パワー・オーバー・イーサネット (PoE)：ファクト ファイル
企業内の IP 接続ネットワークデバイスの急増により、より高速なデータレートが求められているだけでなく、電力も増加しています。これにより、パワー・オーバー・イーサネット (PoE) の扉が大きく開かれました。
接続されたデバイスは、PoE により 1 本の銅線イーサネットケーブルでデータおよび電力の接続を共有できるようになり、インフラストラクチャーの合理化と運用の簡素化が実現します。PoE は 1999 年以来企業ネットワークの一部となっていますが、その機能と重要性は、より高いワット数の PoE デバイスの開発によって近年大きな飛躍を遂げています。これらのデバイスには、特に、デスクトップ電話、セキュリティカメラ、ビデオモニター、Wi-Fi またはビル内ワイヤレスサービス用のワイヤレス・アクセスポイントなどの一般的なエンタープライズ機器が含まれています。
今日の高度な PoE 技術とデバイスにより、企業ネットワークでは、接続されているすべてのデバイスに別々の AC（交流）給電を行う必要はもうありません。そして、これはまだ始まりに過ぎません。PoE のメリットには、設計の優れた電気的な安全機能、デバイス管理の向上、設置とメンテナンスのコスト削減などもあります。
Wi-Fi アクセスポイント、セキュリティカメラ、LED 照明、IP 電話、RFID セキュリティ、ビル管理システムなど、PoE デバイスの範囲が拡大するにつれ、企業は既存のケーブル配線を使用しながら、リモート電源を活用し、インフラ関連の経費をより適切に管理できる絶好の機会が生まれます。今すぐ、その方法を学ぶ
ツイストペアケーブルによる電気通信装置の給電は、電話と同じくらいの歴史があります。
オフラインで読みますか?
後でお読みいただけるよう、この記事の PDF 版をダウンロードしてください。
最新情報を常に入手
エンタープライズソースを購読すると、新しい記事が投稿されたときに最新情報を受け取ることができます。
PoE とは何か、その仕組みは？
PoE1は、カテゴリー 3 以上の標準イーサネットケーブルを使用して、電力とデータをリモートデバイスに安全に送信するシステムです。PoE は、主電源を低電圧電源に変換し、構内配線を介して PoE 対応デバイスに電力を送ります。このシステムは、データ信号と電力信号が相互に干渉するのを防ぐように設計されています。電力は、各ペアに共通の電圧を印加することによってデータ導体上を伝送します。ツイストペアのイーサネットは差分シグナリングを使用するため、データ伝送とは干渉しません。その結果、PoE はデータ信号を中断することなく、電力信号とデータ信号の両方を伝送できます。
ただ、信号の干渉は排除されますが、一部の電力損失は避けられません。例えば、PoE 802.3af-2003 規格を満たすシステムでは、ケーブル配線に 15.4 ワットの電力が供給されますが、受電機器が受信できるのは 12.95 ワットのみです。幸いなことに、PoE 接続デバイスの進化に伴い、そのサポートに必要な業界基準も進化しています。詳細については、第 4.1 章を参照してください。
通信ケーブルを使用して遠隔で電力を供給することで、PoE は幅広いデバイスへのコスト効率の高い電力供給を可能にします。その他のメリット：
- ケーブルとコネクタのサイズを小さくすると（AC ライン電源に対して）、高密度を実現
- エラーやその他の動作状態について回路を継続的に監視
- 低電圧配線は、ITC ネットワークの一部として設置でき、より安全で低コストで設置することができます
- 施設の管理を改善するためにデバイスの制御と運用を改善
- 電力供給と通信の相乗効果により、インテリジェントインフラストラクチャーを実現
- UPS のバックアップにより、堅牢で信頼性の高い運用を実現
PoE システムは、電力を供給する電源供給装置（PSE）と、電力を受け取る受電装置（PD）から構成されています。PSE が回路内に存在するところが、PoE 構成のタイプを決定します。通常、PoE ソリューションはエンドスパンまたはミッドスパンとして設計されています。
エンドスパン型 PoE ソリューションでは、PSE は通常、イーサネットスイッチ・ポートに組み込まれて、リンクの先頭に配置され、もう一方の端に電源が供給されたデバイスがあるので、電源は回路の長さ分だけ移動します。一端からもう一端、エンドスパンへ。
エンドスパン構成のメリットとしては、管理の容易さがあります。基本的には、管理するデバイスは一つ、スイッチです。もちろん、そのスイッチが PoE 電源のニーズをサポートしていない場合は、交換するかどうかを決定する必要があります。
エンドスパンのもう 1 つの主な利点は、停電時のサービス継続性です。今日のほとんどの LAN スイッチは、無停電電源装置（UPS）を統合しています。停電中は、UPS が起動してエンドスパン PSE に給電し、電源が復旧するまで連続動作を確保します。
