PoE: versiones en el estándar y sus impactos en aplicaciones de seguridad

Esta nota aborda los diferentes tipos o clases de PoE, sus ventajas, limitaciones y las tendencias emergentes en esta tecnología:

• Generalidades sobre PoE 
• Impacto en la seguridad electrónica
• Clases de PoE y niveles de potencia
• Limitaciones del estándar
• PoE y cableado
• Extensión de PoE
• Buenas prácticas al usar PoE
• Otras aplicaciones de PoE
• Tendencias en PoE 
   

Generalidades sobre PoE 

Desde el lanzamiento del primer estándar PoE por el Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE) en 2003, su uso ha experimentado un incremento significativo, convirtiéndose en un estándar de relevancia para nuevas aplicaciones en nuestro entorno. Es especialmente popular en sistemas de seguridad como la videovigilancia y el control de acceso, entre otros.

La esencia de la tecnología PoE radica en su capacidad para transmitir energía eléctrica y datos a través del mismo cable Ethernet. Esto implica que los dispositivos finales, como teléfonos, cámaras y lectores de acceso, pueden recibir la energía necesaria para su funcionamiento a través del cable de red, que también se encarga de la comunicación de datos.

Es fundamental comprender la cantidad de energía disponible al utilizar PoE para cualquier aplicación, asegurando así el correcto funcionamiento del sistema.

Impacto de PoE en la seguridad electrónica

Power over Ethernet (PoE) ha contribuido significativamente a la industria de la seguridad electrónica. La capacidad de transmitir energía y datos simultáneamente a través de un solo cable Ethernet ha simplificado la instalación y el mantenimiento de sistemas de seguridad, especialmente en lo que respecta a la videovigilancia y el control de acceso. Además, ha habilitado nuevas aplicaciones y mejorado la flexibilidad de las instalaciones. Algunos de los impactos más relevantes de PoE en este sector incluyen:

Simplificación de la infraestructura

Uno de los mayores beneficios de PoE en la seguridad electrónica es la simplificación de la infraestructura. La necesidad de menos cables reduce el tiempo y el costo de instalación. Esto es especialmente beneficioso en sistemas de videovigilancia y control de acceso, donde los dispositivos a menudo se instalan en ubicaciones difíciles de alcanzar y donde no hay tomas de corriente disponibles. PoE permite que cámaras IP, puntos de acceso y otros dispositivos de seguridad sean alimentados y conectados con un solo cable Ethernet, lo que facilita la instalación y reduce los puntos de falla al tener un solo cable.

Flexibilidad en la instalación

PoE proporciona una mayor flexibilidad en la ubicación de dispositivos de seguridad. Al eliminar la dependencia de las tomas de corriente, los dispositivos PoE pueden instalarse en prácticamente cualquier lugar dentro del alcance de un cable Ethernet. Esto es particularmente útil en áreas grandes como almacenes, campus universitarios, aeropuertos y centros comerciales, donde se requiere una cobertura de seguridad extensa y diversificada. Además, PoE facilita la reubicación y expansión de sistemas de seguridad sin necesidad de modificar la infraestructura eléctrica existente.

Integración

La integración de PoE con Internet de las Cosas (IoT) y edificios inteligentes está estrechamente relacionada y así como con la seguridad electrónica. Los dispositivos de seguridad, como cámaras de videovigilancia, sistemas de audio IP y sistemas de control de acceso, pueden comunicarse entre sí y con otros sistemas de gestión de edificios a través de la red de datos, todo bajo un esquema de alimentación de energía simple gracias al uso de PoE.

Esta integración permite el uso de un mismo tipo de cable, lo que conlleva a un mayor nivel de automatización y centralización del control de seguridad. Un resultado adicional es la mejora de la eficiencia operativa y la velocidad para detectar fallos en el sistema ante novedades.

Mejoras en el rendimiento y suministro de energía de calidad

Los estándares más recientes de PoE, como el IEEE 802.3bt, que ofrecen hasta 100W de potencia, han posibilitado la alimentación de dispositivos de mayor demanda energética, como cámaras PTZ (Pan-Tilt-Zoom) y sistemas de audio sobre IP para uso comercial y de evacuación con calidad de alta definición.

Esto no solo mejora el rendimiento de estos dispositivos, sino que también asegura una alimentación constante y centralizada, fácil de rastrear y supervisar, aspecto cada vez más importante en los sistemas de seguridad críticos. La capacidad de PoE para proporcionar energía de manera segura y regulada también minimiza los riesgos de sobrecargas y daños a los equipos.

