PoEとは ― 規格の種類と給電できる電力

PoE（Power over Ethernet）は、LANのケーブルでデータと電力を同時に送る技術です。ケーブルの先の機器は、コンセントから電源を取らずに動きます。このため、天井や屋外のようにコンセントのない場所にも機器を置けます。

電力を送る側の機器をPSE（Power Sourcing Equipment）、受け取る側の機器をPD（Powered Device）と呼びます。PSEにはPoE対応のスイッチが、PDには無線LANのアクセスポイント（AP）・IP電話・監視カメラがあたります。

PSEは、ケーブルをつないだ直後には電力を送りません。有効なPDだと分かったときだけ、電力を送る決まりです。そのため、PoEに対応しない機器をつないでも、給電の電圧はかかりません。

最初の検出で、PSEはケーブルの先にPDがあるかを調べます。次のクラス判定で、PSEは機器が必要とする電力を知り、使ってよい電力を機器に知らせます。これらが終わると給電が始まります。

電力は、LANケーブルの中のより対線（銅線を2本ずつよった線）に、データの信号を妨げない形で重ねて送ります。データと電力を別々のケーブルで送るわけではありません。

PSEには2種類あります。エンドポイント型は、給電の機能をスイッチ自身が持つ形です。ミッドスパン型は、スイッチと機器の間に挟んで電力を加える装置で、PoEインジェクターとも呼びます。電力を送れないスイッチでも、これを間に挟めばPoEを使えます。

PoEの規格は、IEEE 802.3afと、その後に登場した802.3at・802.3btの3つです。新しい規格ほど、送れる電力が大きくなっています。

Typeは、規格ごとの機器の分類です。802.3afがType 1、802.3atがType 2で、802.3btでType 3とType 4が追加されました。表のType 3の60Wは、4対で給電できるPSEの値です。2対だけで給電するType 3のPSEは、30Wまでです。Type 4のPSEは、必ず4対で給電できます。

表の「給電側の最大出力」と「受電側で使える電力」は、同じ規格でも値が違います。802.3afでは、スイッチが15.4Wを出しても、機器で使えると保証されるのは12.95Wです。差は、ケーブルで失われる分の見込みです。機器が必要とする電力は受電側の値と比べ、スイッチのポートが出せる電力は給電側の値で確認します。

受電側の値は、資料によって丸め方が違います。802.3afの12.95Wは、CiscoとMerakiの資料の値です。Ethernet Allianceの資料は13Wと書いています。Type 4の71.3Wは、Ethernet Allianceの資料の値です。Ciscoの資料は71Wと書いています。

802.3btは4対すべてに電流を流せるので、60Wや90Wといった大きな電力を送れます。同じ電力を4対で送ると、2対のときと比べてケーブルでの損失が半分になります。

PSEとPDは、Typeが異なっていてもつなげます。次の図でTypeを切り替えると、受電側で使える電力の上限が変わります。

Type 1とType 2は、互いに接続できます。高電力のPDは、古いPSEや低電力のPSEからは最大の電力を得られません。802.3btの機器は、PSEが要求を満たせないとき、より低いClassで給電を受ける電力デモーションにも対応しています。

Classは、機器が必要とする電力の大きさを、1から8までに分けた区分です。クラス判定のとき、機器はこの区分でPSEに電力の要求を伝えます。

Class 1〜3はType 1の機器、Class 4はType 2の機器が使う区分です。802.3btで追加されたClass 5・6はType 3の機器が、Class 7・8はType 4の機器が使います。Type 3の機器は、Class 1〜4も使えます。Class 0は、Class 3の別名です。

PoEに使うのは、ふだんのLANケーブルです。ケーブルの種類と最大長の考え方は、有線LANのケーブルと同じです。802.3af・at・btのどれでも、ケーブルの長さの上限は100mです。

802.3btでは、カテゴリ5e以上のLANケーブルが必要です。ケーブルが長いほど、機器に届く電力は減ります。大きな電力を送るときは、抵抗の小さいケーブルを選ぶと有利です。

PoEスイッチには、1ポートが出せる電力とは別に、全ポートの合計で出せる電力の上限があります。この上限を、給電予算と呼びます。ポートの数が多くても、予算が足りなければ、すべての機器には給電できません。

機器を増やすときは、つなぐ機器の電力の合計が予算に収まるかを確かめます。Ciscoのスイッチは、802.3btのモードでは、まず機器のClassの最大値の電力を割り当てます。次の図では、機器の最大消費電力からClassを決め、給電側の値で合計します。

予算を超えたときの動きは、機種によって違います。Merakiのスイッチには、番号の大きいポートから給電を止める方式と、要求の合計が予算を超えたら新しい機器に給電しない方式があります。無線LANのAPの台数が増えるほど、給電の合計も増えます。