PoE là gì? Tìm hiểu công nghệ PoE, ứng dụng và phân loại

Trước đây, khi sử dụng một thiết bị mạng như Router Wifi, Camera, thiết bị điện thoại VoIP,... mặc định cần kéo song song 2 đường dây. Một đường dây điện cấp nguồn cho thiết bị và một đường dây cấp mạng Internet cho thiết bị. Điều này không chỉ làm tiêu hao thời gian, chi phí lắp đặt mà còn gây mất tính thẩm mỹ.

Chính vì thế mà giải pháp công nghệ nguồn PoE ra đời để khắc phục vấn đề này. Vậy công nghệ PoE là gì? Cùng Việt Tuấn tìm hiểu công nghệ PoE, ứng dụng và phân loại qua bài viết dưới đây.

1. PoE là gì?

PoE hay Power Over Ethernet là một công nghệ mạng cục bộ, thông qua cáp Ethernet truyền nguồn điện đến các thiết bị được cấp nguồn PD (Power Device) như: Thiết bị wifi không dây, Camera IP, Điện thoại VoIP và Router Wifi,...

PoE cho phép một cáp RJ45 có thể cung cấp cả nguồn điện và kết nối dữ liệu cho các thiết bị được cấp nguồn thay vì phải sử dụng hệ thống dây điện cấp nguồn và dây cáp riêng để cung cấp dữ liệu, tín hiệu Internet.

Vào năm 2003, tiêu chuẩn PoE được thông qua. Hiện nay, công nghệ PoE ngày càng được ứng dụng rộng rãi giúp việc lắp đặt Access Point trở nên thuận tiện và linh hoạt hơn, phù hợp với nhu cầu mà không cần bận tâm đến vị trí lắp đặt.

Cùng với sự phát triển của các chuẩn PoE thì các loại cáp mạng cũng phát triển song hành để kịp đáp ứng nhu cầu truyền dẫn năng lượng. Hiện nay, cáp mạng UTP thông dụng sẽ có 8 lõi, tuy nhiên chỉ có 4 lõi đảm nhận nhiệm vụ truyền/nhận thông tin. Bốn lõi còn lại dụng để phục vụ các mục đích khác như là PoE.

PoE là công nghệ mới được phát triển nên chưa được nhiều người công nhận, có thể là do hàng loạt các thông tin mâu thuẫn hoặc do không theo kịp công nghệ hiện đại, như:

• PoE có vấn đề tương thích: Điều này là không đúng. Mặc dù khi mới ra mắt PoE, nhiều chương trình sản xuất độc quyền đã sử dụng để nhận năng lượng qua cáp mạng. Tuy nhiên, với sự phổ biến của PoE thì tiêu chuẩn IEEE 802.3af cũng được ứng dụng rộng rãi, có thể hiểu là khả năng tương thích giữa các thiết bị PoE đã được đảm bảo.
• PoE cần sử dụng hệ thống dây điện đặc biệt: Điều này cũng hoàn toàn không đúng, trong cùng một hệ thống cáp mạng Cat 5e, Cat 6,... và các đầu nối RJ45 được sử dụng cho cả hệ thống mạng cục bộ và hỗ trợ PoE.
• PoE yêu cầu kiến thức điện: Tiêu chuẩn PoE IEEE 802.3af được thiết kế để bảo đảm hoạt động đáng tin cậy trong mọi cấu hình có thể có với cáp Ethernet thông thường. Tất cả những gì người dùng cần làm là nối mạng như bình thường và việc cung cấp điện là đã được thiết bị đảm nhận.
• Điện được buộc vào các thiết bị: Đây là một trong những quan niệm sai lầm phổ biến nhất. Điều quan trọng cần biết là trích dẫn xếp hạng sức mạnh từ nhà sản xuất là giới hạn trên và không cố định. Cắm camera 5 watt vào kim phun 15 watt không làm mất 10 watt điện ở bất kỳ vị trí nào, camera sẽ chỉ tiêu thụ năng lượng điện cần thiết.

>> Tìm hiểu: Switch PoE là gì? Ứng dụng của switch PoE

2. PoE hoạt động như thế nào?

Thiết bị PoE hoạt động theo từng vị trí, như PSE, PDs, Midspan device và Endspan device.