Reducción de costos

La adopción de PoE reduce los costos operativos y de mantenimiento al eliminar la necesidad de cables de alimentación adicionales y adaptadores de corriente. Además, al permitir la monitorización y control de dispositivos de seguridad a través de la red, PoE posibilita una gestión más eficiente y centralizada, lo que puede reducir los costos asociados al mantenimiento. La disminución de la infraestructura eléctrica también conlleva a una reducción en el consumo de energía, contribuyendo así a una operación más sostenible y económica.

Clases de PoE y niveles de potencia

PoE utiliza cables Ethernet (tipos Cat5, Cat5e, Cat6 y superiores) para suministrar energía a dispositivos conectados a la red, eliminando la necesidad de cables de alimentación separados. Existen varias versiones del estándar PoE, cada una con capacidades de potencia y características específicas, de este modo en el estándar IEEE PoE se habla de ‘clases’ que no es más de la cantidad de potencia especificada para el uso de los equipos receptores o alimentados en función del tipo de estándar.

El último estándar IEEE 802.3bt adiciona 4 nuevas clases a las existentes teniendo un total de nueve clases 0-8. Un segmento adicional 'Class 8+’, ha sido reservado para una futura expansión.

El desglose de potencia disponible en cada clase se puede apreciar en esta tabla:

Fuente: Next-Generation PoE: IEEE 802.3bt

La mayoría de aplicaciones PoE son listadas para las clases 802,3 af y 802,3 bt con rango de potencia de 15,4 vatios para af y 30 vatios para at, algunos de los usos más comunes son:

IEEE 802.3af (PoE)

Introducido en 2003, suministra hasta 15.4W de potencia sobre dos pares de cables Ethernet, con una potencia disponible de hasta 12.95W en el dispositivo. Con este nivel de potencia, el estándar 802.2af es adecuado para teléfonos VoIP, cámaras IP fijas y puntos de acceso inalámbricos de baja potencia.

IEEE 802.3at (PoE+)

Introducido en 2009, también conocido como PoE Plus, este estándar ofrece hasta 30W de potencia sobre dos pares de cables, con una potencia disponible de hasta 21.9W en el dispositivo. Se utiliza para dispositivos que requieren más energía, como cámaras PTZ (pan-tilt-zoom), puntos de acceso inalámbricos avanzados y teléfonos IP con más funcionalidades.

IEEE 802.3bt (PoE++)

Introducido en 2018, se subdivide en dos tipos:

Tipo 3 (60W): Suministra hasta 60W utilizando cuatro pares de cables Ethernet, con una potencia disponible de hasta 51W en el dispositivo. Es ideal para aplicaciones como sistemas de videoconferencia y terminales POS (puntos de venta).

Tipo 4 (100W):Suministra hasta 100W utilizando cuatro pares de cables Ethernet, con una potencia disponible de hasta 71W en el dispositivo, lo que permite soportar dispositivos de alta demanda energética como televisores LED, sistemas de iluminación y algunos equipos de automatización industrial.

Limitaciones del estándar

Si bien, las ventajas anteriores son de peso para implementar PoE, el estándar también tiene algunas limitaciones como:

Distancia limitada

La capacidad de transmisión de PoE está limitada a 100 metros (328 pies) de cable Ethernet, lo que puede ser insuficiente para algunas instalaciones, especialmente en proyectos al aire libre, vigilancia ciudadana y aplicaciones rurales o grandes áreas industriales.

Capacidad de potencia

Aunque los estándares más recientes ofrecen mayores capacidades de potencia, todavía existen dispositivos que requieren más energía de la que PoE puede proporcionar.

Costos Iniciales

Este punto es relativo dado que a pesar del ahorro a largo plazo, la implementación inicial de una infraestructura PoE puede ser costosa debido a la necesidad de switches PoE y otros equipos especializados. En proyectos de videovigilancia muchos fabricantes desde hace varios años ya incluyen puertos PoE en los NVR para conexión directa de cámaras, sin embargo, la cantidad de potencia que entregan es limitada y se debe tener especial cuidado al diseñar o especificar con unidades de este tipo por lo que es importante validar consumo vs capacidad de entrega de potencia.

Calor y eficiencia

La transmisión de energía a través de cables Ethernet puede generar calor, lo que podría afectar la eficiencia y durabilidad de los componentes en ambientes de alta densidad.