前述のように、電力信号がリンクに沿って移動すると、エネルギーが喪失されます。一部の長い PoE ホップでは、エンドスパン設計では、必要なデバイスの距離と電力要件（複数可）をサポートすることができません。この場合は、ミッドスパン設計の方が良いでしょう。
その名が示すように、ミッドスパン PoE は、イーサネットスイッチと受電デバイスの間のどこかに PSE を配置します。これをおこなうには、電源とスイッチを分離し、既存のデータ信号を中断することなくリンクに融着できる、パワー・インジェクターを作成します。このため、ミッドスパンは一般的に PoE インジェクターと呼ばれます。ミッドスパン PSE は、図 1 に示すように、スタンドアロン型の電源として使用できます。
図 1：エンドスパン PSE（上）とミッドスパン（下）を備えた LAN 機器からの電力
ミッドスパン PoE ソリューションは、さらにシングルポート PoE インジェクターまたはマルチポート・インジェクターに細分化できます。シングルポート・インジェクターは、単一デバイスに電力を供給するために使用されます。PoE スイッチのコストを保証できる十分な PoE デバイスがない場合、または銅線ケーブルに戻す前にデータを長距離（ファイバーなど）で送信し、PoE を適用する必要がある場合に推奨されます。
マルチポート PoE インジェクター（ミッドスパン）は、イーサネットスイッチが PoE 機能を提供していない既存のイーサネット・ネットワークに電力を注入するために開発されました。マルチポート PoE インジェクター・ボックスは、既存のイーサネットスイッチと PoE デバイスの間にあります。
ミッドスパン対エンドスパン・ソリューションを使用する主なメリットは、スイッチから離れた場所にあるデバイスに電力を供給する機能です。また、ミッドスパンにより、PoE をサポートする機能に関係なく、お持ちのスイッチを維持できます。欠点は、ミッドスパンソリューションでは、追加のデバイスであるインジェクターをインストールして管理する必要があることです。これに、コストとリソースが増加します。
PD は PoE 配電システムの受信側にあり、低電圧直流（dc）で動作します。多くの PD は、PoE スプリッターも備えており、電力信号とデータ信号を分離して他のデバイスに再分配します。VoIP、ワイヤレス LAN、IP セキュリティのアプリケーションで使用される PoE システムは、電気配線と電源コンセントを別々に設置する必要がなくなるため、設置コスト全体の最大 50% を節約できます。
企業ネットワーク全体に導入されているさまざまな受電デバイスがあります。PoE＋＋ とその 90 ワット機能の導入により、この受電デバイスのリストは急速に拡大しています。
図 2：主な PoE 技術の進歩とそれを支援する規定
以下にごく一部のデバイスの種類の例を示します。
ワイヤレス・アクセスポイントPoE 準拠のワイヤレス・アクセスポイントにより、Wi-Fi ネットワークの設置はごく簡単に行えるようになります。AP の設置場所にイーサネットのラインを 1 本落とし、一端に AP、もう一端に PoE スイッチを接続するだけです。
ネットワークスイッチ：小型の PoE 給電ネットワークスイッチは、「ネットワークのエッジ」設置のスラムダンクです。これを設置業者が 5 台または 6 台のデバイスを接続する必要がある小型ラックやオフィスに設置します。
セキュリティカメラと NVR：セキュリティカメラは PoE 給電が可能で、設置、特に電源が手に入りにくい場所での設置においては大幅に簡素化されます。PoE＋スイッチは、電力を大量に消費する PTZ（パン/チルト/ズーム）カメラにも給電できます。
IP スピーカー：IP スピーカーは、ページングや通知アプリケーションに最適な新しいタイプの VoIP デバイスです。PoE のデジタル配線は、高品質のオーディオの複数のストリームの伝送に最適で、柔軟な配線により、設置とシステム運用を簡素化します。
IP テレフォニー：PoE 給電型 VoIP 電話は新しいものというわけではありませんが、この技術は成熟し続け、高度な接続性を提供します。PoE は、配線の簡素化だけでなく、機能回復のために再起動が必要な電話をリモートで電源を入れ直すことができるというメリットもあります。
デジタル・サイネージ/ディスプレイ・ボード：デジタル・サイネージの人気はますます高まっており、PoE は設置業者がこの成長する市場を活用できるようになります。現在、PoE 給電型デジタルディスプレイは、インタラクティブかつ機能的な機能とパフォーマンスでさらに進化しています。
照明：PoE の驚くべき新しいアプリケーションは照明です。これは新しいアイデアではありませんが、LED ベースの PoE 照明製品をいくつか用意しています。
その他：アクセス制御キーパッド、同期クロック、メッセージボード、従来のアナログカメラ出力を IP に変換するビデオエンコーダー、シンクライアント PC など、その他のさまざまな PoE デバイスも利用できます。
PoE アプリケーション、市場、そしてトレンド
