Tìm hiểu hệ thống mạng PoE

Vì sao nên chọn PoE? 
Công nghệ PoE tạo ra một nền tảng đơn giản hỗ trợ cung cấp điện năng và kiểm soát các thiết bị mạng như điện thoại sử dụng IP (VoIP), thiết bị hội nghị truyền hình trực tuyến, điểm truy cập không dây (WAP), camera an ninh… Khả năng kết hợp truyền tải dữ liệu và điện năng trên cùng một sợi cáp của PoE đặc biệt hữu dụng để bố trí cho những thiết bị cần cả kết nối mạng và sử dụng điện năng, giúp người dùng khắc phục được hạn chế về mặt kiến trúc thông qua việc loại bỏ bớt dây dẫn điện và các bộ chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC).

Khi mở rộng hệ thống mạng, nhu cầu kéo lại đường dây điện thường gây tốn kém rất nhiều thời gian và chi phí. Do đó, nếu tận dụng khả năng của PoE để loại bỏ bớt nhu cầu sử dụng ổ điện cho từng thiết bị mạng, việc lắp đặt và mở rộng hệ thống mạng sẽ trở nên rất nhanh chóng, dễ dàng, an toàn và hiệu quả hơn rất nhiều, đặc biệt về chi phí.

Ngoài ra, PoE còn cung cấp cho người dùng một quy trình xử lý sự cố đơn giản, an toàn và hiệu quả. Ví dụ: với khả năng kiểm soát và truy cập thiết bị từ xa của một camera an ninh có hỗ trợ PoE được lắp đặt ở trên cao, người dùng có thể thao tác hoặc tắt mở nguồn của camera thông qua một máy tính có kết nối mạng. Với những camera thông thường không hỗ trợ tính năng PoE, việc này sẽ phải thực hiện thủ công, gây tổn thất về mặt thời gian và nhân lực và đôi khi là bất khả thi.

Phương pháp tích hợp PoE vào hệ thống mạng 
Switch PoE cho phép các nhà quản trị mạng toàn quyền kiểm soát trên mỗi cổng mạng, đồng thời hỗ trợ việc xác định và giải quyết các vấn đề về mạng theo cách đơn giản và dễ dàng hơn, giúp xử lý sự cố nhanh hơn. Tuy nhiên, các switch PoE thường chia sẻ điện năng một cách ngẫu nhiên hơn là thông qua các chỉ số được định trước cho ngõ ra của mỗi cổng. Điều này có thể dẫn đến nguy cơ mất điện nếu có quá nhiều thiết bị đòi hỏi cung cấp đủ điện cùng một lúc. Ngoài ra, các switch PoE thường đắt hơn so với switch truyền thống và không phù hợp cho người dùng chỉ cần một vài cổng PoE.

Phương pháp để tích hợp PoE vào một hệ thống mạng sẵn có là sử dụng thiết bị midspan đặt ở giữa các kết nối của switch và thiết bị mạng cần cấp nguồn. Thiết bị trung gian này sẽ cung cấp điện cho các thiết bị mạng trên cáp Ethernet mà không làm gián đoạn các kết nối dữ liệu. Dù được lắp đặt ở giữa switch và thiết bị mạng để bổ sung điện năng cho các kết nối mạng, nhưng midspan vẫn duy trì việc truyền tải dữ liệu như thể đang truyền trên một sợi cáp đơn liền mạch (xem hình 1). Midspanđược thiết kế sẵn với nhiều loại đa dạng để phù hợp với những hệ thống mạng khác nhau từ cá nhân cho đến doanh nghiệp, giúp người dùng không cần thiết kế lại hệ thống mạng của mình mà vẫn có thể sử dụng được công nghệ PoE. Hơn nữa,midspan còn xác định cụ thể chỉ số điện năng cho mỗi cổng ở ngõ ra, giúp giảm bớt những sự cố liên quan đến việc chia sẻ nguồn điện khi sử dụng switch PoE.

PoE injector cũng là một giải pháp cấp nguồn PoE. Tuy nhiên, PoE injector chỉ tốt hơn so với kiểu cung cấp điện truyền thống do chúng cần được cung cấp nguồn và không có chức năng tự động điều chỉnh điện áp ngõ ra. Do đó, dù PoE injector rẻ hơn so với hầu hết các switch PoE và midspan, nhưng chúng chỉ được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt khi có nhu cầu kết nối chuyên dụng dành riêng cho thiết bị mạng có hỗ trợ PoE.

