Power over Ethernet

オリジナルの PoE 規格であるIEEE 802.3af - 2003 ^{[ 1 ]}は現在タイプ 1として知られており、各ポートで最大 15.4  W のDC電力 (最小44 V DCおよび 350  mA) ^{[ 2 ] [ 3 ]}を供給します。^{[ 4 ]} ケーブルで電力が消費されるため、給電されるデバイスで確実に利用できるのは12.95 W のみです。 ^{[ 5 ]}

PoE の最初のアップデートである IEEE 802.3at-2009 [ 6 ] では、PoE +^{またはPoEプラス}とも呼ばれるタイプ2が導入されました。これは最大 25.5 W の電力を供給し、4 組のペアを同時に電力供給に使用することを禁止しています。^{[ 7 ] [ 8 ]}  

これらの規格、802.3afと802.3atは、後にIEEE 802.3-2012の出版物に組み込まれました。^{[ 9 ]}

その後、IEEE 802.3bt-2018でタイプ 3とタイプ 4が導入され、それぞれ最大 51 W と最大 71.3 W の電力を供給できるようになり、オプションで 4 組すべてを電力供給に使用できます。^{[ 10 ]}各組は最大 600 mA (タイプ3) または 960 mA (タイプ4) の電流を処理する必要があります。^{[ 11 ]}さらに、 2.5GBASE-T、5GBASE-T、および10GBASE-Tの電力機能が定義されています。^{[ 12 ]}この開発により、新しいアプリケーションへの道が開かれ、高性能ワイヤレス アクセス ポイントや監視カメラなどのアプリケーションの使用が拡大します。      

IEEE 802.3bt は 2022 年の改訂で 802.3 に組み込まれました。^{[ 13 ]}

IEEE 802.3bu-2016 ^{[ 14 ]}改正では、シングルペアPower over Data Lines (PoDLは、自動車および産業用途向けのシングルペア Ethernet 規格100BASE-T1および1000BASE-T1^{向けに開発されました。 [ 15 ]} 2 ペアおよび 4 ペア規格では、電力電圧は 2 つのペアのそれぞれの 1 つの導体間に印加されるため、各ペア内には送信データを表すもの以外の差動電圧は存在しません。シングルペア Ethernet では、電力はデータと並行して送信されます。PoDL は当初、0.5 ～ 50 W (PD で) の範囲の 10 の電力クラスを定義しました。

その後、PoDLはシングルペアバリアント10BASE - T1 ^{[ 16 ]}、2.5GBASE-T1、5GBASE-T1、および10GBASE-T1 [ ^{17 ]に}追加され、2021年現在これには、中間電圧と電力レベルを追加した合計15の電力クラスが含まれます。^{[ 16 ]}

802.3 は、イーサネット ケーブルに電力を供給する電源供給装置(PSE)を指します。この装置は、ネットワーク スイッチ(標準ではエンドポイント PSE (一般的にエンドスパン デバイスと呼ばれる)) またはPoE インジェクタ(標準ではミッドスパン PSE)であり、PoE を提供しない (または十分な電力を供給できない) スイッチと PoE 給電デバイスの間の中間装置です。^{[ 21 ]}

802.3では、PoE（Power over Ethernet）で給電される機器はすべて受電機器（PD）と呼ばれます。例としては、無線アクセスポイント、VoIP電話、IPカメラなどが挙げられます。

多くの電源供給機器には、オプションの外部電源用の補助電源コネクタがあります。設計によっては、機器の電力の一部、まったく供給されない、またはすべてが補助ポートから供給されます^{[ 22 ] [ 23 ]。}また、補助ポートは、PoEによる電源供給が失敗した場合に備えてバックアップ電源を提供することもあります。

PoEとIEEE 802.3azエネルギー効率イーサネット（EEE）規格の統合により、さらなる省エネルギー効果が得られる可能性がある。EEEとPoEの標準規格以前の統合（例えば、 2011年5月のホワイトペーパーで概説されているMarvellのEEPoE）では、リンクあたり3W以上の省エネルギー効果が得られるとされている 。この省エネルギー効果は、高出力デバイスがオンラインになったときに特に顕著になる。^{[ 26 ]}

モードA、モードB、および4ペアモードの3つのモードが利用可能です。（規格では、これらは2つのモードとして説明され、両方を同時に4ペアモードと呼びます。）モードAは、 100BASE-TXまたは10BASE-TのデータペアであるT568AおよびT568Bペア2と3に電力を供給します。モードBは、100BASE-TXまたは10BASE-Tで使用されていないペアであるペア1と4に電力を供給します。4ペアモードでは、4つのペアすべてを使用して電力を供給します。PoEは、1000BASE-T、2.5GBASE-T、5GBASE-T、および10GBASE-Tイーサネットでも使用できます。この場合、予備のペアはなく、すべての電力はファントム技術を使用して供給されます。  