テクノロジー調査コンサルティング会社である、The Building Services Research and Information Association（BSRIA）によると、2023 年までの世界的な PoE 出荷は、年間平均成長率（CAGR）が約 11～13% で、この期間末までに年間 1 億 8,000 万の港湾が販売されると予想されています。2
市場が広く受け入れられているのは、PoE 機能の進化とスマートビル/スマートシティの急増が重なるパーフェクトストームの結果です。この報告書では、BSRIA は次のように述べています。PoE 導入の成長は、スマートビル、エネルギー効率の向上、モビリティの向上、IoT、エネルギー、建築規制の急増、いわゆる Industry 4.0 と呼ばれるもの、LED の大規模な導入など、いくつかの技術と社会政治トレンドの融合によって牽引されています。
図 3
PoE 市場は、商業、産業、住宅の 3 つの主要セグメントに分けられ、成長の大部分は商業および産業アプリケーションからもたらされます。商業用 Power over Ethernet（PoE）デバイス・セグメントの人気の高まりは、小売業、医療業、オフィスビルからの需要の増加によるものです。各セクター内で、PoE はさまざまな電源供給デバイスをサポートする、以下のような共通のインフラストラクチャーを提供します：VoIP 電話、アクセス制御システム、照明制御、アラーム、バーコードスキャナ、RFID、時計、IP セキュリティカメラ、デジタル・サイネージ・ディスプレイ、コンピュータモニター、PoS 端末、ワイヤレス・アクセスポイント、スマートビルセンサー、ビルアクセス制御、火災検知システム、AV システムなど。
表 1：さまざまな環境で展開されている PoE デバイスの普及例
一方、産業用モノのインターネット（IIoT）は、PoE の成長の可能性にもう 1 つの大きな側面をもたらしています。製造、流通、物流の各企業がネットワークをエッジまで拡大し続けるなか、自動化、品質管理、処理などの分野での改善を促進するために、大量の低電力センサーとコントローラーを導入しています。Verified Markets Research, Inc. の調査によると、「産業用モノのインターネット（IIoT）市場は 2018 年に 61.27 十億ドルの価値となり、2026 年までには 103.38 十億ドルに達すると予測されており、2019 ～ 2026 年にかけて 6.7% の CAGR で成長しています。”この成長により、PoE の採用と開発がさらに促進されています。
住宅用 PoE アプリケーションも最近、IP ベースのホーム・セキュリティ、スマート・ホーム・アプライアンス、自動化制御など、着実に普及し、大きな成長を遂げています。給電され接続されたデバイス/システムに対する需要が高まっている結果、PoE 市場は 20253 年までに 20 億米ドルを超えると予想されています。
PoE の進化：規格、種類、およびクラス
PoE 技術の進化は、電話などの前駆的な標準給電装置から、2003 年の初の PoE 規格、構内配線で少なくとも 71 ワットを供給する最新の IEEE 802.3bt 規格4まで、サポートするデバイスの進化を反映しています。さまざまな接続されたデバイスが、規格よりも前に導入されることは珍しくありません。
表 2：規格、タイプ、クラス別の PoE の動作特性
IEEE 802.3af (2003): PoE として知られるこの最初の PoE 規格は、10/100/1000BASE-T ネットワークで 4 つのペアのうち 2 つを使用して、最大 15.4 ワット（dc）の電力を提供します。この規格に適合した PoE ソリューションは、最初は低消費電力（15 W）デバイスをサポートするように設計されていたため、タイプ 1 とも呼ばれています。初期のタイプ 1 アプリケーションには、IP クロック、VoIP 電話、シンプルなセキュリティカメラなどがあります。
IEEE 802.3at (2009)： 第 2 世代 PoE（タイプ 2）は PoE＋ と呼ばれます。これは、より多くの DC 電力を PD に供給するために IEEE802.3af 規格を拡張します。タイプ 2 PoE の最大 PSE 出力は 30 W で、最小 PD 入力は 24.4 W です。これにより、PoE＋ は高出力 LED 照明などのアプリケーションに適しています。IEEE 802.3at 規格に準拠した PoE ネットワークは、以前の 802.3af 規格と下位互換性もあります。
