Mit Power over Ethernet den Energieverbrauch in einem Netzwerk Senken

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1 Mit Power over Ethernet den Energieverbrauch in einem Netzwerk Senken White Paper July 2011

2 Überblick Power over Ethernet (PoE) gewinnt immer mehr an Bedeutung, vor allem wenn es um eine vereinfachte Netzwerkinstallation und gleichzeitig um eine verbesserte Gesamtenergieeffizienz geht. Der Fortschritt bietet neue Möglichkeiten, den Stromverbrauch und die damit verbunden Energiekosten weiter zu verringern. PoE ermöglicht es, Daten und Energie über ein einziges Ethernet-Kabel zu übertragen. Die Technik liefert eine bis zu 60 W sichere, unterbrechungsfreie Stromversorgung über die bestehende LAN- Infrastruktur zu Powered Devices (PDs), bei Spannungen von 50 bis 57 V. Damit wird der neueste High- Power-Standard nach IEEE802.3at-2009 unterstützt (Bild 1). Dieser Standard ist rückwärtskompatibel und ersetzt die früheren IEEE802.3af-2003-Spezifikationen. Bild 1: PoE-fähige Netzwerkversorgungs-Infrastruktur Mit PoE können Netzwerk-Administratoren VoIP-Telefone, WLAN Access Points (APs), IP- Sicherheitskameras, Zutrittskontrollsysteme und andere PDs überall installieren, ohne dafür eine Steckdose bereitstellen, Versorgungsleitungen verlegen, Gebäudepläne verändern oder Sicherheitszulassungen einholen zu müssen. Durch den Wegfall separater elektrischer Versorgungsleitungen und Steckdosen kann PoE im Vergleich zu herkömmlichen Netzwerkversorgungs- Infrastrukturen Kosteneinsparungen von bis zu 50% ermöglichen. 2 PoE Systems

3 Die Wahl des richtigen PSE: Der Midspan-Vorteil PoE lässt sich durch zwei verschiedene Arten von Power Sourcing Equipment (PSE) implementieren: entweder über einen PoE-fähigen Switch oder durch die Installation von PoE-Midspans zwischen einem bestehenden Switch und den Netzwerk-PDs. Midspans bieten den einfachsten Ansatz zur Bereitstellung eines High-Power PoE (Bild 2). Bild 2: PoE-Bereitstellung mit Midspan-Technologie Im Gegensatz zu PoE-fähigen Switches ermöglichen Midspans das allmähliche Hinzufügen von PoE- Ports im Laufe der Zeit, anstelle einer Erstinstallationen aller Ports gleich zu Beginn. Im Vergleich zu PoE-fähigen Switches erhöhen Midspans auch den mittleren Ausfallabstand (MTBF Mean Time Between Failure), da PoE-Switches die hohe Verlustleistung der PoE-Baugruppe und die hochsensible Daten-Baugruppe in einem einzigen Gehäuse vereinen. Midspans sind auch eine kosteneffizientere und besser skalierbare Lösung als PoE-fähige Switches und erleichtern es Netzwerk-Administratoren, ihre Versorgungs-Infrastruktur unabhängig von der Daten- Infrastruktur aufzurüsten. Oft können Netzwerk-Administratoren die Kosten einer Aufrüstung auf neue PoE-fähige Switches nicht rechtfertigen, wenn der bestehende Switch nur wenige Jahre alt ist. Oder sie benötigen nur einige wenige Ports mit PoE-Funktion. Midspans ermöglichen Administratoren ein Aufrüsten des Switches, ohne dabei gleichzeitig die Versorgungs-Infrastruktur ändern zu müssen. Midspans ermöglichen auch die Fernsteuerung von PDs, womit sich alle Power-Management- und Backup-Funktionen zentralisieren lassen, was die Energieeffizienz sowie die Zuverlässigkeit der Infrastruktur weiter verbessert, die Betriebskosten senkt und die Sicherheit erhöht, da Midspans nicht- PoE-konforme PDs automatisch erkennen und trennen für den Fall der Überlast, bei Kurzschluss oder bei Unterlast. PoE Systems 3

4 Weitere Energiesparmöglichkeiten Es gibt drei Möglichkeiten, wie man mit Midspans die größtmögliche Energieeffizienz im Netzwerk erzielt. Erstens, mit der Midspan-Funktion, Leistung über alle vier Paare der strukturierten Leitungen bereitzustellen. Heutige Midspans bieten zwei Schnittstellen, von denen jede 25,5 W in die gleiche Box einspeisen (eine über die zwei Paare mit den Leitungen 1, 2, 3 und 6; die andere über die zwei Paare mit den Leitungen 4, 5, 7 und 8). Das Verbinden der beiden Schnittstellen verdoppelt die Standardleistung auf 51 W, während weiterhin der 802.3at-2009-Standard eingehalten wird (Bild 3). Bild 3: 4-Paar-Verdrahtung Alternativ kann eine 4-drahtige Versorgung dazu verwendet werden, die Verlustleistung zu verringern anstatt 51 W über ein CAT5-Kabel bereitzustellen, kann die gleiche 4-Paar-Konfiguration zur Versorgung von 2-Paar-Einrichtungen mit 30 W verwendet werden. Dies verringert die Verluste um die Hälfte, während fast 15% weniger Energie verbraucht wird als bei einer herkömmlichen 2-Paar-Lösung. Somit werden 2,5 W pro Port eingespart. Verwendet man diesen Ansatz bei einem 12-Port-Midspan verringert dich die Verlustleistung um etwa 30 W, was zu einer jährlichen Energieeinsparung von 263 KWh (30 W x 24 Stunden x 365 Tage) führt. Bei Kosten von 0,10 $/KWh entspricht dies einer jährlichen Einsparung von 26 $ pro 12 WLAN APs. Eine weitere Möglichkeit, die Leistungseffizienz zu erhöhen, ist die PD-Fernüberwachungs- und Konfigurationsfunktion des Midspans. Netzwerk-Administratoren können die Leistungsaufnahme jedes Ports sowie die Gesamtleistungsaufnahme überwachen, und sie können PDs für eine sofortige und geplante Ein-/Aus-Portfunktion konfigurieren, genauso wie die Ein-/Aus-Funktion des USV-Status-Ports. Eine Einrichtung mit 12 WLAN APs kann somit ihren Rund-um-die-Uhr-Betrieb auf z.b. zehn Stunden begrenzen (8 bis 16 Uhr, Montag bis Freitag), was die Energieaufnahme von 2933 KWh (12 APs x 27,9 W x 24 Stunden x 365 Tage) auf 837 KWh (12 APs x 27,9 W x 10 Stunden x 250 Tage) senken würden. Dies spart 2096 KWh Energie pro Jahr ein, was bei 0,10 $/KWh jährlich 210 $ entspricht. 4 PoE Systems

