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아이씨엔 리포트

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PoE(Power over Ethernet) 적용 방안

2013. 01. 25.


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I. PoE (Power over Ethernet) □ PoE(Power over Ethernet)는 이더넷 케이블로 데이터와 전원을 동시에 공급 ◦

2003년에 IEEE 802.3af 표준으로 승인되고, 2008년에 재개정되면서 시장에서 더 욱 주목

PoE를 통해 기존의 이더넷 스위치, AP(Access Point), IP 카메라, IP phone 등에 하나의 케이블로 데이터와 전원을 동시에 공급할 수 있게 되어 산업 자동화는 물론 설비자동화, 교통관제, 보안카메라, 자동차, 빌딩자동화 등 많은 분야에서 활용

□ 산업현장에서의 센서 작동을 위한 전력 공급 ◦

산업현장에서의 와이어링은 매우 간단하게 사용되었으며, 센서는 전력이나 수동조작 에 의해 이루어짐

만일 전력을 이용해 센서를 작동시키려면 2~3개 또는 4개의 와이어가 필요하며, 수동조작을 통해 작동시키려면 단 2개의 와이어가 필요

센서들은 모두 아날로그 방식이고, 12, 24, 36이나 48 VDC 또는 110 이나 220 VAC의 전력으로 작동

□ 산업현장에서의 컨트롤러와 센서들간의 네트워크와 전력 공급 ◦

산업현장의 컨트롤러에는 모든 센서를 위한 전원장치가 있었고, 센서는 컨트롤러와 배선으로 연결

컨트롤러 조차도 아날로그로 사용되었기 때문에 공장내의 와이어링 수는 계속 증가 한 현상 발생

□ PLC와 PAC의 컨트롤 시스템 네트워크 연결이 실용화되고 대중화되면서 실마리 ◦

엔지니어들은 이더넷 스위치와 같은 네트워크 장치인 PAC나 공장 현장에 설치되어 있는 디바이스로 동일한 와이어 세트를 통해서 전력을 공급할 것인가에 대해 고민

이는 사실상 이더넷과 TCP/IP가 공장현장, 제어실, 사무실 또는 전체 기업의 네트워 크에서 표준화가 이루어지면서 단순화가 진행됨 - 1 -


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이렇게해서 Power over Ethernet(PoE)이라는 개념이 탄생된 것임

VoIP 전화와 WiFi Access Point

II. PoE의 특징 1. 데이터와 전력을 하나의 선으로 해결 □ PoE (Power over Ethernet)는 싱글 Cat5 케이블을 이용해 데이터와 전원 둘 다를 전 송할 수 있는 기술로 PoE는 기존의 꼬여진 Cat5 케이블을 통해서 nominal 48 VDC 를 제공 ◦

이 케이블은 PoE에 대한 현재의 표준이 IEEE 802.3af-2008로 발표되기 훨씬 이전 에 Cisco Systems에 의해서 제작되었음

PoE 모드 □ 표준에는 PoE를 사용하는 2가지 타입의 디바이스가 있는데, ◦

첫번째는 Power Sourcing Equipment (PSE)로 주로 Midspan 어댑터이고 이더넷 - 2 -


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스위치이며, 부착된 PoE 디바이스로 전원과 네트워크 연결을 지원 ◦

두번째 타입의 디바이스는 무선 액세스 포인트에서부터 VoIP

전화, 보안 카메라

또는 기타 디지털 장치 등을 포함하는 Powered Device(PD)임 □ 802.3af 표준에는 두 가지의 응용 모드를 지정 ◦

Type A는 전원과 데이터가 10/100Base-T 이더넷으로 동일한 데이터 페어를 통해 서 전송되는 곳에 사용

Type B 모드는 전원이 사용되지 않는 페어를 통해서 전송되는 곳에 사용

Type A 나 Type B의 선택은 Powered Device(PD)에 의한 것이 아니라, PSE에 의해 좌우됨

PSE는 동시에 두 모드를 사용할 수 없으며, 한가지만 사용

Powered Device (PD) 자동 감지 □ 현재 시장에는 표준에 부합하지 않는 디바이스들이 상당히 많이 존재했음 ◦

PSE는 PD로 전원을 공급하기 이전에 표준에 부합하는지 여부에 대한 테스트를 진 행

만일 PD가 표준에 부합하지 않는다면, PSE는 자동으로 전원 공급을 제한함

이를 통해 디바이스들을 오류로부터 보호하며, 802.3af 표준규격에 맞는 모든 디바 이스이 바르게 통합될 수 있도록 하는 것임

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PoE 디바이스는 25k Ohm 저항을 가지고 있으며, 스위치나 다른 PSE가 시그니처 저항기를 감지하였을 때, 이에 연결되는 디바이스를 자동으로 감지하며, 전원은 모 든 감지가 완료된 후에만 제공

디바이스 접속이 끊어지면, PSE는 PoE 전원을 차단하여 안전을 기함

Conventional Network Design with PoE

2. 최적의 와이어링 실현 □ 전원과 이더넷 데이터를 동일한 케이블을 통해 공급한다는 것은 산업 환경에서 요구되 는 와이어링의 양을 최대한으로 줄일 수 있다는 것을 의미 ◦

전형적인 제조 공장 환경에서 와이어링 비용과 와이어링 유지보수는 무시할 수 없 는 비용

플랜트와 환경내의 위치에 따라, 와이어링 비용은 피트당 10~100 달러까지 상당히 다양함

장비와 여러 대의 필드 디바이스를 네트워크화 하기 위해서는 DC 전원이 필요하며, DC 전원을 장거리로 이용하는 것은 실용적이지 못하므로, AC to DC 전원 공급장 치가 적절하게 디바이스에 근접한 범위에서 제공하는 실정