IEEE 802.3bt (2018): PoE＋＋ は最新の PoE 規格で、2.5G/5G/10GBASE-T ネットワークをサポートするために 4 つのすべてのツイストペア* の使用を最初に指定しました。この規格では、最大 60 W 100 と W を供給するタイプ 3 とタイプ 4 の 2 種類の PoE を定義しています。IEEE 802.3bt 規格は、従来の 10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps だけでなく、2.5、5、および 10 Gbps 接続をサポートしています。また、イーサネットスイッチと接続されたデバイス間の電力スケーリングもサポートします。また、使用されていないデバイスの電源をリモートでオフにして、エネルギー効率を高めることもできます。
*2011 年に、Cisco は独自のユニバーサル・パワー・オーバー・イーサネット（UPoE）を導入し、IEEE 802.3at 規格を拡張して 4 つのケーブルペアすべてを使用して最大 60 ワットの電力を供給しました。UPoE は依然として非標準化技術ですが、多くの事例で使用されています。
受電デバイスと接続デバイスの要件が着々と高まっていることから、PoE アプリケーションとソリューションをその電源プロファイルに基づいてさらに分類することが必要になっています。PoE の分類で考慮すべき 2 つの主な指標は、PSE が生成できる電力量と PD が動作する必要のある最小電力量です。前述したように、PSE からの DC 電源信号は銅線を横断するにつれて消失します。したがって、PSE からの電力は、PD での最小必要電力を指定量上回る必要があります。
これらのメトリクスに基づいて、業界は PSE 出力と PD 入力に基づいて 8 つの異なるパワークラスを定義しています。図 4 は、さまざまな PoE のタイプとクラスの電力プロファイルを示しています。*
*注：図 4 の 4 つのタイプは、承認済み規格で定義されている PoE 開発の進化を示しています。（上記の PoE 規格開発を参照してください。）
図 4：PoE アプリケーションの種類とクラス
PoE 配線設計と配備
過去 10 年間で、PoE は給電の主要戦略として注目されてきました。ネットワークマネージャー、設置業者、インテグレーターは、構内配線を使用して、電力とデータ両方を自分たちの多くのネットワークデバイスに提供できるようになりました。同じケーブルで低電圧の電力とデータを実行する能力は、PoE ネットワークの展開と管理を大幅に簡素化できますが、コスト、パフォーマンス、管理性のバランスを最適化するためにそれを計画し設計することは容易ではありません。エンジニアはいくつかの重要な変数を考慮する必要があります。PoE ネットワークの効率的な設計と運用に影響を与えている主な要因は次のとおりです。
- チャネルトポロジー：ケーブル経路インフラストラクチャー
- 熱負荷の管理：ケーブルのバンドル、間隔、および長さ
- ケーブル、コード、コネクタの選択
チャネルトポロジーに関しては、4 ペア PoE＋＋ 規格は、最大 4 つのツイストペアを持ち、最大 100 メートルの長さの既存のケーブルタイプを介して PD への配電に対応します。4 ペア PoE をサポートするためのさまざまなトポロジーの詳細については、ISO/IEC 11801 顧客構内用汎用ケーブル、ANSI/TIA-568-C.2 平衡ツイストペア電気通信ケーブルおよびコンポーネント規格、IT 汎用ケーブルシステムの CENELEC EN 50173 シリーズを参照してください。
現在の 4 ペア PoE の議論の対象範囲によると、すべてのケーブルは、4 つの接続の最悪のシナリオを含む、100 メートルのチャネルでカテゴリー 5e の配線の性能要件を（最低でも）満たす必要があります。カテゴリー 5e ケーブルは、最低限必要な性能しか提供しないことに注意してください。
そのため、カテゴリー 6 またはカテゴリー 6A ケーブルの使用が推奨されます。できれば、ANSI/TIA-568 および ISO/IEC 11801、CENELEC EN 50173 シリーズ規格によるカテゴリーまたはクラスへの準拠がテストされた、コムスコープの GigaSPEED® XL® または GigaSPEED X10D® などのソリューションが推奨されます。
従来のネットワーク配線トポロジーでは、PoE コンセントは水平ケーブルを介して床の電気通信室のパッチパネルに直接接続されます。4 ペア PoE を含む多くの設置、特に新しい設置では、ユニバーサル接続グリッド（UCG）と呼ばれる配線アプローチにより、ケーブル配線が容易になり、柔軟性が向上します。
UCG 設計コンセプトにより、PD をひとつのゾーン・ディストリビューターに接続するだけで、移動、追加、変更に簡単に対応できるため、労力と資材を節約し、初期設備投資と継続的な運用コストを削減できます。TIA-862-B、CENELEC EN 50173-6 および ISO/IEC ドラフト 11801- 6 規格は、同様の設計概念について記述しています。これらはいずれも、ユーザー固有でないアプリケーションに焦点を当てており、この多くは PoE を使用しています。
