Tích hợp PoE vào Hệ Thống Mạng

Hiện nay, Ethernet là một trong những công nghệ được sử dụng phổ biến để kết nối mạng trên toàn thế giới. Công nghệ này sử dụng bốn đôi dây đồng xoắn lại với nhau (cáp Ethernet) để truyền dữ liệu cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ Internet băng thông rộng dùng trong gia đình đến các trung tâm dữ liệu (TTDL) của những công ty công nghệ lớn. Đồng thời, cáp Ethernet còn có khả năng truyền tải điện với điện áp thấp an toàn (SELV), giúp tăng cường khả năng kết nối mạng cho cáp Ethernet. Phương pháp truyền tải kết hợp điện năng và dữ liệu (còn được gọi là PoE) mang lại cho người dùng nhiều lợi ích đáng kể so với phương pháp truyền dữ liệu và cung cấp điện năng theo cách thông thường.

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). Midspan được 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.