□ 이는 일반적으로 엔지니어나 설계자가 시그널이나 데이터 와이어링뿐만 아니라 AC 전 원을 공급하여야 함을 의미

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공장 현장에서는 보통 월마운트 타입의 파워 어댑터가 있는 이중 콘센트로 구성

유지보수 측면에서, Cat5 케이블을 통해서 전원과 함께 이더넷 디바이스를 제공하 는 것은 상당한 발전적인 구상으로 배선 재작업을 위한 비용절감 실현

전원과 데이터가 동일한 케이블로 전송됨으로 인해 유지보수 및 고장 수리가 간편 해졌으며, 케이블이 파손되거나 다른 손상이 발생했을 때 수리를 위한 연결작업이 간편해짐

100-Cable 분류

Hardware Overview of PoE Switch

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3. PoE 시스템 실행 □ PoE 네트워크 시스템은 non-PoE 네트워크처럼 동일한 방식으로 설계되며, 설계자는 라 우터, 스위치 등의 물리적인 네트워크를 배열 ◦

네트워크의 헤드앤드에서, UPS를 이용해서 전원이 마스터 네트워크 스위치로 투입 되고 추가의 전원이 추가의 UPS 시스템에 의해서 미드 포인트 PSE 디바이스로 투 입

네트워크의 외부 에지에 있는 디바이스는 엔드 포인트 디바이스로 불리며, 이더넷 연결을 위해서 허용되는 최대 거리인, 약 328피트(100m)마다 젂원이 시스템 내로 투입

□ PoE가 가능한 이더넷 스위치의 유용성과 더불어 미드포인트 PoE “Power Injectors”의 사용은 감소함 ◦

최근에는 산업 환경용으로 컴팩트하고 내구성 있는 모델의 수요가 증가함

PoE가 전기통신과 IT 네트워크를 위해서 설계되었지만, 그 솔루션은 상당히 우수하 며, 디바이스가 점점 스마트해짐에 따라 이더넷의 연결은 어디에서나 가능

따라서 센서와 필드 디바이스에 연결된 대부분의 이더넷은 PoE가 가능하게 됨

PoE “Splitter”

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4. PoE 시스템 설계 사례 □ PoE는 플랜트내 및 공장 현장 어플리케이션을 위해서 스위치와 기타 디바이스가 보다 내구성 있는 솔루션을 제공할 수 있도록 특별히 설계됨 ◦

설계자들은 선정된 디바이스가 거친 산업환경내에서 사용가능하도록 적절한 봉합 설계와 온도 및 진동 사양을 갖추었는지 확인해야 하며, 필요에 따라서는 DIN-rail 또는 패널 마운트 등 다양한 형태의 마운팅이 가능하도록 할 필요 있음

선정된 유닛은 24 VDC와 같은 유용 가능한 젂원을 사용해야 하므로 별도의 파워 아답터가 필요없으며, 가능하다면 리던던트 기능 지원으로 외부 전원 공급 차단시에 도 계속적인 전력 공급이 보장

□ PoE 개발이 활발하게 진행됨에 따라, 많은 형태의 PoE 스위치가 생산됨 ◦

사용자 및 설계자는 표준규격에 부합하는 PoE 디바이스를 구별하고 자신의 환경에 적합한 제품을 선정하는 방안을 마련해야 함

예를 들어, Cisco Systems는 예비 표준인 “Inline Power” 및 표준 802.3af PoE를 포함하여 여러 가지의 다른 PoE 표준을 지원하고 있으며, 다양한 기술과 파워 서플 라이 전압을 활용하는 광범위한 “홈브류(homebrew)” 방식도 있음

PoE가 가능한 네트워크를 생산하는 설계자들은 802.3af 표준을 준수하는 장치를 선택하는 것이 가장 이상적이라 할 것임

□ non-PoE 디바이스 연결에서도 많은 주의가 필요 ◦

많은 이더넷 네트워크는 VDT와 임베디드 컴퓨팅 장치와 같은 디바이스에 연결되며, 이러한 디바이스들은 전형적으로 PoE가 가능한 디바이스가 아니라 전원공급을 필요 로 하는 경우가 많음

이 경우, 설계자는 엔드 포인트 디바이스를 위한 별도의 전원을 공급하기 보다는, 결 합된 전원-데이터 시그널을 나누어 주고 전원과 데이터용으로 분리된 출력을 제공해 주는 PoE 분배기를 사용하는 것이 최선

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III. PoE의 향후 전망 □ PoE(Power over Ethernet)은 산업 네트워크에서 상당히 중요한 솔루션이며, 수 많은 어플리케이션에 가장 이상적인 선택임 ◦

중앙집중 전원 관리와 연계되어 있는 전원과 네트워크 둘 다를 위한 싱글 Cat5 케 이블의 장점과 안전한 저전압 DC 전원 제공력은 PoE의 최대 강점

산업용 PoE 어플리케이션은 주로 무선 액세스 포인트, 비디오 감시 카메라, 머신비 전 시스템으로 제한되어 사용되고 있는 편이지만, 산업 제어 제조업체들은 Power over Ethernet을 계속 포용하고 있으며, 더 많은 디바이스들이 PoE에 부합할 수 있도록 설계되고 있는 상황

□ 향후 산업용 PoE 어플리케이션의 범위를 더욱 확대하게 될 802.3af 표준에 부합하는 여러 종류의 산업용 필드버스 네트워크를 고려해야 함

[참조 자료] * Power over Ethernet의 신화와 미래, 어드밴텍 * Introduction to PoE and the IEEE802.3af and 802.3at Standards, IEEE * 아이씨엔웹 www.icnweb.co.kr * www.poweroverethernet.com

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Poe application by icn