PoE y cableado

El estándar IEEE PoE 802.3af, AT y Bt trabaja con cable Cat 5e y no requiere mayor calibre conductor como cable Cat 6 o 6A. La compatibilidad de cable Cat 5e recomendado es 22 -24 AWG UTP usado por los estándares anteriores PoE. Algunos fabricantes sugieren el uso de conductores de mayor calibre para PoE802.3bt, debido a la necesidad de disipación de calor producida por la transmisión de grandes cantidades de información sobre los conductores, sin embargo, esto no es mandatario del estándar.

Pares de cable asociados a PoE. Fuente: tecnoseguro.com

En esta imagen se puede ver cuales son los pares de cable UTP utilizados para datos y potencia en el caso del 802.3af

Para cualquier aplicación Power over Ethernet, el cable es muy importante, y la recomendación es utilizar el cable Ethernet CAT5e y CAT6 compatibles con estándares como 3P/ETL que certifican la construcción del cable con 100% cobre.

El cable no estandarizado presenta un escenario potencialmente peligroso cuando se usa como cableado PoE, dado que su resistencia es mucho menor que el cobre puro, causará un sobrecalentamiento del cable, lo que dará como resultado un mayor consumo de potencia, la alimentación será inestable a largo plazo y al final se tendrá una mayor tasa de falla en el cable. La corrosión del aluminio en contacto con el aire también traerá muchos problemas después de la instalación. 

Fuente: tecnoseguro.com

Además, debido a su mayor resistencia, no es recomendable utilizar cables de aleación como CCA/CCS de aluminio o acero, respectivamente, para la solución de Power-Over-Ethernet. Por ejemplo, en 100 metros de cable estándar con certificado 3P/ETL, tiene la misma resistencia que un cable no estándar CCS a tan solo 12 metros o un cable no estándar CCA a 39 metros.

Extensión de PoE

En el estándar PoE, la potencia es mayor en la fuente o equipo alimentador que en el equipo final o alimentado. La diferencia se debe a un factor de pérdida de potencia a lo largo del máximo recorrido de cable, que en el caso de PoE, siendo un estándar sobre redes Ethernet, es de 100 metros.

Es posible expandir PoE a distancias mayores de 100 metros. Esto se puede lograr de varias formas. Una opción es utilizar equipos activos que regeneren la calidad de la señal y la potencia, duplicando así el alcance. Sin embargo, al ser activos, requieren una fuente de energía, comúnmente de 120 VAC, para su funcionamiento. Estos equipos pueden ser inyectores PoE o incluso switches de red PoE.

Uso de extensor PoE AP-FXC-0110 de Vivotek. Fuente: tecnoseguro.com

Otra opción es utilizar repetidores o extensores PoE de tipo pasivo. Estos pueden duplicar la distancia original al doble e incluso se pueden poner en cascada. Sin embargo, cada punto de repetición sacrifica un porcentaje de la potencia original. Por lo tanto, es importante considerar este factor al calcular la potencia final, ya que el uso de este tipo de equipo sin realizar dicho cálculo podría resultar en problemas de funcionamiento del equipo receptor.

Buenas prácticas al usar PoE

Algunas recomendaciones básicas de implementación de sistemas PoE son:

• Verifique que la potencia por puerto suministrada por el Switch cubra los requerimientos de potencia de cada puerto y del conjunto de equipos.
• En lo posible elija switches administrables PoE que le permitan tener un mayor control sobre la red y los dispositivos conectados a ellos.
• Utilice cable Ethernet CAT5e y CAT6 compatibles con estándares 3P/ETL.
• Si requiere instalar cámaras IP a más de 100 mts, utilice un extensor PoE verificando el tipo y % de pérdida de potencia.

Otras aplicaciones de PoE

Iluminación gestionada por red. Fuente: ui.com 

Con la evolución de los estándares PoE hacia capacidades de alta potencia, se abren un abanico de nuevas aplicaciones más allá de las tradicionales. A continuación, describimos algunas de las aplicaciones más comunes habilitadas por los estándares PoE de alta potencia, como IEEE 802.3at (PoE+), IEEE 802.3bt Tipo 3 y Tipo 4:

Cámaras especiales de videovigilancia

Cámaras PTZ integradas con múltiples sensores: Estas cámaras requieren más energía para sus motores de movimiento, otros sensores de captura de video y funciones avanzadas como zoom óptico. PoE+ y PoE++ pueden proporcionar la potencia necesaria para estas operaciones. Del mismo modo, las cámaras IP con iluminación infrarroja de alta potencia, muy utilizadas en ambientes de control vehicular en proyectos de vigilancia ciudadana, requieren más energía para funcionar correctamente durante la noche. Esto es posible gracias a los estándares PoE de alta potencia.