図 5 に示すように、UCG モデルは、機器室から特定の「ビルのゾーン」へのケーブル配線を使用します。各ゾーン内のコンソリデーション・ポイント（CP）により、固定された配線を CP、ドロップ配線まで設置でき、その後 CP から各 PD のコンセントまで配線されます。このアプローチは、CP から各セルの最初の TO までの配線にさらなる柔軟性を提供し、必要に応じて追加の TO の予備容量を提供します。
この戦略は、新しい設置に理想的で、CP を適切に配置することで、電気通信室からの長いケーブル束の配線を難しい経路に固定する追加設置にも役立ちます。この固定型ケーブルが敷設されると、設置業者は、CP から TO への延長ケーブルの敷設と変更に対して柔軟性が高まり、データやインテリジェントビル機器の PD に対応することができます。
役立つ業界規格
PoE ネットワークの設計と導入に関するガイダンスについては、以下の規格を参照してください。
TIA TSB 184-A 平衡ツイストペア配線への電源供給をサポートするためのガイドライン
ISO/IEC TS 29125 情報技術 - 端末装置の遠隔電力のための電気通信ケーブル配線要件
CENELEC CLC/TR 50174-99-1 情報技術 - ケーブル設置 - パート 99-1：遠隔電力供給
NEC NFPA 70 Code E TIA 569-2 平衡ツイストペア配線への遠隔電力供給をサポートするための追加経路およびスペースに関する留意事項
遠隔電力計画および設置を含む ISO/IEC 14763-2 改訂版：作成中
図 5：コンソリデーション・ポイントを使用したゾーン配線
冷却コストを最小限に抑え、配線インフラストラクチャーの耐用年数を最大化するには、配線の熱負荷を考慮することが重要です。バランスの取れた配線に遠隔で給電が行われると、銅線の発熱によりケーブルの温度が上昇します。より多く電流が流れるということは、熱が増えるということです。1 本のバンドルで許されるケーブルの数が制限されます。同じく、距離が長くなるということは、累積抵抗がより大きくなり、これも温度の上昇につながります。
図 6 は、37 芯バンドル内のさまざまなカテゴリーのワイヤペアの電流（ミリアンペアで表示）と熱負荷の間の最悪の場合の関係を示しています。
IEEE 802.3bt の 4 ペア PoE 規格では、4 ペアすべてに通電した場合、最大温度上昇は摂氏 10 を想定しています。-20°C ～60°C の動作温度範囲の配線では、周囲温度は 50°C を超えてはなりません。DC 抵抗が低く、熱放散が改善された高いカテゴリーのケーブルを使用することが、温度上昇を低減する 1 つの方法です。
図 6：DC 電流がケーブル温度に及ぼす影響
高熱負荷に寄与するその他の 2 つの重要な変数は、各ケーブルバンドルのサイズと間隔です。ISO/IEC 14763-2、ISO/IEC TR 29125、CENELEC TR50174-99-1 および TIA-TSB-184-A ケーブル敷設規格では、導体ゲージ、電源供給、敷設条件に関する最悪の条件を考慮して、ケーブルのバンドルを 24 芯以下にすることを推奨しています。CENELEC TR 50174-99-01 および TIA TSB 184-A の開発中に行われた広範なモデリングと測定作業に基いて推奨されるバンドルサイズは、24 芯ケーブルです。
この 24 芯のバンドルサイズは、要件ではなく、適用規格の推奨事項ですが、原則としてこれに従う必要があります。時には、より大きなバンドルサイズが必要になることがあります。資格を持った設計者/設置業者は、バンドルサイズが過熱を引き起こすかどうかを判断するために必要な評価を行うことができます。リモート給電の配備において適切な TIA、ISO/IEC、CENELEC 配線規格の表は、特定のケーブル・カテゴリー・バンドル・サイズが許容可能かどうかをチェックするためのメカニズムを提供します。所定の周囲温度と設置条件で、ペア当たりの電流が PoE ポートの最大電流よりも大きい場合、ケーブルのバンドルサイズは許容されます。
摂氏 60 度の定格ケーブルの温度定格を超過しない最大電流を決定するには、設計者/設置業者は以下の表 3 の情報を参照できます。例えば、61 芯ケーブルのカテゴリー 6A バンドルが 摂氏 45 度の周囲温度で取り付けられている場合、最大電流は空気中で 1.162 アンペア、コンジットで 1.008 アンペアで、IEEE 802.3bt 機器が供給する最大電流の 0.96 を超えています。したがって、61 芯ケーブルのカテゴリー 6A バンドルは、摂氏 802.3 度の環境のすべての IEEE 45 PoE アプリケーションを簡単にサポートできます。さらに、IEEE 802.3bt でのこれらの電流容量は、最悪ケースの 25 オームのループ抵抗で 100 メートル 24-AWG ケーブル用であることにも留意する必要があります。高性能ケーブルを使うと、短い距離でバンドルのサイズを増やすことができ、ゲージのサイズを小さくすることができます。参考までに、カテゴリー 6A は 23 AWG 導体を使用しています。
バンドルを小さくすると、熱負荷を低減できます。
