PoE e a alimentação pelo cabo de rede

Um aspecto importante da rede interna de telecomunicações é como os equipamentos terminais recebem alimentação elétrica. Isso faz grande diferença, a começar pelo projeto.

O tradicional é que cada equipamento tenha sua própria fonte e se conecte a uma tomada elétrica. Esta solução traz algumas desvantagens, conforme veremos adiante.

Uma solução que vem ganhando espaço, é alimentar os equipamentos terminais pelo próprio cabo de rede, a partir de fontes localizadas na sala de equipamentos (ER).

Duas tendências atuais, uma de redução no consumo de energia dos equipamentos eletrônicos e outra de conectá-los em rede, está viabilizando cada vez mais a alimentação desses equipamentos pelo cabo de rede.

Há dois esquemas interessantes de alimentação pelo cabo:

• ·        PoE: Power over Ethernet, especificado na norma IEEE 802.3at
• ·        HDbaseT: High Definition base Twisted Pair, criada por uma aliança de   fabricantes de equipamentos

PoE é um esquema para enviar alimentação elétrica pelo cabo de rede, associado ao protocolo Ethernet, juntamente com os sinais de dados, de um equipamento fornecedor da alimentação (PSE = Power Source Equipment), normalmente um switch, para o equipamento a ser alimentado pelo cabo (PD = Powered Device).

A norma IEEE 802.3at, publicada em 2009, define alimentação de equipamentos com até 25,5 Watts em dois pares e 51 Watts em quatro pares. Substitui a norma anterior (IEEE 802.3af), que era de 13 Watts. Veja tabela 1.

Para ser alimentado pelo cabo, um equipamento em rede deve ter sido construído especificamente isso, atendendo a uma norma e ter seu consumo de energia dentro da capacidade do PSE.

A alimentação pelo cabo tem as seguintes vantagens:

• ·        Instalação mais simples (basta plugar na tomada de rede)
• ·        Permite gerenciar a energia fornecida
• ·        Maior confiabilidade e segurança (alimentação centralizada)

A potência de 25,5 W pelo cabo da rede  é suficiente para alimentar câmeras de vídeo, telefones IP, transmissores wireless, sensores e outros,  mas câmeras PTZ e monitores precisam de mais energia.

A tabela mostra outros parâmetros da norma mais recente (802.3at), da sua antecessora (802.3af) e da aplicação em 4 pares (High Power).

	Tipo 1	Tipo 2	High Power
Padrão IEEE	802.3 af	802.3 at	802.3 at
Ano de publicação	2003	2009	2009
Categoria mínima do cabo	Categoria 3	Categoria 5e	Categoria 5e
Resistência enlace [ohms]	< 20	< 12,5	2 x < 12,5
Potência fornecida pelo PSE	15,4 w	30 w	60 w
Potência consumida pelo PD	13 w	25,5 w	51 w
Tensão nominal de saída no PSE	48 v	53 v	53 v
Faixa de tensão de saída no PSE	44 a 57 v	50 a 57 v	50 a 57 v
Corrente máxima por enlace	350 mA	600 mA	2 x 600 mA
Quantidade de enlaces	1	1	2
Quantidade de pares	2	2	4
Temperatura ambiental máxima	60 °C	50 °C
Restrição por feixe de cabo	---	< 5 kW

Tabela 1: Parâmetros PoE

O cabo de rede possui 4 pares trançados de fios de cobre, normalmente com bitola entre 23 AWG (diâmetro de 0,573 mm) e 24 AWG (diâmetro de 0,511 mm). A resistência à corrente contínua de um par, com seus condutores em paralelo, fica abaixo de 5 ohms para 100 metros de cabo, ou seja, abaixo de 10 ohms para o enlace completo, o que satisfaz a condição da tabela (< 12,5 ohms).

Há três métodos básicos para levar a corrente elétrica de alimentação do PSE ao PD:

          A.      Usando os pares reserva (que não transmitem dados)

          B.      Usando os mesmos pares que transmitem os dados (Phantom Power)

          C.      Usando os quatro pares

   A figura 1 ilustra o método A, onde a corrente circula pelos pares 4-5 e 7-8 e os dados circulam pelos pares 1-2 e 3-6.