• PSE: giúp hỗ trợ tăng cường nguồn PoE trên cable mạng.
• PDs: là thiết bị đầu cuối có tính năng nhận tín hiệu từ Ethernet Cat-5 Cable.
• Midspan device: hỗ trợ các thiết bị đầu cuối ví dụ giúp các thiết bị Switch được đồng bộ với nhau.
• Endspan device: là bộ chuyển mạch với cấu tạo gồm 4 cặp cáp xoắn là hai cặp để Data Transfer và hai cặp để trống.

Để PoE hoạt động, dòng điện cần đi vào từ cáp dữ liệu Ethernet ở đầu nguồn và đi ra ở đầu thiết bị. 

Các dây cáp mạng như Cat 5e và Cat 6, gồm có 8 dây được xếp thành 4 cặp xoắn. Cat 5e và Cat 6 có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 1 Gigabit trên giây (1000Mbps). Trong Ethernet 10 và 100BASE-T, hai trong số các cặp này là cặp dữ liệu có chức năng gửi thông tin. Hai cặp để trống không được sử dụng gọi là cặp dự phòng.

Do dòng điện chạy theo một vòng lặp, hai dây dẫn có vai trò cung cấp năng lượng qua cáp. PoE coi mỗi cặp là một dây dẫn duy nhất và có thể mang dòng điện thông qua sử dụng hai cặp dữ liệu hoặc hai cặp dự phòng.

PoE được đưa vào cáp ở điện áp tương đối cao, thường là 48 DC. Mức điện áp này cho phép truyền tải điện hiệu quả dọc theo cáp, tuy nhiên vẫn có thể coi là mức độ an toàn.

Tuy mức điện áp này được coi là an toàn cho người dùng, nhưng nó vẫn có thể làm hư hại các thiết bị chưa được thiết kế để nhận PoE. Vì thế, trước khi PoE switch hoặc midspan có thể cấp nguồn cho camera IP kết nối hoặc các thiết bị cấp nguồn, nó cần thực hiện quy trình xác định công suất tối thiểu. 

Quy trình xác định công suất tối thiểu dùng điện áp thấp hơn để phát hiện công suất tối đa của các PD tương thích với IEEE thông qua các tiêu chuẩn PoE. Khi xác định công suất tối thiểu, PSE sẽ phát giác được rằng ở mức điện áp cao hơn có thể được áp dụng an toàn.

Nếu một PD hiển thị công suất tối thiểu, PSE sẽ biết nó cần bao nhiêu năng lượng để hoạt động (một trong ba lớp năng lượng). Có nghĩa là các PSE với tổng năng lượng hạn chế có thể được phân bổ hiệu quả.

Dưới đây là bảng các lớp năng lượng PoE với đơn vị là W:

Sự chênh lệch giữa năng lượng PSE cung cấp và công suất PD nhận được sẽ bị tiêu hao dưới dạng nhiệt trong cáp. Trường hợp một PD không hiện chữ ký thì nó thuộc lớp năng lượng và được phân bổ công suất tối đa là 12,95W.

Với thiết bị PoE Plus sẽ có 4 lớp năng lượng. Nếu nguồn PoE 802.3af phát hiện ra lớp này, nguồn sẽ được kích hoạt. PSE 802.3at sẽ nhận ra PD là thiết bị PoE Plus. Nó sẽ lặp lại tiến trình phân loại như một tín hiệu cho PD kết nối với nguồn điện có đầy đủ năng lượng PoE Plus. PSE Plus có thể cung cấp năng lượng lên tới 30W và công suất thiết bị tối đa là 25,5W.

Sau khi phát hiện và phân loại thiết bị mới được kết nối là bật nguồn. PSE kết nối với cáp qua nguồn 48V để PD có thể hoạt động. Sau khi được bật, PSE sẽ theo dõi lượng điện cung cấp cho PD, nếu điện năng quá tải hoặc không đủ năng lượng thì PSD sẽ cắt nguồn điện khi quá tải hoặc cấp thêm nguồn khi không đủ. Điều này giúp hạn chế tình trạng quá tải, đảm bảo PoE được ngắt kết nối khi rút phích cắm PD.

>> Mua thiết bị chuyển mạch Switch chính hãng, giá tốt nhất

3. Ưu điểm của thiết bị sử dụng công nghệ PoE

Công nghệ PoE được dùng phổ biến trong các thiết bị ghi hình thông minh, các dòng Camera IP, hệ thống chống trộm, Access Point,....

