Wahrheit oder Trugschluss?

Seit 2003 und der in dem Jahr verabschiedeten Norm IEEE802.3af für PoE-Leistungen bis 15,4 Watt ist die Möglichkeit, Strom über Cat.X-Kabel (Power over Ethernet) zu übertragen nicht mehr wegzudenken. Schnell stellte sich heraus, dass diese Leistungen nicht mehr ausreichen, so dass 2009 bereits die neue Norm IEEE802.3at für PoE-Leistungen bis 34,2 Watt (PoE+) verabschiedet wurde. Bis heute können IP-Anlagen mit diesen dazugehörigen Leistungsklassen 0, 3 und 4 überwiegend abgedeckt und bedient werden. Das in Irland ansässige Normgremium für PoE hat sich klar gegen eine Normierung der 60-Watt-Lösung (PoE++) ausgesprochen, da diese Leistung als proprietär und zukünftig ohnehin nicht als ausreichend angesehen wird und arbeitet stattdessen bereits an der Norm IEEE802.3bt, die Ende 2018/Anfang 2019 verabschiedet werden soll. Noch ist nicht klar definiert, ob diese Norm 95, 100 oder sogar 120 Watt beschreiben und ob von PoE+++, UPoE oder HiPoE gesprochen werden wird. In diesem Zuge ist klar, dass es auch eine Erweiterung der Leistungsklassen geben muss. Diese sind aber noch nicht vollständig verabschiedet.

Durch die fehlende Norm für 60 Watt muss diese Frage leider verneint werden. In den Anfängen haben sich fast sämtliche Hersteller mit dem sogenannten Zwei-Chip-Prinzip innerhalb der Norm bewegt, indem für eine 60-Watt-Lösung zwei 30-Watt-Chipsätze auf den Platinen der Endgeräte verbaut und so zusammengeführt wurden, dass nach außen nur ein RJ45-Stecker erforderlich wurde. Im Laufe der Zeit entwickelten sich parallel auch reine 60-Watt-Chipsätze (das Ein-Chip Prinzip), die innerhalb eines Herstellers die Kompatibilität verschiedener PoE-Geräte (zum Beispiel Kamera und Midspan) sicherstellen. Berechtigterweise stellt sich die Frage, weshalb nicht alle 60-Watt-Midspans mit allen 60-Watt-Kameras funktionieren.

Dies liegt zum einen an der fehlenden Norm und der damit frei möglichen Herstellvarianten. Zum anderen fehlt es an der Kompatibilität zwischen dem Ein-Chip- und Zwei-Chip Prinzip. Da in der Regel von außen nicht erkennbar ist, ob dem PoE-Gerät eine Ein- oder Zwei-Chip-Variante zugrunde liegt, empfiehlt es sich, entweder PoE-Geräte aus einer Hand zu wählen, Anbieter auf mögliche Kompatibilitäten anzusprechen oder die gewünschten Geräte vor der Installation selbst zu testen. Nachdem die 60 Watt nun bei weitem nicht das Ende der Fahnenstange bedeuten, und bereits Lösungen mit einem Bedarf von bis zu 120 Watt am Markt verfügbar sind, muss auch der erforderliche „Rattenschwanz“ zum Betrieb dieser Geräte näher betrachtet werden.

Sowohl Steckerhersteller als auch Kabelproduzenten müssen den neuen Anforderungen gerecht werden. Denn der aktuelle RJ45-Stecker benötigt für die Übertragung solch enormer Leistungen verbesserte Legierungen und eine geänderte Technologie im Steckzyklus (kontrollierte Funkenbildung innerhalb der Steckverbindung), um den Anwender vor den definitiv entstehenden Funkenbildungen zu schützen. Die Aderquerschnitte der Cat.-Kabel müssen auf mindestens ein Millimeter erhöht werden, um die enorme Leistungskapazität über größere Distanzen transportieren zu können. Dies bedeutet schwerere und unflexiblere Kabel, aufwendigere Verlegungen, höhere Kosten. Kameras sind mit die kompliziertesten IP-Endgeräte, da sie bei Neustart, Tag- Nacht-Umschaltung, Zuschaltung von Heizungen, Scheibenwischern oder Shuttern nicht nur regelmäßig enorme Leistungspeaks generieren, sondern auch generell immer höhere Datenraten und höheren PoE-Bedarf abfragen. Höhere Datenraten, um optimale Bilder generieren zu können; höhere PoE-Leistungen für die Steuerbarkeit aller gebotenen Funktionen (schwenken, zoomen, ausleuchten, reinigen) aus der Zentrale heraus. Für eine effiziente Videoanlage müssen sich die Komponenten Kamera, Videomanagement und Switch-Technik untereinander austauschen und wie ein Uhrwerk ineinandergreifen. Jede Komponente hat seine eigene, spezielle Aufgabe: die Kamera generiert Bilder und streamt diese, das Videomanagement kontrolliert, ob die Kamerabilder aufgezeichnet werden, bietet Bildanalysen et cetera, und der Switch analysiert das Netzwerk. Diese Analyse beinhaltet die Messung der Datendurchsatzrate, die Erkennung möglicher Datenpaketverluste und die Prüfung der Kabelqualität. Darüber hinaus ist es dem Switch möglich, aktiv einzugreifen, wenn zum Beispiel eine Kamera neu gestartet werden muss.

