De toekomst van bootelektronica – Power over Ethernet (PoE) en OneNet
Power over Ethernet is in de loop der jaren steeds populairder geworden bij watersporters vanwege de betrouwbaarheid en flexibele installaties. De technologie maakt het mogelijk om stroom via netwerkkabels te sturen. Hierdoor kunnen PD (Powered Devices) werken met alleen de netwerkkabel aangesloten, in plaats van een aparte kabel voor voeding.
PoE werkt zonder speciale kabels of connectoren, het maakt gebruik van de 8 draden (4 paar) die al in een standaard Cat5e-kabel zitten. Ze kunnen worden gebruikt om zowel stroom als gegevens over hetzelfde paar te verzenden, of gescheiden tussen stroomparen en dataparen, afhankelijk van de verbindingsmethode en snelheid.
Omdat de nieuwe OneNet-standaard PoE ondersteunt, zullen we waarschijnlijk meer installaties zien die het gebruiken. Dus laten we eens kijken waar het allemaal over gaat…
Methoden van zendvermogen
Er zijn 3 standaardmethoden voor het zenden van vermogen, namelijk ‘Alternatief A’, ‘Alternatief B’ en 4PPoE. Deze zijn gestandaardiseerd in IEEE 802.3.
Alternatief A en B worden gebruikt voor 10BASE-T, 100BASE-T en 100BASE-TX waarbij slechts twee van de vier paren in een kabel worden gebruikt voor gegevensoverdracht. 4PPoE wordt gebruikt voor verbindingen met hogere snelheid van 1000BASE-T, 2.5GBASE-T, 5GBASE-T en 10GBASE-T omdat alle vier de paren worden gebruikt voor gegevensoverdracht.
Alternatief A (common-mode) gebruikt dezelfde draden voor data en voeding in zowel 10 als 100Mbit verbindingen. Dit is mogelijk met een techniek die erg lijkt op Phantom Power. (Hierover later meer…)
Alternatief B (reservepaar) maakt gebruik van de twee reserveparen die niet worden gebruikt voor gegevensoverdracht, door vermogen over de twee ongebruikte paren te zenden.
4PPoE (4 paar) gebruikt alle 8 draden (4 paar) binnen een categoriekabel voor gegevensoverdracht, waardoor veel hogere snelheden mogelijk zijn. Dit zorgt er ook voor dat alle 4 de paren stroom kunnen krijgen, waardoor apparaten met een veel hoger vermogen PoE kunnen gebruiken.
Een korte sectie over de nerdmodus
Fantoomvoeding is gebruikelijk in de audioapparatuurindustrie, waar gelijkstroom wordt verzonden via microfoonkabels om de interne elektronische schakelingen in de microfoon te bedienen. De term ‘fantoom’ is omdat de stroom niet te zien is omdat er geen stroomkabel is. Hoewel Common-Mode (A) deze exacte methode niet gebruikt, gebruikt het iets vergelijkbaars.
De manier waarop dit werkt, is dat de stroom wordt toegepast op elk paar datadraden met behulp van een gemeenschappelijke spanning. Omdat differentiële signalering wordt gebruikt met twisted-pair Ethernet, betekent dit dat de stroom de gegevens niet verstoort. De gemeenschappelijke spanning wordt afgenomen / geëxtraheerd via de Center Tap, waardoor alleen de differentiële spanningen overblijven. Deze spanning ligt meestal tussen 44 en 57 volt, meestal tussen 48-50V.
57 volt, typisch bij 48-50V.
Bijvoorbeeld; Als 50V wordt toegepast, dan is het voedingssignaal (laten we zeggen bit 0) 50V, terwijl het datasignaal (bit 1) nu 55V is. Wanneer deze 50V gemeenschappelijke spanning aan het andere uiteinde wordt verwijderd, is links bit 0 @ 0V en bit 1 @ 5V. Deze 0V en 5V zijn uw gegevens, die vervolgens naar de differentiële ontvanger worden gestuurd voor gegevens.
Waar komt OneNet binnen?
OneNet ondersteunt PoE omdat de standaard is gebaseerd op IEEE 802.3 Ethernet Local Area Network. In het bijzonder zal het tot 25,5 W vermogen mogelijk maken om via Ethernet te worden verzonden, in navolging van IEEE 802.3at PoE+. Dit biedt een veel groter vermogen.
Het is de moeite waard om hier te benadrukken dat hoewel er oudere Categorie 3 (Cat3) kabels enz. worden gebruikt voor PoE, de OneNet-standaard aangeeft dat er minimaal Cat5e-kabel moet worden gebruikt. Alles waarnaar wordt verwezen naar Ethernet-kabels en -bedrading in OneNet is van Cat5e of hoger. Cat6- en Cat6e-kabels worden bijvoorbeeld ook ondersteund voor hogere snelheden.
Kabels die ouder zijn dan Cat5, zoals Cat4, zijn niet-getwiste dradenparen, die gevoeliger zijn voor interferentie dan twisted pair-draden.
PoE biedt een aantal voordelen;
– Netwerkuitbreiding
Het beschikbaar hebben van stroom op het netwerk betekent al dat uitbreiding van het netwerk eenvoudig is met behulp van PoE-injectoren en switches. De maximale lengte van een Ethernet-netwerk is niet onbeperkt, maar is veel groter dan die van NMEA 2000 wanneer Ethernet-switches worden gebruikt.
– Flexibele Installaties
Een apparaat dat stroom nodig heeft van een batterij of stopcontact is beperkt op de installatielocatie. Met apparaten die via een netwerkverbinding worden gevoed, is er geen beperking meer op installatielocatie of afstand tot een stopcontact/batterij. Daarnaast is het bij installatie in krappe ruimtes zoals schotten altijd moeilijker om twee kabels te monteren dan één. Door het aantal kabels te halveren ontstaat er dubbel zoveel ruimte om mee te werken.
– Tijd + kosten
Omdat er geen stopcontact of batterijaansluiting met stroomkabels nodig is, wordt de installatietijd verkort naast de installatiekosten dankzij het ontbreken van aparte stroomkabels. Een kortere installatietijd betekent lagere kosten vanuit het oogpunt van tarief/uur.
– Betrouwbaar en veilig
Elke stroom die via Ethernet wordt geleverd, is veilig omdat PoE-technologie intelligent is, met een interfaceproces tussen de PSE (Power Sourcing Equipment) en de PD (Powered Device), waardoor het apparaat kan worden gedetecteerd door de bron en kan worden bepaald hoeveel stroom nodig is om overbelasting en verspilling van energie te voorkomen. Dit is een proces dat ‘handtekeningdetectie’ wordt genoemd, waarbij de PSE een lagere spanning levert om een weerstand van 25 KOhm te detecteren voordat een hogere spanning wordt geleverd zodra de PSE heeft vastgesteld dat het apparaat een PoE-PD is. Dit is een kenmerk van IEEE 802.3 PoE-apparaten.
Bij grotere installaties met een groter aantal apparaten is energiebeheer belangrijk om ervoor te zorgen dat alle apparaten op betrouwbare wijze van stroom worden voorzien. De toewijzing van het stroombudget gebeurt met behulp van de onderhandeling tussen de PD en de PSE, waardoor alleen de vereiste hoeveelheid stroom kan worden toegewezen.