                                                            Fig. 1: PoE pelo método A

A figura 2 ilustra o método B, onde a corrente e os dados circulam pelos pares 1-2 e 3-6. Este método é conhecido como “Alimentação Fantasma” (Phantom Power”) muito usado em áudio, para levar alimentação até o microfone. A alimentação sai pelo tap central do transformador de linha do PSE, segue pelos dois condutores do par correspondente e sai pelo tap central do transformador de linha do PD.

                                        Fig. 2: PoE pelo método B – Phantom Power

A figura 3 ilustra o método C, onde a corrente circula por todos os pares do cabo, inclusive os pares 1-2 e 3-6 que também carregam os dados. Este método é utilizado para transmitir mais energia, já que aproveita todos os pares (High Power).

                                     Fig. 3: PoE pelo método C – Quatro Pares

A norma IEEE 802.3at prevê classes de consumo de energia. Veja a tabela 2.

	Potência fornecida [W]	Corrente de classificação [mA]
Classe 0	0,5 a 15,4	0 a 4
Classe 1	0,5 a 4	9 a 12
Classe 2	4 a 7	17 a 20
Classe 3	7 a 15,4	26 a 30
Classe 4	15,4 a 30	34 a 44
High Power	30 a 60	acima

Tabela 2: Classes de consumo PoE

A operação PoE incorpora um protocolo de inicialização, normalmente executado por ships especiais instalados na eletrônica do PSE e do PD, que permite ao PSE descobrir quanta energia o PD precisa.

Há basicamente três fases:

Descobrimento: o dispositivo PD apresenta uma resistência entre 23.75 e 26.25 kΩ, o PSE varia a tensão na linha (entre 2,8 e 10 v) e entende que há um dispositivo PoE na outra extremidade. No caso especial de 51 W a resistência será de 12,5 kΩ.

Classificação: o PSE coloca uma tensão na linha e mede a corrente, cujo valor define a classe do dispositivo PD.

Operação: O PSE fornece a alimentação solicitada, conforme fase anterior, e o PD inicia sua operação normal.

                                           Fig. 4: Fases do handshake

A figura 4 foi extraída da especificação do ship LM5073, um controlador de recepção PoE segundo a IEEE 802.3af, fabricado pela National Semiconductors.

O PoE é mais do que um simples esquema de alimentar equipamentos pelo cabo de rede. Alguns switches permitem configurar alguns parâmetros em relação ao PoE, como por exemplo:

• ·        Habilitar ou desabilitar o PoE em cada porta
• ·        Definir qual a potência máxima que cada porta pode fornecer
• ·        Definir a potência máxima que o switch pode fornecer

Estes recursos tornam o PoE ainda mais interessante.

Mas há um pequeno efeito colateral em se usar PoE, que é a elevação da temperatura nos feixes de cabos que são lançados nas eletrocalhas e eletrodutos. Estudos mostram que a temperatura pode subir 7,2 °C em um feixe de 100 cabos categoria 5e, carregando PoE de 600 mA. Mais uma vantagem para os cabos de categoria maior: cabos categoria 6 e 6A elevam a temperatura em 5 °C e os cabos categoria 7A elevam a temperatura em menos de 3 °C.

O aumento de temperatura do cabo tem o mesmo efeito de aumentar seu comprimento. As especificações de desempenho dos cabos são publicadas para uma temperatura ambiente de 20 °C. Estudos da BICSI mostram que um enlace com cabo categoria 5e pode “ganhar” 18 metros se for UTP e 7 metros se for blindado, quando a temperatura atinge 60 °C. Então, se um enlace UTP possui, digamos, 85  metros, ele se comportaria a 60 °C como se tivesse 103 metros e isso pode ser o suficiente para que o enlace apresente erros fazendo a taxa efetiva de transmissão cair.

HDbaseT

A norma HDbaseT, desenvolvida por uma associação de fabricantes de equipamentos de AV (LG, Sansung, Sony e Valens), define a transmissão de sinal de áudio e vídeo sem compressão pelo cabo de rede (categoria 6) alimentando o equipamento PD com até 100 W.

As TVs LED atualmente consomem de 50 a 300 W, mas a tendência é que elas consumam 1 W para cada polegada de sua diagonal de tela. Por exemplo, espera-se que uma TV 40 polegadas venha a consumir por volta de 40 W. A Energy Star, um agência de proteção ambiental americana, está estabelecendo um selo de produto que limita o consumo das TVs a 85 W.

