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성공적인 이더넷 전원 장치(PoE) 설치를 위한 가이드

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개요

몇 년 전, 누군가는 트위스트 페어 네트워크 배선을 통해 저전압 직류(DC) 전력과 데이터를 동시에 전달한다는 아이디어를 구상했고, PoE(Power over Ethernet)가 탄생했습니다. 2003년에 처음 시작된 이래로 PoE 기술은 VoIP 전화, 감시 카메라 및 Wi-Fi 액세스 포인트(AP)에서 LED 조명, 노트북 및 디지털 디스플레이에 이르기까지 네트워크로 연결된 IP 기반 전력 장치를 지속적으로 확장하고 더 많은 전력을 제공하기 위해 진화해 왔습니다. 성공적인 구현과 문제 해결은 이 최신 전력 공급 방법의 이점을 실현하는 데 매우 중요합니다.

PoE 작동 방식

네트워크 장치의 경우 PoE는 기존의 교류(AC) 전원 회로 및 콘센트가 필요하지 않습니다. 카테고리 6A, 카테고리 6, 카테고리 5e와 같은 트위스트 페어 네트워크 배선을 통해 효율적인 저전압 43~57VDC를 활용합니다. 즉, PoE는 인증된 전기 기술자, 도관 및 전력 외함의 필요성과 같은 기존 AC 라인 전력 장치에 비해 안전 위험 없이 덜 엄격한 요구 사항으로 설치될 수 있으므로 인건비와 자재 비용이 절감됩니다.

PoE 회로란 무엇입니까?

PoE 회로는 3개 부분으로 구성되어 있습니다.

데이터 신호와 동일한 배선에 전력을 공급하는 전력 공급 장치(PSE). 이는 일반적으로 PoE 지원 네트워크 스위치뿐 아니라 스위치가 전력을 공급할 수 없는 경우에 사용되는 중간 경간 인젝터일 수 있습니다.

전원 및 데이터 신호를 모두 전달하는 트위스트 페어 네트워크 케이블. PoE에 대한 IEEE 표준은 2쌍 또는 4쌍의 4-페어 트위스트 케이블 시스템을 통한 전력 전달을 명시하고 있습니다.

PSE가 공급한 전력을 소비하는 전력 장치(PD).

^{그림 1. 기본 PoE 설계 및 명칭.}

PoE에 대한 현재 표준

IEEE 802.3 표준은 PD가 PSE로부터 전력을 받는 방법을 정의합니다. PoE 시스템에서 전력은 PD가 요청한 후에만 PSE에 의해 공급됩니다. 이는 협상이라고 하는 프로세스의 일부이며, 연결된 장치가 PoE를 준수하는지 여부를 PSE가 확인하고 장치가 작동하는 데 필요한 양의 전력만 제공하는 과정을 포함합니다. PD가 분리되면 PSE는 즉시 전원을 차단하여 전력이 콘센트에 항상 존재하는 일반적인 AC 전원보다 PoE가 훨씬 더 안전합니다.

최초의 PoE 표준인 IEEE 802.3af는 2003년에 채택되었고 2페어에 최대 15.4W까지 공급받았습니다. 그 후 2005년에 채택된 IEEE 802.3at(PoE+라고도 함)는 2005년에 채택되었습니다. 이 표준은 최대 30W까지 지원했습니다. 2년 후 Cisco는 4개의 쌍을 모두 사용하여 UPOE(Universal PoE)를 개발해 최대 전력을 60W까지 높였습니다. 2018년 9월에 IEEE는 802.3bt를 승인하여 최대 60W 및 90W의 공급 전력을 사용할 수 있게 되었습니다.

그림 2는 8가지 상이한 와트 수준 또는 클래스에 의해 정의된 IEEE PoE 표준을 보여주며, 이는 4가지 구성, 즉 2페어를 사용하는 타입 1 및 2 구성, 그리고 4페어를 사용하는 타입 3 및 4 구성으로 공급될 수 있습니다.

^{그림 2: PoE 클래스, 타입 및 표준.}

성공적인 PoE 구현을 위한 3단계

PoE 구현은 3단계 절차를 거칩니다.

장치 선정

케이블 인증

설치 및 문제해결

각 단계에서 필요한 사항을 살펴보도록 하겠습니다.