Với tính năng đa nhiệm, nguồn PoE mang đến cho người sử dụng những lợi ích vượt trội. Dưới đây là những ưu điểm của thiết bị sử dụng công nghệ PoE:

• Tối giản hoá thi công lắp đặt hệ thống cáp điện, không đòi hỏi một thợ điện có trình độ kỹ thuật quá cao, có thể lắp đặt ở bất kỳ đâu.
• Tối ưu chi phí và tiết kiệm thời gian: Ethernet có thể mang cả tín hiệu nguồn và dữ liệu. Nhờ vậy mà tiết kiệm được tối đa chi phí lắp đặt hệ thống dây kết nối nguồn và dữ liệu.
• Tính linh hoạt: không bị gắn vào ổ cắm điện, các thiết bị như camera IP và Wifi Access Point có thể đặt ở bất cứ đâu và dễ dàng đặt lại vị trí khác khi cần thiết.
• Tính an toàn: Phân phối PoE được thiết kế thông minh, có khả năng tự động dừng dòng điện khi bị quá tải hoặc thiếu năng lượng điện.
• Độ tin cậy: Sức mạnh PoE đến từ nguồn tương thích trung tâm và phổ quát chứ không phải là các bộ điều hợp tường phân tán. Nó có thể được sao lưu thông qua nguồn điện liên tục.
• Nguồn PoE là giải pháp tối ưu chi phí cấp nguồn cho hệ thống camera giám sát hiệu quả. Người dùng có thể lược bỏ các thiết bị như dây cấp nguồn, adapter nguồn hoặc bỏ switch PoE để kết nối vào đầu ghi PoE.
• Tính năng bảo mật cao: Các thiết bị PoE được lắp vào mạng được bảo đảm về mức độ an toàn tương tự như các tài sản mạng khác.

4. Các thiết bị thường sử dụng PoE

PoE được ứng dụng trên nhiều thiết bị, tuy nhiên ba thiết bị chính nổi bật nhất trên thị trường là Camera IP, VoIP Phone và các thiết bị wireless.

• Camera IP: PoE xuất hiện ở mọi nơi trong hệ thống camera giám sát có nối mạng, nó cho phép triển khai nhanh chóng, đơn giản và định vị dễ dàng.
• Thiết bị điện thoại VoIP: là một trong những thiết bị sử dụng PoE đầu tiên. Ứng dụng PoE nghĩa là có một kết nối duy nhất với ổ cắm trên tường, có thể tắt nguồn từ xa. Tương tự như hệ thống analog cũ.
• Các thiết bị wireless (Access Point): PoE dễ tương thích với wifi, bluetooth AP và đầu đọc RFID, cho phép các thiết bị này có khoảng cách xa các ổ cắm điện AC và có thể đặt lại vị trí dễ dàng sau khi đã khảo sát địa điểm.

Bên cạnh 3 loại thiết bị thường dùng PoE kể trên thì công nghệ nguồn PoE này cũng được ứng dụng ở một số thiết bị khác như:

• Network Router - Bộ định tuyến mạng
• Bộ chuyển mạch Switch PoE
• Bộ giải mã IPTV
• Hệ thống điều khiển dây chuyền công nghiệp
• Hệ thống liên lạc, địa chỉ công cộng và bộ khuếch đại loa hành lang.
• POS - Máy bán hàng từ xa
• Bộ điều khiển ánh sáng thông minh và thiết bị chiếu sáng LED
• Hệ thống điều khiển điều hoà và kiểm soát ra vào trong căn hộ
• Camera PTZ trong hệ thống an ninh
• Bộ thu nhận sóng ngoài trời và anten thích hợp.
• Thiết bị số, Access point,.....

5. Phân biệt các khái niệm cấp nguồn PoE

5.1. Passive PoE

Passive PoE hay PoE thụ động được biết đến là cấp nguồn qua Ethernet thụ động. Passive PoE thường đề cập đến bất kỳ thiết bị sử dụng PoE không theo chuẩn 802.3at hay 802.3af.