Các tiêu chuẩn 
802.3af là chuẩn PoE đầu tiên được phát triển để đáp ứng các vấn đề an toàn liên quan đến việc phát nhiệt trong dây dẫn. Được phê chuẩn vào năm 2003 bởi tổ chức IEEE, 802.3af cung cấp cho ngành một tiêu chuẩn PoE chính thức, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi nguồn lên đến 12,95 Watt (W). Trong tiêu chuẩn này, IEEE quy định các ngõ ra của PoE nên là 15,4 W để đảm bảo suy hao trong suốt chiều dài của dây dẫn. Đồng thời, chuẩn cũng quy định độ dài tối đa để truyền được PoE là 100 m (330 feet) hoặc ít hơn theo giới hạn về chiều dài của cáp Ethernet nhằm đảm bảo hiệu quả truyền dữ liệu và điện năng cho thiết bị.
Trong năm 2009, IEEE phê chuẩn tiêu chuẩn 802.3at. Tiêu chuẩn mới này vẫn duy trì các yêu cầu liên quan đến việc phát hiện và kết nối của tiêu chuẩn 802.3af, nhưng mở rộng hơn khả năng của PoE bằng cách nâng mức điện năng cung cấp cho các ứng dụng mạng lên đến 25,95 W. Để đảm bảo khả năng tương thích ngược với các ứng dụng mạng hiện có, IEEE cũng bắt buộc các thiết bị midspan và switch PoE được sản xuất theo 802.3at phải có khả năng phát hiện tải của 802.3af và phải tự động giảm lượng điện năng của các ứng dụng về mức thích hợp.
Gần đây, một số nhà sản xuất đã cho ra mắt thiết bị midspan và switch PoE có khả năng cung cấp điện năng ngõ ra cao hơn so với tiêu chuẩn của IEEE, nhưng các bổ sung khác cho tiêu chuẩn hiện hành vẫn chưa được soạn thảo. Một số sản phẩm này đã được thiết kế để tương thích với tiêu chuẩn 802.3 hiện hành liên quan đến việc dò tìm, kết nối và quy định về điện năng, nhưng một số thiết bị khác lại không làm được điều này. Do đó, những ai đang có ý định triển khai thiết bị midspan hoặc switch PoE để cung cấp điện hơn 25,95 W cho mỗi ổ cắm nên làm việc trực tiếp với nhà sản xuất thiết bị nhằm xác định xem những thiết bị này có thích hợp với các ứng dụng mà mình dự định triển khai hay không.

Khả năng phát hiện và kết nối 
Một ưu điểm khác nữa của PoE là xử lý an toàn. Cả hai tiêu chuẩn 802.3af và 802.3at đều yêu cầu hệ thống PoE có trở kháng bên trong là 25 kilo-ohm, giúp phát hiện mức điện năng của các ứng dụng mạng là bao nhiêu, sau đó điều chỉnh cho phù hợp. Trước khi cấp nguồn cho các thiết bị mạng, bộ nguồn của thiết bị PoE sẽ phát hiện và xác định mức trở kháng, phân loại các thiết bị mạng dựa trên lượng điện năng yêu cầu để xem xét và xác định tải thích hợp. Ví dụ: một midspan có khả năng cung cấp 15,4 W cho mỗi cổng, trong thực tế thiết bị mạng chỉ cần sử dụng 8 W là hoạt động tốt, midspan sẽ tự động giảm mức điện năng ở ngõ ra của cổng đó về mức điện năng phù hợp với thiết bị để bù vào sự suy hao dọc theo chiều dài của cáp. Việc “bắt tay” này đảm bảo cho kết nối được chắc chắn đúng và an toàn. Nếu bất kỳ yếu tố nào của quá trình này bị gián đoạn hoặc có bất kỳ lỗi nào xảy ra, bộ cấp nguồn tuân thủ theo chuẩn 802.3 sẽ không thực hiện việc cung cấp điện năng cho các thiết bị mạng.
 

Kết nối với thiết bị không tích hợp PoE 
Một số thiết bị trong hệ thống mạng của cá nhân và doanh nghiệp không được thiết kế để nhận dữ liệu và nguồn điện trên cùng một cổng. Những thiết bị này mặc dù không nhất thiết phải tuân theo PoE, nhưng đôi khi vẫn có thể tích hợp chúng chung với hệ thống mạng PoE mới thiết lập hoặc hệ thống mạng PoE hiện có thông qua các splitter. Các splitter này sẽ chia tách nguồn điện và dữ liệu được truyền tải trên cáp Ethernet, và thực hiện việc cấp nguồn cho các thiết bị này thông qua hai kết nối riêng biệt–một cáp Ethernet dành cho ngõ ra theo chuẩn của dữ liệu và một dây DC (direct current) được bấm vào đầu nối chuẩn (xem hình 2).Splitter cũng có thể phát hiện và giảm điện áp cho các thiết bị mạng không yêu cầu đầu ra 44 đến 57 DC (mức điện áp thường được yêu cầu bởi các thiết bị có hỗ trợ PoE).

