Power over Ethernet – so sieht die digitale Zukunft aus

Wir leben in einem digitalen Zeitalter, in dem Unternehmen innovative Technologien nutzen, um neue Erlebnisse zu schaffen und neue Möglichkeiten zu erschließen. Im Zuge dieser Transformation haben sich...

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Wir leben in einem digitalen Zeitalter, in dem Unternehmen innovative Technologien nutzen, um neue Erlebnisse zu schaffen und neue Möglichkeiten zu erschließen. Im Zuge dieser Transformation haben sich einige revolutionäre Applikationen entwickelt, darunter auch die digitale Decke (engl: Digital Ceiling). Die Möglichkeit zur Verknüpfung von LED-Beleuchtungslösungen mit Netzwerk-Stromversorgung sowie weiteren Gebäudesystemen mit dem Internet der Dinge (engl.: Internet of Things, kurz: IoT) macht digitale Decken äußerst populär.

Digitale Decken schaffen einen zentralen Dreh- und Angelpunkt für Beleuchtung, Gebäudeautomatisierung, Analyse-möglichkeiten für die prädiktive Wartung und mehr. Sie transformieren damit ganze Unternehmen, ermöglichen den Bau intelligenter Gebäude und bieten Chancen für zahllose neue Lösungen zur Steigerung von Effizienz, Nachhaltigkeit und Komfort bei geringeren Kosten. Dazu benötigen sie eine exzellente IoT-Konnektivität zur Anbindung von vernetzten Sensoren, Überwachungskameras und Klimasystem-steuerungen, sowie die neueste Power-over-Ethernet-Technologie (PoE) für das Remote-Layer-2-Management, eine unterbrechungsfreie Performance und eine deutlich effizientere Stromversorgung als bei den Vorgängerlösungen.

Leuchtquellen mit Netzwerk-Stromversorgung und PoE
Leuchtquellen mit Netzwerk-Stromversorgung sind der erste Schritt zur Implementierung einer digitalen Decke. Damit können Organisationen ihre bestehende LAN-Infrastruktur nutzen und Fernsteuerungen für ihre Beleuchtungssysteme implementieren, mit denen sich Installations- und Betriebskosten senken lassen. PoE dient dabei als Katalysator für eine flexible Lösung, die eine herkömmliche Stromverkabelung überflüssig macht, indem sie die Anbindung und Stromversorgung der LED-Leuchtmittel über das unternehmenseigene Datennetzwerk ermöglicht. Damit können die IT-Manager den Stromverbrauch im Rahmen des Netzwerkmanagements steuern und optimieren.

Zusätzlich zur Unterstützung von Leuchtmitteln mit Netzwerkstromversorgung macht die PoE-Technologie die Elektroinfrastruktur auch dann überflüssig, wenn weitere IP-basierte Verbraucher, sogenannte Powered Devices (PD), in die digitale Decke eingebaut werden, zum Beispiel IP-Telefone, WLAN-Access Points, IP-Kameras oder andere IP-basierte Endgeräte. Die Verbraucher erhalten ihre  Stromversorgung zusammen mit den Daten über die bestehende Ethernet-Infrastruktur. Gleichzeitig bleibt damit die strukturierte Verkabelung sicher, und es gibt keine Beeinträchtigungen beim parallel laufenden Netzwerkbetrieb. PoE bietet beträchtliche Vorteile durch die einfache Installation, Einsparungen bei CAPEX und OPEX, und ermöglicht einen einheitlichen und sicheren Standard für die Stromversorgung, der weltweit einsetzbar ist. Der wahrscheinlich wichtigste Punkt für den Bau digitaler Decken ist jedoch, dass PoE bereits von einem neuen Standard unterstützt wird, der speziell für die Anforderungen der Technologie nach mehr Leistung sowie einem effizienteren Strommanagement geschaffen wurde.

Ein neuer PoE-Standard für digitale Decken
Seit der Einführung des ersten PoE-Standards im Jahre 2003 hat sich PoE immens weit verbreitet und dabei auch viele innovative Applikationen angestoßen. PoE hat sich über die Jahre stetig weiterentwickelt. In diesem Zuge wurden die Standards IEEE 802.3af, IEEE 802.3at, IEEE 802.3bt, und HDBaseT eingeführt. Heute ist PoE so weit, dass es für die digitale Decke genutzt werden kann. Der neue Standard IEEE 802.3bt unterstützt die digitale Decke durch eine gesteigerte verfügbare PoE-Leistung, mit der zusätzlichen „Automatic Class“-Funktionalität und durch die Vereinheitlichung der Stromversorgungs- und Steuerungsebenen für mehr Zuverlässigkeit.

Der Standard IEEE 802.3bt, der den Leistungsbereich bis 90 Watt definiert, hat sich für die wichtigsten Applikationen bei der digitalen Decke als äußerst vorteilhaft erwiesen. Durch die Nutzung aller 4 Leitungspaare der strukturierten Verkabelung erhöht sich die maximal verfügbare PoE-Leistung. IEEE 802.3bt erweitert die zu Beginn ausgetauschten Informationen zur Leistungsklassifizierung und eröffnet so sinnvolle Möglichkeiten für das Strommanagement, erlaubt die Unterstützung für mehrere PoE-Klassen und ist darüber hinaus abwärtskompatibel. Mit diesen Erweiterungen wird das Problem des höheren Leistungsbedarfs und der effizienteren Übertragungssysteme für PoE gelöst. Insbesondere die „Automatic Class“-Funktionalität des Standards ermöglicht es der Stromversorgung, dem sogenannten Power Sourcing Equipment (PSE), die tatsächliche Leistungsaufnahme eines angeschlossenen Verbrauchers zu ermitteln.