Ví dụ như bộ phát sóng, camera chạy nguồn 24V PoE. Passive PoE cung cấp nguồn điện qua Ethernet nhưng không có quá trình thương lượng hay tiến trình giao tiếp, do đó cần phải biết điện áp PoE mà thiết bị của bạn yêu cầu trước khi cấp nguồn và cắm cáp Ethernet. Nếu bạn kết nối với điện áp không phù hợp, có thể gây hư hại cho các thiết bị kết nối.

5.2. Chuẩn PoE 802.3af

Sử dụng chuẩn PoE 802.3af cho các ứng dụng mà không cần tách riêng dây nguồn Power để duy trì nguồn điện cho các thiết bị mạng. Ở chuẩn 802.3af PoE cung cấp nguồn điện lên đến 48VDC và công suất là 12,95W thông qua cable Cat5 cùng các dịch vụ Ethernet 10/100/1000Mbps tiêu chuẩn. 

Để các ứng dụng có thể tương thích với chuẩn PoE 802.3af, các thiết bị cấp nguồn trên Ethernet cần được định nghĩa, phân loại và có khả năng điều khiển trong quá trình khởi động, đáp ứng được yêu cầu về cách xa giữa dữ liệu và nguồn.

5.3. Chuẩn PoE 802.3at

Chuẩn PoE 802.3at là chuẩn mới hỗ trợ tối đa 30W mỗi cổng. Khi một switch hỗ trợ PoE+, thì nó cũng tự động hỗ trợ PoE hoặc chỉ là dữ liệu trong cùng một cổng. Mỗi Switch có thể tự tương thích với các thiết bị kết nối và cho phép dùng PoE+, PoE hoặc chỉ là dữ liệu. 

Công nghệ PoE ứng dụng rất tốt cho các thiết bị IP Camera, Access Points,... Còn PoE+ có thể hỗ trợ cho các thiết bị mới với nhu cầu cao về nguồn điện năng chẳng hạn như: Outdoor camera, Dome Camera, IP Video Phones, IP PTZ (Pan Tilt Zoom),....chuẩn N/AC chạy 2 băng tần (2.4GHz/5GHz). 

5.4. Chuẩn PoE 802.3bt

Chuẩn PoE 802.3bt bao gồm các mục tiêu: tương thích ngược với chuẩn PoE 802.3af và chuẩn PoE 802.3at, hỗ trợ ứng dụng 10Gbase-T, chỉ định các thông số nhằm tránh sự mất cân bằng khi truyền tín hiệu giữa các đôi dây. Chuẩn PoE 802.3bt cung cấp tối thiểu mức công suất 49W cho các thiết bị. Để hoạt động được diễn ra bình thường đòi hỏi hệ thống cáp đôi xoắn cần có hiệu suất lớn.

Để triển khai và tận dụng chuẩn PoE 802.3bt cần chú ý đến thông số hiệu suất hệ thống cable so với trước đây.

5.5. PoE passthrough

PoE passthrough là các kết nối RJ45 trên bộ chuyển mạch mạng hỗ trợ PoE cung cấp nguồn cho bộ chuyển mạch và các thiết bị được kết nối khác. Điều này giúp tối ưu nhu cầu về nguồn điện bên ngoài và cáp bổ sung. 

Các công tắc này hoạt động thông qua sự hỗ trợ của PD và PSE. Chúng cho phép chuyển giao năng lượng thông qua hệ thống. PoE passthrough là một bổ sung tuyển vời cho bất kỳ hệ thống nào, đặc biệt hữu ích trong trường hợp quyền truy cập vào các ổ điện của bạn bị hạn chế.

Tổng kết

Nguồn PoE mang đến những lợi ích tối ưu, giúp các kết nối mạng được cài đặt và phân phối trở nên đơn giản và hiệu quả hơn. Công nghệ này cũng giúp các bạn dễ dàng kiểm soát thiết bị hơn.

Hy vọng những thông tin Việt Tuấn chia sẻ trên bài viết giúp các bạn hiểu rõ hơn về công nghệ PoE là gì. Hãy liên hệ ngay với Việt Tuấn nếu cần được tư vấn về các giải pháp công nghệ thông tin hàng đầu với chất lượng và giá thành tốt nhất nhé!

Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết!

Đừng quên cập nhật Viettuans.vn thường xuyên để có thêm nhiều thông tin hữu ích về kiến thức mạng, quản trị mạng nhé.