表 3：あるカテゴリーのケーブルの周囲温度が 45˚ C の時のペア当たりの電流容量と、標準的な 60 度の定格ケーブルのバンドル内のケーブル数
また、4 ペア PoE（4PPoE）に関連する電力レベルが高いことを考慮すると、適切な放熱を確保するために、特定のケーブルインフラストラクチャーとケーブルバンドルを管理する必要があります。例えば、コンジットへの設置は熱性能を低下させ、大気への設置よりも高い温度上昇をもたらします。コンジットの設置は、管轄地域当局（AHJ）が義務付けている区域のみに、最大充填率 40 パーセントとバンドル当たり 24 芯ケーブルの最大バンドルサイズを使用することで最小限に制限されるべきです。
経路内のバンドル同士の間隔も、全バンドルにおける全体的な熱負荷にも影響します。コムスコープのエンジニアは、ラボでのテスト中に以下を観察しました。
- バンドルをバンドル径の 0.3 倍の間隔で分離すると、バンドルは単一バンドルのように加熱されます。
- SYSTIMAX® GigaSPEED X10D の 24 芯バンドルは、通電時に摂氏 5 度で加熱され、SYSTIMAX GigaSPEED X10D の 5 つの 24 芯バンドルは摂氏 14 度で上昇します。
- 5 本の 24 芯バンドルが隙間なしで並べて配置されると、それぞれ温度が摂氏 14 度上昇しました。同じバンドルをバンドル径の 0.66 倍の間隔で分離すると、温度上昇は摂氏 10 度に制限されました。
- 24 芯バンドルの数を 9 本に増やし、それらの間にエアギャップがない状態で配置したところ、その結果、摂氏 22 度の温度が上昇しました。同じバンドルをバンドル径の 0.84 倍の間隔で分離すると、温度上昇は摂氏 19 度に低下しました。
熱負荷に影響を与える要因
表 4 が示すように、チャネルの長さが増加すると、動作温度も増加します。動作温度が摂氏 20 度を超えると、熱負荷を低減する 1 つの方法となるのは、チャネルの長さを短くすることです。PoE ネットワークを計画する際、コムスコープはパーマネント・リンクが 90 メートルを超えないようにすることが推奨されます。90 メートルの固定型配線に 10 メートルのコードを加えた配線の性能とリファレンス展開は、摂氏 20 度の動作温度に基づいています。
このモデルは、ケーブル配線の全長にわたって同じ温度を想定しています。必要に応じて、各ケーブルセグメントの温度は、特定の周囲温度とバンドルサイズに従って計算できます。
熱負荷の増加は挿入損失も増大させる可能性があるため、コムスコープでは、より高い温度に対しては最大ケーブル長の定格を下げることを推奨しています。これは、ANSI/TIA-568-C.2 平衡ツイストペア電気通信配線およびコンポーネント規格、あるいは ISO/IEC 11801または CENELEC EN 50173 シリーズ規格に準拠しています。
表 4：テクノロジーに依存しないチャネル長と温度の比較
通常モードの PSE からの最大連続出力電流は、1 ペアでまたは導体あたり 480 ミリアンペア（mA）DC で、1920 mA DC です。これは、802.3bt 規格の最大許容電流を表しています。選択したケーブル配線ソリューションは、この要件を満たすか、それを上回る必要があります。
コムスコープのケーブルシステムは、IEEE PoE 規格で定義されているすべての導入をサポートすることが保証されているため、さらに一歩前進します。標準化されていませんが、Cisco の UPoE の導入もサポートされています。IEEE 802.3 PoE および Cisco の UPoE は、関連する設計や設置のガイドラインを満たす認定コムスコープ設置に導入された場合、コムスコープの延長製品保証およびアプリケーション保証プログラムの対象となります。
表 5：ケーブルのカテゴリーに対するバンドル内のケーブル数についての 摂氏 45 度の周囲温度でのペア当たりの電流容量
コムスコープのアドバイスは、カテゴリー 6A ケーブルを、特に 4 ペア PoE アプリケーションに配備し、接続デバイスごとに 2 本のケーブルの配線を含めることです。これにより、将来の成長に向けて最大限のヘッドルームを確保し、将来的に利用可能なゾーン分布の数を倍増させることができます。PoE 目的でカテゴリー 6A を選択することが正しいかを証明することは技術的には簡単です。カテゴリーが高いほど、サポートされる電流が高くなり、以前に示した通り、バンドルの加熱に対する耐久性が向上するため、長距離でのパフォーマンスが向上します。
負荷がかかった状態のままコネクタのプラグを抜くと、コネクタ内に誘導電流が発生し、1 か所以上の接触面で火花が発生し、表面が腐食すことがあります。コネクタが再度外されると、アーク放電によって接続ハードウェア上の通信が劣化する可能性があります。EN 60512-99-001 および IEC 60512-99-002 は、負荷状態で接続を外すことによる損傷の可能性を評価するための試験基準を提供しています。