A norma HDBaseT é bastante conveniente, na medida em que permite conectar todos os equipamentos AV de uma residência ou uma empresa, em rede, fornecendo alimentação a partir de um único ponto: a sala de equipamentos. Um projeto de rede interna, segundo a metodologia OSD, será feito antes do projeto da instalação elétrica e pode dispensar tomadas de energia elétrica junto aos pontos de TV, se considerar o protocolo HDbaseT para distribuição de áudio e vídeo. Obviamente é uma decisão ousada do projetista, mas a tendência é essa. A quantidade de tomadas elétricas tende a diminuir devido aos esquemas de alimentação pelo cabo como o PoE e o HDBaseT.

Consequentemente, a importância da sala ER (sala de equipamentos) cresce, tanto nas corporações quanto nas residências.

Seu condomínio possui Rede Interna de Telecomunicações?

O cenário

A falta de bons serviços de telecomunicações nas residências e empresas é um assunto constantemente levantado e debatido pelos moradores nas reuniões de condomínio, fóruns e associações, onde as discussões e dicas de alguns, com base em suas experiências pessoais, apesar de serem contribuições interessantes, não são suficientes para se formar uma opinião contundente sobre o cenário.

A questão é dinâmica. A localização do condomínio influencia fortemente na probabilidade ou até na viabilidade de um bom serviço, evidentemente, mas há, entretanto, outras componentes que também exercem forte influência.

Tenho sido consultado por moradores que buscam informações sobre qual seria a melhor operadora de serviços de telecomunicações para se contratar. Acontece que esta questão não tem uma resposta definitiva e, se tivesse, não duraria muito tempo.

Acho que posso ajudar mais se fizer um pequeno resumo técnico sobre o assunto e focar na causa do problema, ao invés de tentar eleger alguma operadora como “a melhor”.

O meio de comunicação

As comunicações chegam ao ponto de consumo (usuário) basicamente por dois meios de comunicação: cabo de comunicação ou irradiação eletromagnética. O quadro abaixo sintetiza as possibilidades e alguns exemplos entre parêntesis.

  

Uma solução via cabo tem as vantagens de ser mais confiável, mais estável e suportar velocidades maiores, porém exige mais planejamento, tem custo maior e demanda mais tempo para ser implantada.

As soluções via rádio permitem mobilidade.

A fibra óptica tem muitas vantagens em relação aos cabos de cobre. Suporta uma velocidade de transmissão muito maior e é imune a interferências eletromagnéticas e descargas atmosféricas.

A tendência tecnológica é atender as edificações (casas e prédios) via cabo de fibra óptica e os usuários móveis via 4G, para as transmissões de dados digitais, principalmente de acesso à rede Internet. Não devemos esquecer as transmissões por difusão que continuam sendo a forma mais barata de acessar o usuário.

As operadoras escolhem a opção a adotar com base em análises da relação benefício/custo. Não há como eleger “a melhor” operadora, no sentido absoluto, sem um critério objetivo.

A convergência dos serviços de telecomunicações

Há três serviços básicos de telecomunicações: Telefonia, TV e Dados.

Tradicionalmente esses serviços eram tratados de forma independente e distinta, por empresas diferentes e especializadas em cada um deles, sofrendo pressões dos grandes grupos econômicos que defendem seus interesses e muitas vezes até por força de lei: quem vende telefonia fixa não pode distribuir TV, quem vende telefonia móvel não pode vender a fixa, e assim por diante.

Com a evolução tecnológica, as informações dos três serviços migraram para o formato digital, ou seja: dados digitais. Isto significa que um mesmo equipamento pode transmitir os três serviços. Não faz mais sentido manter esses serviços separados. Além do mais, o custo seria maior.

Chama-se de “convergência das comunicações” a transformação desses três serviços, tradicionalmente independentes, em um único serviço, também conhecido como Triple Play.

O problema

Recentemente, conversando com profissionais técnicos e comerciais das operadoras em Brasília, especificamente sobre a situação do Park Way, fiquei surpreso com a posição deles, que foi praticamente unânime. Listaram os três principais problemas que desestimulam suas empresas a investir em infraestrutura para prestar os serviços.