Có rất nhiều các splitter tương thích với chuẩn 802.3af và có thể sử dụng chúng với bất kỳ thiết bị midspan hoặc switch nào (xem hình 2). Tuy nhiên, khi kết hợp các splitter vào hệ thống mạng đang hoạt động ở mức điện năng cao hơn tiêu chuẩn 802.3at, các chuyên gia khuyên người dùng nên mua các splitter từ cùng một nhà sản xuất với thiết bị midspan của họ. Tiêu chuẩn cho các thiết bị có giao tiếp với nhau theo nhiều cách, do đó các thiết bị được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau có thể giao tiếp với nhau không đúng cách. Ví dụ, nếu một splitter được lắp đặt trong hệ thống mạng theo chuẩn 802.3at sử dụng phương thức phát hiện và kết nối khác so với phương thức của thiết bị switch PoE hoặc midspan, cụ thể như phương thức phát hiện dựa trên phần mềm sẽ khác với phương thức phát hiện dựa trên phần cứng. Kết quả là bộ cấp nguồn PoE sẽ không truyền tải điện năng đến các thiết bị mạng hoặc không chấp nhận chuẩn 802.3at, đồng thời thực hiện việc cấp nguồn cho ngõ ra theo chuẩn 802.3af (do khả năng tương thích ngược), điều này sẽ dẫn đến tình trạng không cung cấp đủ điện năng để cho cả hai thiết bị đầu cuối vàsplitter cùng hoạt động.

Các splitter thế hệ mới đã được thiết kế với ngõ a kép cung cấp cho người dùng khả năng cấp nguồn cho nhiều thiết bị từ một sợi cáp Ethernet duy nhất tại một vị trí nào đó, điều này sẽ rất thuận tiện cho các ứng dụng như camera an ninh.

Mở rộng hệ thống mạng 
Hạn chế chính của công nghệ PoE và kết nối mạng sử dụng cáp Ethernet là không thể mở rộng xa hơn 100 m (330 feet) tính từ switch (như tiêu chuẩn IEEE 802.3 đã quy định nhằm giảm thiểu việc mất dữ liệu). Giải pháp để cung cấp điện năng cho các thiết bị mạng vượt quá khoảng cách đã quy định là phải di chuyển switch PoE hiện có đến điểm tập trung thiết bị mạng hoặc mua thêm switch phụ để phục vụ cho phần mở rộng, nhưng cả hai giải pháp này đều là những lựa chọn tốn kém.

Trên thị trường hiện nay đã có một sản phẩm mới–PoE extender có khá năng cung cấp cho người dùng giải pháp để mở rộng phạm vi hoạt động của một mạng PoE. PoE extender là thiết bị có khả năng truyền tải điện năng và dữ liệu đáng tin cậy trên cáp Ethernet, giúp tăng độ dài tối đa lên gấp đôi mà không cần phải di chuyển hoặc bổ sung thiết bị midspan hoặc switch PoE vào hệ thống mạng (xem hình 3). PoE extender hoạt động theo cách thức tương tự như thiết bị switch PoE nhưng có chi phí thấp hơn, do chúng có sẵn nhiều tùy chọn từ một cổng đến nhiều cổng, có thể hoạt động mà không cần bộ chuyển đổi bên ngoài và không yêu cầu thêm hệ thống quản lý hoặc phần mềm phức tạp. Khi hợp nhất thành một mạng PoE, thiết bị này có thể tái tạo và truyền tải điện năng, dữ liệu đến các thiết bị mạng với khoảng cách xa lên đến 200 m (660 feet) tính từ thiết bị switch.

Kết luận 
Công nghệ PoE cung cấp cho người dùng phương pháp lắp đặt và mở rộng hệ thống mạng một cách dễ dàng, an toàn, hiệu quả chi phí trong việc truyền tải điện năng và dữ liệu cho một loạt các thiết bị mạng. Đây là một sự lựa chọn tuyệt vời cho cả hai hệ thống mạng PoE mới hoàn toàn và hệ thống mạng PoE sẵn có của các cá nhân, gia đình và doanh nghiệp.

Nguồn "Internet"