단계 1: 장치 선정

PoE는 상당한 이점을 제공하지만 표준화가 필수적입니다. PoE라는 용어 자체는 상표가 아닙니다. 모든 공급업체는 PoE 기능을 주장할 수 있습니다. 공급업체는 ‘PoE+’ 및 ‘PoE++’ 뿐만 아니라 Cisco의 Universal PoE(UPOE)와 같은 추가적인 용어를 채택했습니다.

이들 접근방식 모두는 3가지 IEEE 표준을 따르지만, 공급업체가 표준을 벗어난 PoE를 구현하여 혼란을 일으키고 있습니다. 예컨대, ‘수동’ PoE 구현은 PSE와 PD 사이에 협상되지 않는 ‘항상 켜져 있는’ 전력을 공급합니다. 다른 구현은 LLDP(Link Layer Discovery Protocol) 프로토콜보다 더 높은 계층에서 전력 수준을 협상하며 이 프로토콜은 기능을 나타내기 위해 장비와 장치에서 사용됩니다.

현장 기술자와 심지어 설계자는 어느 것이 어느 것과 호환될 것인지에 대해 쉽게 혼동될 수 있습니다. 놀랄 것없이 800명 이상의 설치자, 통합자 및 최종 사용자에 대한 최근 연구에 따르면 응답자 5명 중 4명이 PoE 시스템 통합에 어려움을 겪었습니다.

Ethernet Alliance 인증 프로그램

이 혼란을 없애고 상호 운용성을 개선하기 위해, PSE 스위치 장비, PD 및 테스트 솔루션 생산업체 컨소시엄인 Ethernet Alliance는 PoE 인증 프로그램을 개발하였습니다. 이 프로그램은 생산업체들이 다른 IEEE 802.3 기반 PoE 솔루션과의 상호 운용성에 대해 자신들의 제품을 인증하기 위한 방법론을 제공하고, 그 같은 제품에 대해 간단한 라벨을 제공합니다.

제품 인증은 승인된 장비를 사용하는 300-페이지 분량의 테스트 계획에 의해 정의됩니다. 이는 생산업체나 제3자(예, University of New Hampshire의 Interoperability Laboratory(UNH-IOL))가 실행할 수 있습니다. PSE 및 PD 장비 모두 인증을 받을 수 있습니다. 이 엄격한 프로세스를 통과한 장비는 아래 그림과 같은 EA 승인 마크를 부착할 수 있습니다.

PoE 장비 설계자나 설치자는 간단하게 PSE와 PD에 있는 마크를 비교하여 호환성을 결정할 수 있습니다. PSE의 등급이 PD의 요건과 같거나 높은 경우, 기능이 보장됩니다.

^{그림 3. Ethernet Alliance 마크: 전원 공급을 받는 장치(좌측) 및 전력 공급 장치(우측).}

단계 2: 케이블 인증

PoE는 표준 카테고리 6A, 6 및 5e 트위스트 페어 구조 배선에서 작동하도록 고안되었습니다. 그러나, 고속 데이터를 전송하는 케이블에 DC 전력을 추가함으로써 배선에 몇몇 추가 요건들이 적용됩니다.

첫째, 케이블의 전반적인 저항이 낮아야 합니다. 저항이 너무 높으면, 전력은 PSE와 PD 사이에서 소멸되어 PD가 적절한 전력을 받을 수 없습니다.

PoE는 2페어나 4페어에 일반 모드로 전압을 적용하여, 즉 전류가 2개 또는 4개의 도체에 고르게 나누어져 전달됩니다. 그렇게 되기 위해서 해당 페어에 있는 각 도체의 DC 저항은 균형을 이뤄야 하고(동일), 차이가 있는 경우 이를 DC 저항 불균형이라고 부릅니다. 과도한 DC 저항 불균형은 데이터 신호를 왜곡하여 비트 오류, 재전송과 심지어는 데이터 링크의 기능 불가를 야기합니다.

타입 3 및 4 PoE 구현에서는 카테고리 케이블의 4개 쌍 모두에 전력을 공급하며, 이는 더 이상 각 페어에 대해 걱정해야 하는 DC 저항 불균형이 없습니다. 다중 페어 간의 과도한 DC 저항 불균형은 데이터 전송에도 피해를 입히거나 PoE 오작동의 원인이 될 수 있습니다.

IEEE는 이 저항 측정의 중요성을 인지하였고, 802.3 표준에 페어 내에서 DC 루프 저항과 DC 저항 불균형에 대한 요건을 포함시켰습니다. 통신산업협회(TIA)는 또한 카테고리 5e, 6 및 6A 배선 채널에 대한 ANSI/TIA-568.2 배선 표준에 이러한 매개변수를 명시했습니다.