Die PSEs, welche die Automatic Class implementieren, messen hierzu die Leistungsaufnahme des Verbrauchers über einen definierten Zeitraum hinweg. Innerhalb dieses Zeitraums kommt es irgendwann zur maximalen Leistungsaufnahme durch den Verbraucher. Die PSEs können dann die maximale Leistungsabgabe anhand der Leistungsaufnahme und einer zusätzlichen Sicherheitsmarge festlegen. Dieses einzigartige Feature für das Leistungsmanagement im Standard IEEE 802.3bt erweist sich als äußerst vorteilhaft für die digitale Decke, da ein PSE die nicht benötigte Leistung anderen Leuchtquellen zuweisen kann, wenn festgestellt wird, dass eine bestimmte LED weniger Leistung aufnimmt als durch ihre Leistungsklasse vorgegeben. Dadurch wird die Leistungsaufnahme optimiert, was wiederum deutliche Kostenvorteile bedeutet.

Neues PoE vereinheitlicht auch die Stromversorgungs- und Steuerungsebene
Bei herkömmlichen Lichtinstallationen erfolgt die Stromversorgung über das Wechselstromnetz. Die Steuerung erfolgt dabei über separate Leitungen. Bei der neuen Architektur für die digitale Decke nach Standard IEEE 802.3bt erledigt das PoE-Netzwerk beides: die Stromversorgung erfolgt per PoE mit Gleichstrom, und die Steuerungsdaten werden über das standardmäßige Ethernet-Protokoll gesendet.

Die besondere Anforderung für dieses vereinheitlichte Netzwerk besteht darin, dass es in hohem Maße zuverlässig sein und eine hocheffiziente Stromversorgung bieten muss, insbesondere in Szenarien ohne Last und bei Volllast. Darüber hinaus muss das Netzwerk lediglich über grundlegende Ethernet-Konnektivität verfügen, da Beleuchtungsapplikationen keine große Bandbreite benötigen. Jedoch wird eine Datenübertragungsrate von 10/100/1000 Mbps empfohlen, um auch zukünftige Applikationen und Enterprise-Anwendungen zu unterstützen.

Damit die oben genannten Features funktionieren, muss das Netzwerk eine verteilte Architektur unterstützen, bei der die einzelnen Switches in der Nähe der Beleuchtung installiert werden, um Leitungsverluste möglichst zu minimieren. Der Switch muss deshalb „plenum-rated“ (d.h. flammwidrig) sein, um den Einbau in der Decke zu ermöglichen. Zudem muss er die Beleuchtungsanlage in 1-2 Räumen unterstützen, daher muss jeder Switch über 6-12 PoE-Ports verfügen. Es gibt noch einige weitere Überlegungen, die es vor dem Umstieg auf eine digitale Decke mit PoE zu beachten gilt.

Die wichtigsten Überlegungen vor dem Umstieg auf die digitale Decke mit PoE
Zunächst muss man sich über die besonderen Anforderungen im Klaren sein, die für PoE-basierte Deckenlösungen für intelligente Gebäude gelten. Eine der wichtigsten Voraussetzungen ist, dass die PoE-Lösung den Full-Power-Modus auf allen Ports gleichzeitig unterstützt. Außerdem muss sie den energieeffizienten Betrieb mit minimalen Verlusten auf den Ethernet-Leitungen während der Übertragung gewährleisten. Die entsprechenden Applikationen erfordern den Verbau der PoE-Lösung in der digitalen Decke, sie muss also in den vorhandenen Bauraum der Decke passen. Lösungen ohne Lüfter sind umweltfreundlicher, minimieren die Lärmbelastung und sorgen so für ein besseres Benutzererlebnis.

Darüber hinaus muss die Lösung eine große Anzahl an WLAN-basierten Geräten und datenintensiven mobilen Applikationen unterstützen, durch die sich ein erheblicher Bedarf an leistungsfähigen WLAN Access Points entwickelt hat. Hierfür sind Hochgeschwindigkeits-PoE-Lösungen erforderlich, die Übertragungsgeschwindigkeiten in Netzwerk von 1000 Mbps oder mehr unterstützen, um für die neuesten 3G/4G-Technologien gerüstet zu sein. Weitere wichtige Faktoren für den IT-Manager umfassen die schnelle und reibungslose Installation sowie die Möglichkeit, die gesamte Anlage über das Netzwerk fernzusteuern. Skalierbarkeit ist ebenfalls wichtig, daher muss die PoE-Lösung mit allen IP-basierten Leuchtquellen, die es auf dem Markt gibt, kompatibel sein. Des Weiteren sollte die Lösung auch andere Gebäudesysteme mit Netzwerkstromversorgung unterstützen, zum Beispiel IP-basierte Sensoren, WLAN Access Points, IP-Überwachungskameras und Klimasystemsteuerungen.

Die Stromversorgung der Zukunft
Die PoE-Technologie ist eine der Grundlagen für den Erfolg der digitalen Decke und ebnet den Weg für intelligente Gebäude mit Anschluss an das Internet der Dinge. Viele führende Hersteller garantieren, dass ihre Produkte sich nahtlos in das Ökosystem der digitalen Decke einfügen, die Möglichkeiten, die sich durch das IoT eröffnen, erweitern und die Grenzen des Machbaren weiter ausloten.

Autor: Microsemi Corporation

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