コムスコープのリードフレーム設計（図 7）のように、アーク領域から離して接触領域を設計することで、重要な接触領域にアークの影響が及ばないようにします。したがって、このコンセントは IEEE 802.3bt 4PPoE アプリケーションを確実にサポートできます。
図 7：コムスコープのリードフレーム設計で、アーク領域を接触領域から安全に離して配置する
一般的に信じられていることとは裏腹に、ワイヤレスネットワークにはワイヤーが必要です。最近では、ワイヤレスアプリケーションをサポートする配線が大幅に改善されました。今日のカテゴリー 6A は、新しいビル内ワイヤレスおよび Wi-Fi システムのデフォルトになりつつあります。カテゴリー 6A は、10GBASE-T LAN 技術とリモート給電がうまくペアリングしています。また、マルチオペレーター、マルチテクノロジーのカバレッジ、容量ソリューションもサポートします。
どのカテゴリーですか？AP あたりのケーブル数は？
前述のように、カテゴリー 6A は、それよりも低いカテゴリーと比べると広い帯域幅と電力処理容量向けにより適しています。カテゴリーの低いイーサネットを選択すると、電力ニーズが増大した数年後に、ケーブルを交換する必要性が生じるリスクがあります。
今日の 802.11ax（Wi-Fi 6）アクセスポイントは、最大速度 6.77 Gbps を実現できます。この速度をサポートするには、10GBASE-T 接続が必要です。コムスコープの推奨事項（および BICSI）は、AP あたりカテゴリー 6A ケーブルを 2 本提供します。これにより、将来的な成長や新しいより強力な AP デバイスが利用可能になった場合、それらをサポートできる能力が確保されます。ISO/IEC 11801-6 および ANSI/TIA 162-A では、Wi-Fi AP ゾーンごとに 2 本のカテゴリー 6A ケーブルを推奨しています。
図 8：RUCKUS® R850 アクセスポイント
コムスコープの imVision ソリューションなどの自動インフラストラクチャー管理（AIM）システムは、このような記録管理を自動化し、規格に準拠した設計を確実に文書化することができます。これは、図 9 に示すように、ポートごとのリアルタイムのスイッチ電力使用量を、ケーブルバンドルのサイズとケーブルタイプと相関させることによって実現します。
図 9：imVision 自動インフラストラクチャー管理ソリューションを使用したバンドルサイズとパワーレベルの文書化
バンドル内のケーブル数は変化しない数字ですが、PoE とデータ配線の状態は変化します。これは、スイッチとパネルポート間にある接続の性質が動的だからです。接続が変更されるたびに、AIM システムはケーブルバンドル内のケーブルの状態を自動的に更新し、すべてのケーブルバンドルの PoE 状態をリアルタイムで表示します。
配線規格のガイドラインのほとんどでは、IEEE 802.3bt 規格で定義されているように、PoE クラス8電流(90 ワット)を伝送するバンドルにすべてのケーブルを配置するという最も要求の厳しいシナリオに基づいて、ケーブルバンドルの最大サイズを定義しています。
ただし、実際には、バンドル内のすべてのケーブルが通電されているわけではありません。または、通電されている場合にも、PoE クラス8電流のレベルに達していない可能性があります。imVision は、バンドル内の各ケーブルの PoE 状態をリアルタイムで自動的に監視するため（図 10）、バンドルサイズをガイドラインに従ってその最大サイズに制限する必要はありません。代わりに、ネットワークマネージャーは、その配備に適したバンドルサイズをフレキシブルに使用できます。
また、imVision は、ケーブルバンドルのサイズの独自の規格ベースの管理も提供します。これは、高電力 PoE 規格が開発されるにつれ、ますます重要になっています。企業内の PoE 対応デバイスの数とタイプが増加し続けるにつれ、PoE 監視、記録、文書化のメリットがますます重要になってきています。次のようないくつかの要素が、この原因となっています。
- 最大 90 ワットをエンドデバイスに供給する、4PPoE 規格（IEEE P802.3bt）
- IT と施設を共通の IP/イーサネットプラットフォームにコンバージェンスする
- モノのインターネット(IoT)と、増え続けるコネクテッドデバイスのエコシステム
図 10：imVision は、バンドル内の各ケーブルの PoE 状態をリアルタイムで表示
ノースカロライナ州グリーンズボロの研究開発ラボでは、コムスコープが次世代 PoE アプリケーションをサポートしている構内配線システムの性能と安全性を検証しています。特に懸念されるのは、実際のさまざまな設置条件における熱性能です。さらに、このラボでは、エコシステム・パートナーと協力して、高解像度のセキュリティカメラ、ビル内ワイヤレスシステム、デジタル・サイネージなどの次世代 PoE アプリケーションのデモをホストしています。