5 Die dritte Möglichkeit, die Energieeffizienz zu verbessern, ergibt sich, indem der Stromverbrauch im Leerlauf minimiert wird. Viele PoE-Midspans und Switches verwenden Schaltnetzteile (SPS Switching Power Supplies), die bei Volllast einen Wirkungsgrad von 90% bieten, d.h. dass bei 220 W Netzleistung an die 200 W PoE-Leistung zur Verfügung gestellt werden bzw. bei 440 W stehen 400 W PoE-Leistung bereit. Das Problem ist, dass Schaltnetzteile hohe Schaltverluste aufweisen, wenn sie sich im Leerlauf befinden: bis zu W bei 0 W Last und einem Netzteil mit 200 W Nennleistung. Dies entspricht 40 bis 80 W Verlust bei 0 W Last für ein Netzteil mit 400 W Nennleistung. Die Lösung ist die verteilte Stromversorgungsarchitektur eines Midspans. Dabei nutzt das PSE ein internes oder ein Standard- Netzteil und kann dann je nach Bedarf und Kundenanforderung mit zusätzlichen Stromversorgungen erweitert werden. Dabei werden die Midspans mit integrierten Stromversorgungen ausgestattet, die imstande sind, die wirklichen Bedürfnisse abzudecken. Sie werden auch dann nur auf die volle Leistung pro Port aufgerüstet, wenn dies erforderlich ist. Dies wird dann über eine externe Versorgung sichergestellt. Mit diesem verbesserten Wirkungsgrad ist es möglich, eine kleine interne Stromversorgung (450 W) für Echtzeit-Anforderungen zu verwenden und dann auf eine externe Versorgung von 450 W bis 1 KW aufzurüsten, wenn der Bedarf besteht. Dies führt zu einer jährlichen Einsparung von 394 KWh bei (45 W x 24 Stunden x 365 Tage), was bei 0,10 $/KWh einer jährlichen Einsparung von 39 $ pro 12 WLAN APs entspricht. Fasst man die Einsparmöglichkeiten eines jeden genannten Ansatzes zusammen, können Unternehmen ihre Kosten erheblich senken, wenn neueste, energieeffiziente PoE-Midspan-Technologie zum Einsatz kommt. Die Einsparmöglichkeiten sind: 4-Paar-Verdrahtung: spart 2 W pro Port oder 53 $/Jahr; Power Management: spart 210 $/Jahr, indem Ports abgeschaltet werden, sobald sie nicht benötigt werden; kleinere interne Stromversorgungen (je nach Bedarf verstärkt mit externen Versorgungen): spart 39 $/Jahr, indem der Stromverbrauch im Leerlauf verringert wird. Die PoE-Technologie macht es deutlich einfacher, Netzwerke zu implementieren und auszubauen. Unternehmen können mit PoE die Netzwerkverfügbarkeit weiter ausbauen und die Energieeffizienz erhöhen, während sich gleichzeitig die Investitions- und Betriebskosten mittels neuester High-Power PoE- Midspans verringern. Diese Systeme enthalten eine 4-Paar-Versorgung und integrierte Power- Management-Funktionen. Sie minimieren den Stromverbrauch im Leerlauf und verwenden kleinere interne Stromversorgungen. Weitere Informationen unter PowerDsine@microsemi.com oder unter Tel PoE Systems 5

6 Microsemi Corp. (Nasdaq: MSCC) bietet ein umfangreiches Angebot an Halbleiterlösungen für die Märkte Luft-/Raumfahrt, Verteidigungstechnik, Sicherheit, Unternehmen und Kommunikation, sowie Industrie und alternative Energien. Zum Produktangebot zählen hochleistungsfähige, zuverlässige Analog- und HF-Bausteine, Mixed-Signal- und HF-ICs, kundenspezifische SoCs, FPGAs und komplette Baugruppen. Der Hauptsitz von Microsemi befindet sich in Aliso Viejo, Kalifornien. Weitere Informationen unter Microsemi Corporate Headquarters 1 Enterprise, Aliso Viejo, CA Phone; Fax: Microsemi Corporation. Alle Rechte vorbehalten. Microsemi und das Microsemi-Logo sind Warenzeichen der Microsemi Corporation. Alle anderen Warenzeichen und Marken sind im Besitz der jeweiligen Eigentümer. PD WPGR