Puntos de control de acceso para lectores 

Los sistemas de control de acceso modernos, que soportan las últimas tecnologías de PoE, dependiendo del modelo y funcionalidades, pueden requerir más energía para operar.

Sistemas de Iluminación LED

Las luminarias LED alimentadas por PoE permiten la integración con sistemas de control inteligentes, facilitando así la gestión de la iluminación en edificios comerciales y residenciales.

Sistemas de videoconferencia

Pantallas y cámaras de alta definición: Las salas de videoconferencia modernas utilizan cámaras y pantallas que requieren mayores cantidades de energía para operar, beneficiándose de las capacidades de PoE++. Además, los equipos de audio integrados para voceo y comunicación pública de mensajes también pueden ser alimentados a través de PoE, lo que simplifica la instalación de energía, minimiza el ruido eléctrico y facilita el mantenimiento.

Terminales de punto de venta (POS)

Cajas registradoras y escáneres: Los sistemas POS modernos, que incluyen registradoras, escáneres y pantallas táctiles, pueden ser alimentados a través de PoE, lo que reduce el cableado y facilita la movilidad en tiendas y restaurantes. Asimismo, los quioscos de autoservicio utilizados en supermercados y centros comerciales pueden funcionar de manera eficiente con alimentación PoE, lo que simplifica su instalación y operación.

Estaciones de carga para dispositivos móviles

Cargadores públicos: Los puntos de carga para dispositivos móviles en espacios públicos, como aeropuertos y centros comerciales, pueden ser alimentados por PoE, lo que proporciona una solución simple y eficiente.

Automatización de edificios y hogares inteligentes

Controladores de automatización: Estos dispositivos, que controlan sistemas de climatización, seguridad y gestión de energía, pueden ser alimentados por PoE, centralizando el control y simplificando la infraestructura. Lo mismo ocurre con los sensores y actuadores: sensores de movimiento con cámaras integradas, módulos de control de temperatura y humedad, así como actuadores para controlar persianas, puertas y ventanas, pueden integrarse en sistemas de automatización utilizando PoE.

Tendencias en PoE

Con la llegada de IEEE 802.3bt, se espera que más dispositivos aprovechen la mayor capacidad de potencia para alimentar equipos más exigentes. PoE está siendo ampliamente adoptado en aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT), proporcionando una solución de alimentación y conectividad integrada para sensores y dispositivos inteligentes. 

De esta forma, el estándar será clave en la implementación de edificios inteligentes, alimentando y conectando una variedad de dispositivos como sistemas de iluminación, control de acceso y HVAC. La eficiencia energética de PoE y su capacidad para reducir el consumo de energía en redes de gran escala lo posicionan como una tecnología favorable para iniciativas de sostenibilidad.

Además, algunas soluciones PoE están empezando a integrarse con fuentes de energía renovable, como paneles solares, cámaras de videovigilancia y equipos de transmisión inalámbricos, para proporcionar una alternativa ecológica y sostenible.

ePoE (Extended Power over Ethernet)

Esta tecnología, desarrollada por algunos fabricantes, extiende la distancia de transmisión de PoE más allá de los 100 metros tradicionales, alcanzando hasta 800 metros a 10 Mbps o 300 metros a 100 Mbps con cables de alta calidad. Es ideal para aplicaciones en campus y grandes instalaciones industriales, y cada vez más gana terreno en proyectos de seguridad.

Conclusión

Power over Ethernet ha tenido un impacto profundo y positivo en la industria de la seguridad electrónica. La simplificación de la infraestructura, la flexibilidad en la instalación, la integración con IoT y edificios inteligentes, y la reducción de costos son solo algunos de los beneficios que PoE aporta a este sector. 

Los estándares PoE de alta potencia, como PoE+ y PoE++, han ampliado significativamente el alcance de aplicaciones que pueden beneficiarse de esta tecnología. Desde cámaras de seguridad avanzadas hasta sistemas de iluminación y videoconferencia, PoE permite una instalación más sencilla, eficiente y centralizada de numerosos dispositivos, impulsando la implementación de proyectos de seguridad e innovando en sistemas más eficientes, mejorando la gestión y operación en diversas industrias. La continua evolución de los estándares PoE seguirá abriendo nuevas oportunidades y aplicaciones en el futuro.