モード A には、同じペアを使用しますが極性が異なる 2 つの代替構成 (MDI と MDI-X) があります。モード A では、ピン 1 と 2 (T568A 配線ではペア 3、T568B ではペア 2) が 48  V DC の一方の側を形成し、ピン 3 と 6 (T568A ではペア 2、T568B ではペア 3) がもう一方の側を形成します。これらは、10BASE-T および 100BASE-TX でデータ伝送に使用される 2 つのペアと同じであり、このようなネットワークでは、わずか 2 つのペアで電力とデータの両方を提供できます。極性が自由なため、PoE はクロスオーバー ケーブル、パッチ ケーブル、および自動 MDI-Xに対応できます。

モードBでは、ピン4-5（T568AとT568Bの両方でペア1）がDC電源の片側を構成し、ピン7-8（T568AとT568Bの両方でペア4）がリターンを提供します。これらは10BASE-Tと100BASE-TXでは使用されないペアです。したがって、モードBでは、コネクタの4つのペアすべてを配線する必要があります。

給電機器（PSE）が、給電対象機器（PD）ではなく、モードAまたはモードBのどちらを使用するかを決定します。モードAまたはモードBのみを実装するPDは、規格で認められていません。^{[ 37 ]} PSEは、モードA、モードB、またはその両方（ 4ペアモード）を実装できます。PDは、給電ペア間に 25kΩの抵抗を配置することで、規格に準拠していることを示します。PSEが抵抗が高すぎるか低すぎる（短絡を含む）ことを検出した場合、電力は供給されません。これにより、PoEをサポートしていないデバイスが保護されます。オプションの電力クラス機能により、PDは、より高い電圧で検出抵抗を変更することで、電力要件を示すことができます。

電力を維持するためには、PDは少なくとも60msの 間、少なくとも5～10mAの電流を流し続けなければなりません 。PDがこの要件を満たさずに400ms以上経過した場合 、PSEはデバイスが切断されたと判断し、安全上の理由から電源を遮断します。^{[ 38 ]}

PSEにはエンドポイント型とミッドスパン型の2種類があります。エンドポイントデバイス（一般的にはPoEスイッチ）は、Power over Ethernet伝送回路を備えたイーサネットネットワーク機器です。ミッドスパンデバイスは、PoE非対応のイーサネットスイッチ（または十分な電力を供給できないスイッチ）と給電対象機器の間に設置される電力注入器で、データに影響を与えることなく電力を注入します。エンドポイントデバイスは通常、新規設置時や、スイッチを他の理由（10/100 Mbit/sから1 Gbit/sへの移行など）で交換する必要がある場合に使用され、PoE機能を追加するのに便利です。ミッドスパンPSEは、例えば、PoEに対応していないネットワークに追加された単一の機器に電力を供給するために使用できます。

IEEE 802.3at対応デバイスはタイプ2とも呼ばれます。802.3at PSEは、 802.3at機能を示すためにLLDP通信を使用することもあります。^{[ 41 ]}

クラス4はIEEE 802.3at（タイプ2）デバイスでのみ使用可能で、電源投入段階で有効なクラス2およびマーク2の電流が必要です。クラス4の電流を示す802.3afデバイスは規格に準拠しておらず、代わりにクラス0デバイスとして扱われます。^{[ 44 ]： 13}

リンクレイヤディスカバリプロトコル（LLDP）は、デバイス管理のためのレイヤ2イーサネットプロトコルです。LLDPは、PSEとPD間の情報交換を可能にします。この情報は、タイプ・長さ・値（TLV）形式でフォーマットされます。PoE規格では、PSEとPDが利用可能な電力をシグナリングおよびネゴシエーションするために使用するTLV構造が定義されています。

セットアップの手順は以下のとおりです。

• PSE（プロバイダ）は、802.3afフェーズクラス3を使用してPD（コンシューマー）を物理的にテストします。
  • PSEはPDに基本電力を供給する。
• PDは、自身がPoE PDであることをPSEに信号で伝え、最大電力と要求電力を示します。
• PSEはPDに対して、自身がPoE PSEであることを信号で伝え、PDに割り当てられた電力を示す。この時点で、PDは割り当てられた電力まで消費を開始できる。

この権力交渉のルールは以下のとおりです。

• PDは、物理的な802.3afクラスを超える電力を要求してはならない。
• PDは、PSEが公表している最大電力を超える電力を消費してはならない。
• PSEは、許可した最大電力を超える電力を使用するPDを拒否することができる。
• PSEは、使用中のPDに割り当てられている電力を削減してはならない。
• PSEは省電力モードによる電力削減を要求する可能性がある。^{[ 48 ]： 10}