안타깝게도, 대부분의 설치는 현장 테스트 표준 TIA-1152-A를 사용하여 인증되었습니다. 이 표준에서는 이 측정들이 선택사항입니다. 개별 도체들이 IDC 안에서 적절하게, 그리고 일관되게 자리를 잡지않은 불량한 종단은 DC 저항 불균형을 야기할 수 있습니다. 따라서 공급업체의 케이블에 DC 저항 불균형 관련 사양이 표시되어 있지만, 설치 후에 DC 저항 불균형 성능을 확인하는 유일한 방법은 현장 테스트입니다.

기본으로 이러한 저항 측정들을 포함하는 케이블 인증 테스터(예, Fluke Networks의 DSX CableAnalyzer™ 시리즈)를 사용하면 페어 내 및 페어들 간 DC 저항 불균형을 신속하고 쉽게 테스트할 수 있기 때문에 구축하는 케이블 플랜트가 2페어 및 4페어 PoE 어플리케이션에서 작동할 것으로 확신할 수 있습니다. 또한 인증 테스트는 일반적으로 케이블 플랜트에 대한 보증을 획득하는 데 필요하며, 향후 문제 해결을 용이하게 합니다. DSX CableAnalyzer Certifier를 사용하면 결과를 저장 및 관리하고 작업 사이트에서 결과를 업로드할 수 있는 LinkWare™ PC 관리 소프트웨어 또는 LinkWare™ Live 클라우드 기반 서비스를 통해 보고서를 생성할 수 있습니다.

^{그림 4. 페어 간 저항 불균형 결과를 보여주는 Versiv 디스플레이.}

단계 3: 설치 및 문제해결

PSE의 용량과 PD의 요건을 알면 설치와 문제해결이 훨씬 간단해 집니다.

안타깝게도, 현실에서는 PoE 전력 장치를 지원하는 기술자들은 이러한 정보에 접근할 수 없을 수도 있습니다. 기술자들은 간단하게 EA 인증 PD의 요건을 확인할 수 있으나, PSE에서 꽤 떨어져 일하고 있어 스위치의 용량을 알아 보기 위해서는 통신 배선반이나 데이터 센터까지 꽤 걸어가야 합니다. 또한 그들은 어느 케이블이 그들의 PD로 연결되는지 파악해야 합니다. 어떤 경우에는, PSE에 접근할 수 없어 IT 팀에 연락하여 찾아야 할 수도 있습니다. 기술자는 케이블을 추적하고 스위치에 접근하는 데 반나절을 보낼 수 있습니다.

PoE 문제 해결을 위해 설계된 도구

Fluke Networks는 이러한 문제를 해결하고 기술자가 좌절의 시간을 보내지 않도록 두 가지 도구를 개발했습니다. LinkIQ™ Cable+Wi-Fi+Network Tester 및 MicroScanner™ Cable Verifier. 간단하게 두 개 중 하나의 도구를 케이블에 연결하고 그것이 PSE에 연결되면, 링크에 이용 가능한 와트 및 클래스(0~8)가 표시되며 전력을 전달하는 페어를 나타냅니다. 기술자는 이 값을 PD의 요건과 비교하여 충분한 전력이 가용한 지 알 수 있습니다. 두 제품은 Ethernet Alliance Gen2 PoE Certified 프로그램 테스트 플랜을 성공적으로 완료하여 모든 IEEE 준수 장치에서 올바르게 작동할 것이라는 확신을 제공합니다. 테스터는 또한 다양한 비 IEEE 호환 기술과 함께 작동하도록 설계되었습니다.

^{그림 5. Ethernet Alliance PoE 인증 MicroScanner Cable Verifier는 링크에서 사용 가능한 와트와 클래스(0-8)를 표시하고 전력을 전달하는 페어를 나타냅니다.}

LinkIQ 테스터는 PoE 테스트를 더욱 발전시켜 하드웨어 및 소프트웨어 레벨 모두에서 PSE로부터 이용 가능한 실제 협상된 PoE 클래스 및 와트를 표시하며, PD가 스위치로부터 전력을 수신하고 동적 전력 할당을 위해 효율적으로 협상할 수 있습니다. LinkIQ 테스터는 연결에 부하를 가하고 포트당 전압을 실시간으로 측정하여 추가 테스트를 수행하므로 스위치와 케이블 링크가 알려진 전력을 전달할 수 있는지 확인합니다. 이는 PoE 지원 스위치가 연결된 장치의 요구 사항에 따라 각 포트에 전력을 할당하는 실시간 PoE 네트워크를 테스트하는 데 이상적입니다. 여러 장치에 전원이 공급되면 스위치에 새 PD에 사용할 수 있는 전원이 충분하지 않을 수 있습니다.