    1) Falta de infraestrutura para telecomunicações nos condomínios

    2)  Furto de cabos e equipamentos instalados nos postes

    3)  Baixa densidade demográfica

Ao questioná-los sobre outras regiões administrativas do Distrito Federal, a resposta da falta de infraestrutura se manteve em destaque, principalmente em relação aos condomínios horizontais.

Às vezes o sinal da operadora chega à porta do condomínio, mas não tem como ser distribuído adequadamente para as unidades. Claramente a falta de infraestrutura dos condomínios é resultado da falta de projeto da rede interna de telecomunicações. É o aspecto de maior relevância, responsável por cerca de 80% do problema, mas, teoricamente, o mais fácil de resolver, já que depende exclusivamente dos moradores.

O segundo aspecto é um caso de polícia. O terceiro é circunstancial.

Esse problema é crônico em Brasília. Sem uma rede interna de telecomunicações adequada os condomínios são condenados a sofrer com serviços precários de TV a cabo, Internet, interfone, segurança, telefonia e outros.

A solução

É fazer o projeto integrado da rede interna de telecomunicações do condomínio e contratar uma instaladora de rede interna para executar. É simples assim. Por mais óbvio que possa parecer, sua importância não é de conhecimento da maioria das pessoas. Os condomínios e residências continuam sendo construídos sem projeto de telecomunicações internas, provocando sempre o mesmo problema.

Todo condomínio precisa ter uma Sala de Equipamentos de Telecomunicações – CER (Communication Equipment Room). Esta sala serve para acomodar os recursos de telefonia, dados, vídeo, automação, etc, formados por quadros de distribuição, rack, painéis de manobra e equipamentos.

Houve uma mudança de paradigma no que se refere ao projeto das instalações de telecomunicações no interior dos prédios e condomínios, causada pela mudança de comportamento das pessoas e corporações em relação às comunicações, recursos multimídia e automação.

Atualmente é fundamental que se faça um projeto da rede interna do condomínio e das também unidades autônomas e que esse projeto seja integrado, contemplando os doze subsistemas, que são:

1)           Telefonia

2)           Rede de dados de computadores

3)           Interfone, sinalização e chamada

4)           CATV (TV aberta e a cabo)

5)           CFTV (circuito fechado de TV, gestão visual e segurança)

6)           Rede sem fio (wireless)

7)           Controle de acesso, intrusão e alarme

8)           Detecção e alarme de incêndio

9)           Sonorização do ambiente

10)       Controle de temperatura e umidade

11)       Controle de energia elétrica (automação)

12)       Captação e roteamento de áudio

A questão chave é: “projeto integrado da rede interna”. Além de evitar os problemas citados, pode valorizar o imóvel em até 20%. É preciso desmistificar. Isto não é luxo. É investimento e qualidade. É recomendável que o síndico inclua esta questão na pauta.

Uma das formas de se executar o projeto é utilizando a metodologia “One Shot Design”, OSD, específica para infraestrutura de rede interna de telecomunicações.

A utilização da metodologia OSD aumenta a eficiência da obra e é um bom exemplo de que a qualidade pode operar a favor da redução de custos.

Conheça a rede do seu condomínio

Conheça a rede interna de telecomunicações do seu condomínio. Peça ao síndico para fazer um tour e verifique alguns pontos básicos:

1. Há uma Sala de Equipamentos de Telecomunicações – CER ?
2. Há um sistema de encaminhamento de cabos adequado para atender telefonia, CATV, Internet, CFTV, rede wireless e outros subsistemas, de um ponto central (Sala de Equipamentos) no condomínio, para todas as unidades?
3. Há um cabeamento de rede adequado de um ponto central (Sala de Equipamentos) para todas as unidades? (Cabo de telefonia, cabo de rede, cabo coaxial para CATV,...)
4. O quadro de entrada dos cabos telefônicos é organizado? Possui espaço para ampliação? É seguro?
5.  A distribuição dos cabos telefônicos para as unidades permite ampliação?
6. Como está a fiação da central de interfonia? Organizada? Há um bloco de distribuição?
7. Como está o cabeamento dos sensores de presença?
8. O servidor de gravação do CFTV está em local adequado e seguro? E o cabeamento?
9. Existe um aterramento de telecomunicações adequado?

Estas são apenas algumas perguntas que se poderia fazer sobre a infraestrutura interna do condomínio, mas as respostas às cinco primeiras são fundamentais para se avaliar se o condomínio tem condições de receber um bom serviço de telecomunicações.