コムスコープの新しいラボは、IEEE 802.3bt として知られる新しい 4 ペア PoE 規格（4PPoE）を承認し、電源装置で最大約 90 ワットの高電力デバイスの接続を可能にします。PoE スイッチによってより多くの電力が供給されるため、さまざまな設置条件の構内配線への影響についての検証のために、さらなる調査が必要です。試用できる新たな PoE アプリケーションには、次のようなものがあります。
- ズームや顔認識などの高度な機能を備えたハイテク・セキュリティカメラ
- PoE 搭載コンピュータ、シン・クライアントデバイス、デジタルサイネージ
- ビル内ワイヤレスシステム
- LED 照明システム
- セキュリティ、照明、HVAC 制御、ビル内ワイヤレス、アクセス制御を組み込んだビル管理システム
- モノのインターネット・ネットワーク
新しい IEEE 規格の開発を通じて、コムスコープは新しい高電力供給における理論上の課題について、規格機関とテスト結果を共有してきました。新しいラボでの最初の研究のために、コムスコープは Cisco、Signify（旧 Philips Lighting）、Thinlabs の機器を試用しています。この目的は、SYSTIMAX ケーブルで 4PPoE を介して照明、セキュリティカメラ、LAN スイッチが接続されたスマートオフィスビルのシナリオを実証することです。コムスコープのエンジニアたちは、ケーブルが天井や壁に敷設され、高出力アプリケーションを実行しながら、実際の環境でケーブルの熱放出を分析します。
ビデオ：コムスコープ、Power over Ethernet 研究開発ラボを開設
コムスコープの PoE ラボでのテスト機器
結論
Wi-Fi 6、5G、共有スペクトルなどの新しい接続オプションの最近の導入により、IP セキュリティカメラ、LED 照明、4K/HD デジタル・サイネージなどのコンバージド IoT および OT エッジデバイスの展開が促進されています。その他のエッジデバイスには、POS ユニットのほか、インテリジェントビル管理システムや、アクセス制御（スマートロック）、位置情報サービス、火災検知・避難などのセンサー類が含まれます。一方、5G 対応型スマートホームシステムも市場で大きく注目され始めています。Power over Ethernet (PoE) は接続されたエッジデバイスやワイヤレス・アクセスポイントなどに給電するために適切な技術です。
最新の 802.3bt パワー・オーバー・イーサネット規格 （4 ペア PoE または単に 4PPoE とも呼ばれる）は、カテゴリー 6A ケーブルを介して提供されるフル 90 ワットのサポートを規定しています。以前の無線アクセスポイント（AP）では最小限の電力しか消費しない傾向がありますが、最新の AP では、すべての周波数を駆動し、USB ポートを介して接続された数々のデバイスに給電をおこなうためにより多くの電力を必要とします。HD/4K デジタル・サイネージ、パン・チルト・ズーム（PTZ）カメラ、スマート LED 照明などの PoE 対応エッジデバイスの数は、今後数年で増え続けると予想されています。
PoE は、アップタイムが極めて重要なコンバージド・エッジデバイスの安定したバックアップ電源として、ますます重要になってくると考えられています。例えば、HD カメラは、セキュリティシステム、人数計測、機械学習（ML）分析、占有率センサーなどの複数のアプリケーションにデータを供給することができます。PoE は、ネットワークスイッチの電力とデータを専用電力回路と組み合わせ、集中化することで、トラブルシューティングや管理を簡素化し、自動化します。
しかし、これはネットワーク・インフラストラクチャーを簡素化および合理化しますが、パフォーマンス、コスト効率、信頼性、スケーラビリティの上で最適なバランスを提供する PoE ネットワークを設計することは、決して単純ではありません。
前章では、PoE システムを設計、拡張、より広範なエンタープライズ・ネットワークに統合する際に念頭に置くと役立つ、いくつかの重要な概念と考慮事項の概要について説明しました。かいつまんで大まかな内容のみご説明しましたが、具体的な問題に深く掘り下げることのできるその他のアセットへのリンクをぜひご活用ください。
また、問題を抱えている場合はいつでもお気軽にご相談ください。コムスコープは、お客様が次のことを計画し、準備できるように役に立つガイドとアドバイスを提供します。
新しいレベルのパワー・オーバー・イーサネットの下地づくり
規格調整への取り組みの状況や、貴社のケーブルインフラストラクチャーを確実に PoE に対応させるための主要ガイドラインならびに提案について紹介する PoE テクノロジーの概要。
PoE の未来を牽引するものは？
パワー・オーバー・イーサネット（PoE）の進歩は、より強力なネットワーク・スイッチや、ビル内ワイヤレスのサポートだけにはとどまりません。ネットワークの PoE の未来のために、利用可能なソリューションをご覧ください。