^{그림 6. Ethernet Alliance PoE 인증 LinkIQ 테스터는 하드웨어 및 소프트웨어 레벨 모두에서 PSE로부터 협상된 PoE 클래스 및 와트를 표시하고 PoE 부하 테스트를 수행하여 포트가 공급한 전압을 측정해서 올바르게 작동하는지 확인합니다.}

LinkIQ 및 MicroScanner 테스터는 다른 방법으로도 기술자에게 매우 중요합니다. 느린 포트는 Wi-Fi AP, 카메라 또는 기타 고속 장치의 성능을 제한할 수 있으므로, 이러한 테스트는 유용한 정보인 최대 10Gbps의 포트 속도를 식별합니다. 케이블이 손상된 경우, 테스터에서 각 페어의 길이나, 잠재적인 절단 또는 기타 고장을 표시합니다. LinkIQ 및 MicroScanner 테스터는 Fluke Networks IntelliTone™ 200 Pro 프로브로 케이블을 추적하기 위한 톤 소스로도 사용할 수 있으며, 이는 벽, 번들 또는 스위치, 패치 패널 또는 벽 콘센트에서 케이블을 찾는 데 도움이 됩니다.

LinkIQ 테스터는 네트워크 문제 해결에 도움이 되는 추가 기능을 제공합니다. 스위치의 이름, 광고 속도, 특정 포트 번호 및 링크에 할당된 가상 LAN(VLAN)이 표시됩니다. LinkIQ Duo 테스터의 Blink Port Light 기능을 사용하여 연결된 스위치 포트를 식별하고 IP 핑 테스트를 수행하여 링크가 특정 대상 주소에 도달할 수 있는지 확인하고 지연 시간을 결정할 수도 있습니다.

^{그림 7. LinkIQ 테스터는 링크에 할당된 스위치의 이름, 광고 속도, 특정 포트 번호 및 가상 LAN(VLAN)을 표시하고 IP 핑 테스트를 수행합니다.}

^{그림 8. LinkIQ Duo 테스터는 이름, 네트워크 지원, 사용된 대역, 기술 및 신호 강도를 포함한 무선 액세스 포인트의 세부 정보를 표시합니다.}

LinkIQ 테스터는 Wi-Fi 6E에 Wi-Fi 분석을 추가하는 LinkIQ Duo 모델로도 제공됩니다. 대부분의 Wi-Fi AP는 PoE가 활성화되어 있으며, LinkIQ Duo 테스터를 사용하면 단일 도구로 PoE와 Wi-Fi 문제를 모두 해결할 수 있습니다. 전체 테스트 세트를 실행하고 네트워크, 채널 또는 액세스 포인트별로 원하는 방식으로 결과를 표시하여 Wi-Fi 환경을 보다 쉽게 분석할 수 있습니다. 또한 LinkIQ 테스터는 인기 있는 LinkWare PC 소프트웨어를 사용하여 보고서를 생성하고 저장하거나 인쇄할 수 있습니다.

	MicroScanner PoE	LinkIQ/LinkIQ Duo	DSX CableAnalyzer
케이블 문제 해결	X	X	X
케이블 성능 테스트		10Mb/s - 10Gb/s	TIA, ISO 및 국제 표준에 대한 인증
PoE에 대한 저항 측정			X
스위치 포트 속도 식별	X	X
스위치 테스트(이름, 포트, VLAN)		X
PoE 포트 테스트	X	X
로드된 PoE 포트 테스트
Wi-Fi 분석 및 테스트		X (LinkIQ Duo만 해당)
보고하기		LinkWare PC	LinkWare PC, LinkWare Live

^{그림 8. PoE 장치 및 케이블에 대한 Fluke Networks 테스트 비교.}

올바른 장비를 선택하고, 케이블을 인증하고, 기술자가 설치 상태를 쉽게 확인하고 문제를 해결할 수 있는 올바른 테스터를 가지고 있는지 확인하여 PoE 프로젝트를 원활하게 진행하십시오.

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