirecionais, necessitam de uma tecnologia de acoplamento ótico mais elaborada, uma vez que há dificuldade de acoplamento bidirecional e de derivação de potência luminosa nas conexões multiponto.

Estrela Passiva
A configuração estrela passiva é formada por um transceptor , um acoplador estrela passivo central, que serve para dividir entre os nós a potência óptica emitida por cada transceptor e segmentos de cabo ótico duplo interligando cada transceptor ao elemento passivo central.
Apesar da limitação ao número de estações e das distâncias suportadas, esta configuração permite obter vantagens em relação a versatilidade, confiabilidade, imunidade ao ruído e segurança de dados.
Uma vez que o elemento central divisor de potência não possui componentes eletrônicos, este é considerado bastante confiável.
A imunidade ao ruído e a integridade dos dados podem ser asseguradas por uma blindagem adequada dos transceptores.


Figura 1 – estrela passiva

Estrela Semi-Ativa
Esta configuração é formada por um elemento central que é composto de um acoplador-estrela passivo e por um circuito ativo de detecção e reforço-de-colisão.
Uma vez detectada eletricamente a ocorrência de colisão, um sinal de reforço-de- colisão é disparado para que todas as estações reconheçam a situação. O sinal reforço- de- colisão é detectado em cada estação pela técnica de detecção de largura de pulso, ou seja, o transceptor detecta a variação excessiva da largura de pulsos (bits) com relação à largura nominal associada à codificação em banda básica do sinal.


Figura 2 – estrela semi-ativa

Estrela Ativa
A configuração em estrela ativa pode ser definida como um elemento central ativo para onde converge os enlaces ponto-a-ponto dos diversos nós da rede.
O elemento central além de fazer as conversões optoeletrônicas, também faz o processamento do sinal elétrico conforme o protocolo de acesso à rede.


Figura 3 – estrela ativa

Anel
A topologia em anel, considerando-se uma transmissão de bits, consiste em uma concatenação, através de estações ou nós repetidores, de enlaces ponto-a-ponto unidirecionais.
Uma forma de se evitar falhas é a inserção de um anel redundante transmitindo no sentido oposto ao anel ótico principal, sendo esta a mesma técnica adotada nas redes de cabos coaxiais. Outra forma de assegurar uma confiabilidade satisfatória para a rede consiste em se dotar os nós de um comutador ótico, o que permite isolar eventuais falhas.


Figura 4 – topologia em anel

Barramento (U ou Duplo)
Estas configurações, bastante adaptadas às características unidirecionais da transmissão por fibras ópticas, quando associadas a mecanismos de controle de acesso centralizados, permitem suportar integração de serviços de transmissão síncrona e assíncrona em altas velocidades, o que é imprenscidível para a integração de serviços.
A estrutura em barramento duplo apresenta a vantagem de requere apenas dois pontos de conexão por estação por barramento, o que representa menores perdas de inserção em relação ao barramento U que necessita três pontos de conexão por estação.

Figura 5 – topologia em barramento

Topologias

A topologia é o mapa de uma rede. A topologia física descreve por onde os cabos passam e onde as estações, nós, roteadores e gateways se localizam. A topologia lógica refere-se aos percursos das mensagens entre os usuários da rede.