Tatsache ist, dass dem Switch aufgrund seiner Hintergrundtätigkeit häufig weniger Beachtung geschenkt wird, aber wer kennt folgendes Problem nicht? Eine IP-Kamera, die mit PoE versorgt ist, fällt aus unerklärlichen Gründen aus oder hängt sich auf. Die Netzwerkverbindung steht, PoE liegt an, die Kamera ist in Ordnung und trotzdem ist kein Bild vorhanden. Sie ziehen den Netzwerkstecker, stecken ihn wieder ein und alles funktioniert. Oder ein anderes Problem wird in der Bilddarstellung sichtbar: Verpixelungen, Treppenbildung, Schlieren oder sogar ein Grünstich. All diese Ereignisse können vermieden werden, indem Video-optimierte Switches zum Einsatz kommen. „Video-optimiert“ bedeutet, dass vom Switch über PoE gespeiste Kameras dauernd überwacht werden.

Bei einem Kameraausfall startet der Switch die Kamera selbständig wieder neu. Gelingt dies nicht, setzt der Switch eine Alarmmeldung über SNMP, E-Mail oder SMS ab. Hier spricht man von einer aktiven Kameraüberwachung. Der Video-optimierte Switch verfügt auch über eine aktive PoE-Überwachung. Wird durch eine defekte Kamera beispielsweise dauerhaft zu viel Leistung vom Switch verlangt, alarmiert der Switch ebenfalls über SNMP, E-Mail oder SMS. Bei der nächsten Wartung ist es möglich, die Ursache (wie korrodierte Stecker) zu beheben, sodass sich der Leistungsbedarf wieder reduziert. Dieses Feature dient dem Schutz des Switches beziehungsweise deren Netzteils. Sollten nämlich alle angehängten Kameras ihre PoE-Klasse von 0 auf 4 durch erhöhten PoE-Bedarf ändern, fallen bei Überschreitung des Gesamtbudgets entweder einzelne Kameras oder im schlechtesten Fall sogar der gesamte Switch aus.

Darüber hinaus sollte eine PoE-Leistungsverwaltung verfügbar sein. Diese Funk tion ermöglicht ein zeitversetztes Aufstarten der einzelnen PoE-Ports, um eine mögliche Überlastung des PoE-Netzteils bei Anmeldung aller angehängten Kameras oder bei Neustart nach einem Stromausfall zu verhindern. Weitere nützliche Eigenschaften eines Switches für Video bestehen in der extra hohen Backplane-Leistung. „Extra hoch“ bedeutet, dass der Switch mindestens das doppelte an Leistungskapazitäten gegenüber den Switchport-Leistungen hat, das heißt bei einem 24 Ports Full-Gigabit-Switch zuzüglich zwei Gigabit-Uplinks muss die Backplane mindestens eine Größe von 52 Gigabit haben. Nur so wird gewährleistet, dass auch bei voller Portbelegung ruckelfreie Videobilder übertragen werden können. Zudem müssen Jumbo-Frames bis 9.600 Bytes definitiv auch bei 100 Megabits pro Sekunde unterstützt werden, da diese Datenpaketgrößen in der Videowelt ausschließlich bei 100 Megabits pro Sekunde zur Verfügung gestellt werden. Können Jumbo-Frames „nur“ bei einem Gigabit pro Sekunde verarbeitet werden, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Verpixelungen, Treppchenbildungen sowie Grünstich im Bild oder sogar eines Komplettausfalls der Kamera. Zur erhöhten Sicherheit und Cyber Security innerhalb der Netzwerke dürfen Merkmale wie Portsicherheit durch MAC-Adresseneinschränkung, IP- Erkennung und Einlesbarkeit von Zertifikaten ebenfalls nicht fehlen. Bekanntermaßen wachsen die Netzwerkstrukturen. Nicht nur in der Anzahl der erforderlichen Switches pro Netzwerk, sondern auch in der Verflechtung verschiedener Gewerke. Video-optimierte Switches verfügen über integrierte aktive Überwachungsfunktionen wie zum Beispiel das sogenannte Device Management Systems (DMS), sodass separate Netzwerk-Management-Services unnötig werden.

Diana Henn, Sales Manager Deutschland Nord, barox Kommunikation GmbH, www.barox.ch