Cisco の WLAN アクセス ポイントやVoIP 電話の中には、PoE の IEEE 標準が制定される何年も前から独自の PoE 形式^{[ 50 ]}をサポートしていたものがありました。Cisco のオリジナルの PoE 実装は、IEEE 802.3af 標準にソフトウェア アップグレードすることはできません。Cisco のオリジナルの PoE 機器は、ポートあたり最大10 W の電力を供給できます。供給される電力の量は、Cisco 独自のCisco Discovery Protocol (CDP)に追加された電力値に基づいて、エンドポイントと Cisco スイッチ間でネゴシエートされます。CDP はまた、Cisco スイッチから Cisco VoIP 電話に音声 VLAN 値を動的に伝達する役割も担っています。

Cisco の標準以前の方式では、PSE (スイッチ) は送信ペアに高速リンクパルス(FLP) を送信します。PD (デバイス) は、ローパスフィルタを介して送信ラインを受信ラインに接続します。PSE は、FLP を受信応答として受け取ります。PSE は、ペア 1 と 2 の間にコモンモード電流を供給し、結果として48 V DC ^{[ 51 ]}と6.3 W ^{[ 52 ]}のデフォルト割り当て電力になります。PD は、5 秒以内にオートネゴシエーションモードのスイッチポートにイーサネットリンクを提供する必要があります。TLV を含む後続の CDP メッセージは、PSE に最終的な電力要件を伝えます。リンクパルスの中断により、電源が遮断されます。^{[ 53 ]}

2014年、シスコは別の非標準PoE実装を作成した。ユニバーサル・パワー・オーバー・イーサネット（UPOE）。UPOEは、ネゴシエーション後、4つのペアすべてを使用して最大60Wを供給できます。PoE +（802.3at）との下位互換性があります。ネゴシエーションには新しいLLDP TLVを使用します。 ^{[ 54 ]}

2017年にシスコは、UPOE+をサポートし、UPOEとPoE++（802.3bt）の両方と下位互換性のあるスイッチ、Catalyst 9300をリリースしました。^{[ 55 ]}

LTPoE++と呼ばれる独自の高出力技術は、1本のCat 5eイーサネットケーブルを使用し、38.7、52.7、70、90Wのさまざまなレベルの電力を供給できます。LTPoE  ++はPoE+（802.3at）との下位互換性があります。^{[ 56 ]} LTPoE++は電流検出メカニズムを拡張することで動作します。^{[ 57 ]}

802.3bt (PoE++) と非標準の LTPoE++ の両方に対応した給電デバイスが利用可能です。^{[ 58 ]}

PowerDsineは、2007年にMicrosemiに買収され、その後2018年にMicrochipに買収されましたが、1999年からパワーインジェクターを販売しています。MicrochipのマルチPoE PSE ICを使用することで、PoEインジェクターとスイッチはIEEE 802.3 PoE規格と標準以前の構成の両方をサポートできます。Polycom 、3Com、Lucent、Nortelなどのいくつかの企業は、 PowerDsineの古いPower over LAN PoE実装を使用していました。^{[ 59 ]}

パッシブPoEシステムでは、インジェクタは給電対象デバイスと通信して電圧やワット数の要件をネゴシエートするのではなく、常に電力を供給するだけです。ほとんどのパッシブシステムは、802.3afモードBのピン配置を使用します（§ ピン配置を参照）。これは、DCがピン4と5で正、7と8で負になります。これは、ピン1、2、3、6での100 Mbit/s信号に干渉しないため、デバイスの構造を簡素化するためでしたが、ギガビットイーサネットでは、いずれにせよトランスが必要です。そのため、ギガビットでは、モードBスタイル（4+5+、7-8-）とモードAスタイル（1+2+、3-6-）のどちらかを使用します。 

受動システムでは電圧のネゴシエーションは行われないため、PSEとPDは事前に電圧について合意する必要があります。一般的な選択肢としては、以下のようなものがあります。

• 24  Vは、屋内外のさまざまな無線機器で一般的に使用されており、最もよく使われているのはMotorola（現Cambium）、Ubiquiti Networks、MikroTikなどです。802.11a、802.11g、802.11nベースの無線機器に付属していた初期のパッシブPoE 24 VDC電源は、一般的に100 Mbit/sのみでした。
• 48  V、通信で使用。^{[ 60 ]}

12  V、18  V、^{[ 60 ]}および54  Vも使用されます。^{[ 61 ]}最大電流は一般的に1  Aまたは2  Aです。 ^{[ 60 ]}

パッシブPoE電源は、標準（アクティブ）PoEと同様に、スイッチとインジェクターで構成されています。インジェクターはACまたはDCから給電できます。^{[ 60 ]}

パッシブPoE給電デバイスには、ネイティブPoE対応デバイスだけでなく、スプリッタを介して給電されるデバイスも含まれます。たとえば、1つのスプリッタは、広範囲のパッシブPoE電圧を5 ボルトに変換します。^{[ 62 ]}