Topologia LógicaA topologia lógica é um conjunto de padrões de conectar computadores para criar uma rede. Através dela você irá determinar que tipo de dado deve ser usado, como eles devem ser conectados, que tamanho devem ter, como será o modo de transmissão e qual será o tipo de placa de rede a ser utilizada.
Para cada topologia existe um tipo de protocolo de acesso ao meio adequado. O protocolo de comunicação é composto de dispositivos de hardware e de software que cuidam da comunicação que cuidam da comunicação, isto é, existe um método de tratamento dos dados que transitam pela rede, como por exemplo, determinar como será feito o recebimento destes dados, o empacotamento, o endereçamento e o envio na rede, tudo dentro de um padrão de comunicação que segue o modelo internacional OSI (Open Systems Interconection).
Existem três protrocolos padrão para cabeamento de rede e controle de acesso aos meios físicos que estão mais em uso atualmente : Ethernet, Token Ring e Arcnet.
Ethernet
As placas de rede Ethernet comunicam-se utilizando uma técnica denominada CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection).
CS (Carrier Sense) significa que sempre que um computador quiser enviar uma mensagem pelo cabo na rede, ele primeiro vai "ouví-lo" para saber se alguém mais enviou alguma mensagem, ou seja, irá verificar se outra estação está transmitindo no cabo. Se ele não ouvir nenhuma outra mensagem no cabo, o computador pressupõe que esteja livre para enviar a sua, ou seja, a placa de rede do computador só irá transmitir a mensagem quando o cabo estiver livre.
MA (Multiple Access) significa que não existe nada que possa evitar que dois ou mais computadores tentem enviar uma mensagem ao mesmo tempo.
CD (Colision Detection) significa que depois que a placa adaptadora envia uma mensagem na rede, ela verifica atentamente para ver se colidiu com outros dados na rede. As placas adaptadoras podem detectar essas colisões por causa do nível de sinal elétrico mais alto que as transmissões simultâneas produzem. Em seguida, todas as placas param de transmitir e cada uma determina um tempo de espera aleatório para poderem transmitir novamente.
O Ethernet apresenta uma taxa de transmissão de 10 megabits por segundo e uma separação máxima entre as estações de 2,8 quilômetros.
Token Ring
O padrão Token Ring é um método de acesso controlado que utiliza um Token (bastão) para dar a permissão de transmissão. A topologia física utilizada por este tipo de rede é em forma de uma estrela, ou seja, várias estações conectadas em um disco dispositivo chamado HUB. Apesar desta topologia física, o anel (Ring) criado é lógico, ou seja, dentro do HUB, passando por todas as estações em um única sentido.
O Token Ring permite velocidades de 4 ou 16 megabits por segundo.
Arcnet
Arcnet é a topologia de rede mais barata e mais simples de ser instalada. Também é fácil de ser expandida e modificada, sustentando tanto uma topologia física em estrela e em barramento, ou uma combinação das duas. A flexibilidade resultante torna menos difíceis as escolhas de instalação da rede.
A topologia Arcnet baseia-se em permissões de transmissão como a Token Ring, mas o processo de funcionamento é diferente. Ao invés do token percorrer cada estação, uma estação envia a mensagem de permissão para transmissão a todas as outras.

Topologia Física
A topologia física da rede é a maneira como os cabos serão colocados. Existem três topologias físicas fundamentais : barramento, anel e estrela.
BarramentoEm uma topologia do tipo barramento, todas as estações de trabalho estão conectadas a um cabo central ou barramento. A dependência de um único cabo, estabelece um risco em que, se houver uma falha, todas as estações de trabalho no barramento serão desativadas.
EstrelaNa topologia em forma de estrela, cada estação de trabalho está ligada diretamente a um dispositivo central chamado "HUB", que por sua vez está ligado ao servidor de arquivos.
Anel
A topologia em anel é muito parecida com a em barramento, exceto que não existe fim da linha; o último nó da linha está conectado ao primeiro, formando um anel.
Placa de Rede
Cada computador da rede deve ter uma placa de comunicação, onde deverá ser conectado o cabo da rede. As placas de rede são chamadas de NIC (Network Interface Card). Elas irão determinar o método de acesso ao meio (cabos), topologia e o protocolo de comunicação da rede e também a velocidade de transmissão e tamanho dos pacotes de dados.
Uma vez que a placa de rede do servidor de arquivos manipula normalmente, mais pacotes de dados que quaisquer outras placas das estações de trabalho, ela é fator predominante na perfomance da rede.
Tipos de placas :
8 bits (NE1000) ;
16 bits (NE2000) ;
32 bits (NE3200) ;
As placas mais comuns são as Ethernet de 10 Mbps e Token Ring de 4 Mbps ou 16 Mbps. Com velocidade de 100 Mbps existem as mais sofisticadas como a FDDI (Fiber Distributed Data Interface) e Fast Ethernet.